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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit
einer Transportstrecke, auf der die Behälter zu einer Füllstation
mit Füllorganen
und von dieser hinweg transportiert werden.
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Bei
der Befüllung
von Behältern,
also Flaschen, Dosen oder anderen Gebinden, mit Produkten, die in
flüssiger,
pastöser
oder schüttfähiger Form vorliegen
können,
kommt es häufig
auf ein sehr genaues Füllgewicht
(Produktmasse) an. Die Füllorgane
arbeiten dagegen meist volumetrisch und können aus Füllpumpen oder Füllventilen
bestehen, die durch Druck und Zeit oder durch Durchflussmessgeräte gesteuert
sind. Die volumetrische Zumessung kann aber aufgrund von Änderungen
in der Produktkonsistenz, Viskosität, Temperatur und anderen Einflussgrößen kein
exaktes Maß für die Füllmasse,
also das Füllgewicht,
darstellen. Da gewisse Mindestfüllmengen
exakt einzuhalten sind und insbesondere bei teuren Produkten eine Überfüllung aus ökonomischen
und, z.B. bei pharmazeutischen Produkten, auch aus medizinischen
Gründen vermieden
werden muss, muss das Füllgewicht überprüft werden.
Dazu kommt das Problem, dass bei vielen Behälterarten, beispielsweise bei
Glasbehältern,
aufgrund des Herstellungsprozesses die Leergewichte (Tara) erheblich
variieren, so dass eine blosse Messung des Bruttogewichts häufig keinen
exakten Rückschluss
auf das Füllgewicht
zulässt.
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Bisher
konnte eine Kontrolle des Füllgewichtes
nur stichprobenartig durchgeführt
werden. Dazu hat die Anmelderin ein System entwickelt, bei dem ein
Behälter
aus einer Reihe von der Füllstation
zugeführten
Behältern
ausgeschleust, gewogen und dann in die Reihe wieder eingeschleust
wurde. Dazu musste jedoch eine Lücke
geschaffen werden und an der Position der Ausschleusung blieb eine
Lücke zurück, die
auch von der Füllstation
berücksichtigt
werden musste.
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Aus
der
US 6,800,818 B2 ist
eine Füllvorrichtung
für Behälter bekanntgeworden,
die vor und nach der Füllstation
Wägestationen
enthält.
Jede der Wägestationen
enthält
zwei Wägezellen,
auf die der zu wägende
Behälter
nach einer Querverschiebung gesetzt wird, die von einem Schlitten
mit Greifern durchgeführt
wird. Ein zweites Greiferpaar an dem Schlitten bringt einen auf
der anderen Wärezelle
der gleichen Wägeeinheit
gewogenen Behälter
wieder zurück
auf die Transportstrecke.
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Aus
der
DE 32 09 790 A1 ist
eine Füllvorrichtung
mit einer Transportstrecke bekanntgeworden, die als Positionierungsförderer Förderschnecken oder
Greiferketten enthält.
Eine im Verlauf der Transportstrecke vorgesehene Wägeeinrichtung
ermittelt das Gewicht der Behälter,
wenn diese von dem Positionierungsförderer freigegeben sind und
nicht transportiert werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine möglichst lückenlose Überwachung
der Behältergewichte
(Tara und/oder Brutto) und damit der Füllgewichte ohne Störung des
Betriebs der Befüllvorrichtung
zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.
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Wenn
die Wägeeinrichtung
ein Wägeförderer,
vorzugsweise ein Wägeband,
ist und so integriert ist, dass alle auf der Transportstrecke transportierten Behälter sie
passieren und gewogen werden können, dann
ist eine lückenlose
Kontrolle ohne Störung
des Betriebs der Vorrichtung möglich.
Die Transportstrecke einer Befüllvorrichtung
weist meist einen Positionierungsförderer auf, der beispielsweise
mit Förderschnecken
arbeitet, die die Behälter
in zwischen den Gewindegängen
gebildeten Aufnahmeorganen erfassen. Diese Förderer transportieren die Behälter recht
genau positioniert, so dass z.B. die Füllorgane die Behälteröffnungen
treffen können,
ermöglichen jedoch
auch Geschwindigkeitsunter schiede, indem die Steigung der Schnecken
bzw. Schrauben über die
Länge der
Transportstrecke geändert
wird. Es sind aber auch andere Positionierungsförderer möglich, die mit Ketten, Schiebern
oder anderen Positionierungsorganen arbeiten.
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Vorzugsweise
ist der Positionierungsförderer im
Bereich der Wägeeinrichtung
ausgenommen bzw. ausgespart. Dadurch wird sichergestellt, dass der Behälter auf
der Wägeeinrichtung
frei und unbeeinflusst von Aufnahmeorganen steht und somit sein
genaues Gewicht festgestellt werden kann. Das kann dadurch geschehen,
dass Förderschnecken
im Wägebereich
auf einem bloßen
Wellendurchmesser reduziert sind und zwischen ihnen dadurch ein
weitgehend über
den Wägebereich
reichender Längsspalt entsteht,
der breiter ist als die Behälter.
Damit können die
Behälter
in diesem Bereich auf anderen, nicht durch Positionier- und Aufnahmeorgane
beeinflussten Förderern
transportiert werden, beispielsweise auf Bändern. Es ist bevorzugt, dass
beim Einlauf in den Wägebereich
ein vom Wägeband
unabhängiger, jedoch
mit gleicher Geschwindigkeit laufender Einlauf-Bandförderer vorgesehen
ist, auf dem sich die Behälter
beruhigen können
und somit schwings- und kippfrei auf das Wägeband auflaufen. An die Wägung anschließend kann
ein Übergabeband
alle Einflüsse von
dem Wägeband
fernhaften, die ggf. bei der Übernahme
durch die dann wieder wirksamen Aufnahmeorgane (Gewindegänge) des
Positionsförderers
entstehen könnten.
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Es
ist auch möglich,
das unbeeinflusste, freie Stehen der Behälter auf dem Wägeband dadurch herbeizuführen, dass
statt einer Aussparung der Aufnahmeorgane über die gesamte Länge des
Wägebandes
lediglich die Aufnahmeorgane in diesem Bereich so weit sind, dass
die Behälter
in ihnen frei und unbeeinflusst stehen können. Dazu könnte beispielsweise
die Breite des Gewindeganges und/oder die Gewindetiefe im Wägebereich
so groß gewählt werden,
dass der auf den Förderern
im Wägebereich
stehende Behälter
den Positionierungsförderer
nicht mehr berührt.
Bei einer ohnehin bevorzugten Geschwindigkeit der Bandförderer im
Wägebereich,
die mit der Geschwindigkeit der Posistionierungsförderer in
den darin angrenden Bereichen synchronisiert ist, würde es ausreichen,
wenn im Anlaufbereich die bis dahin die Behälter schiebende Gewindeflanke
so bemessen ist, dass sie etwas zurückbleibt und damit den Behälter freigibt.
Das gleiche gilt für
den Gewindegrund.
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Wenn
bevorzugt ein Wägebereich
sowohl hinter als auch vor der Füllstation
eingeschaltet ist, dann kann die exakte Füllmenge unbeeinflusst von Gewichtsunterschieden
der leeren Behälter
exakt einreguliert werden. Dabei ist es auch möglich, einzelne der meist in
Mehrfachanordnung hintereinander angeordneten und mit der Transportstrecke
mitlaufenden Füllorgane
unterschiedlich zu regeln bzw. steuern, um auch Unregelmäßigkeiten
in der volumetrischen Zumessung unter den einzelnen Füllorganen
einer Füllstation
auszugleichen. Wenn jedoch Unterschiede im Tara-Gewicht im Rahmen
der geforderten Genauigkeit nicht zu befürchten sind, wie dies z.B.
bei Behältern
aus Kunststoffspritzguss der Fall sein kann, würde ein nachgeschalteter Wägebereich zur
Konstanthaltung und Kontrolle des Füllgewichts ausreichen. Dabei
könnte
auch vorgesehen sein, eventuelle durch Schwierigkeiten bei der Befüllung entstandene
Unterschreitungen zugelassenen Füllgewichts
auszusteuern oder zu einer späteren
Aussteuerung zu kennzeichnen.
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Es
wird also bei einer bevorzugten Ausführung eine Behälter-Befüllvorrichtung
für die
Befüllung von
Behältern
mit fließfähigen Produkten
geschaffen, die eine Füllstation
und eine Transportstrecke, die die Behälter in einem genau bestimmten
Abstand voneinander der Füllstation
zuführt.
Die Transportstrecke enthält
zwei gegenläufige
Förderschnecken.
In die Transportstrecke ist vor und hinter der Füllstation je eine Wägeeinrichtung
eingeschaltet. In den entsprechenden Wägebereichen sind die Förderschnecken so
reduziert, dass sie die Behälter
freigeben. Sie werden dann auf einem Einlaufband beruhigt und auf
ein Wägeband
gebracht, wo ihr Gewicht festgestellt wird. Die Länge des
Wägebandes
ist kürzer
als der Abstand der Behälter
voneinander bzw. der gemeinsam gewogenen Einheiten.
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Danach
werden die Behälter
wieder in die Förderschnecken
eingeschleust. Aus den in den Wägeeinrichtungen
ermittelten Tara- und Brutto-Gewichten errechnet eine Steuerung
Korrekturwerte für
die Befüllung.
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Die
vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch
aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen
Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform
der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein. Die Unterteilung
der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften
beschränkt
die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Es
zeigen
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1 skizzenhaft
die Seitenansicht einer Füllvorrichtung
mit zwei Wägebereichen,
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2 eine
vergrößerte Seitenansicht
eines Wägebereiches,
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3 und 4 zwei
perspektivische Ansichten des Wägebereiches.
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1 zeigt
eine Befüllvorrichtung 11 für Behälter 12 mit
einem Maschinengestell 13 und einer die Behälter auf
einem im wesentlichen horizontalen Weg stehend transportierenden
Transportstrecke 14, an die sich am Eingang eine nicht
dargestellte Beschickungsvorrichtung für die Behälter sowie am Ausgang eine
ebenfalls nicht dargestellte Verschließstation anschließt. Hauptelement
der Befüllvorrichtung 11 ist
eine Füllstation 15,
der das Füllmedium oder
Produkt über
Leitungen oder von einem Vorratsbehälter zugeführt wird und die mehrere, hier
sechs, in Reihe hintereinander geschaltete Füllorgane 16 aufweist.
Diese werden über
je eine Dosiereinheit mit einer volumetrisch abgemessenen Menge
des Füllmediums
versorgt, z.B. über
eine Füllpumpe
oder gesteuerte Füllventile.
Die Füllorgane 16 enden
in den dargestellten Füllrohren,
die in einem Abstand hintereinander angeordnet sind, der dem Abstand
der Behälter
auf der Transportstrecke im Füllbereich 17 entspricht.
Die Füllorgane
in der Füllstation
sind parallel zur Transportstrecke 14 und der Transportrichtung 18 der
Behälter
hin- und hergehend bewegbar (s. Doppelpfeil 19), um die
Befüllung
von sechs aufeinander folgenden Behältern während ihres kontinuierlichen Durchlaufs
durch den Füllbereich
vorzunehmen.
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Die
Transportstrecke enthält
einen streifenförmigen
Transporttisch 20, auf dem die Behälter 12 mit ihrem
Boden gleiten oder der ggf. auch mit einem Transportband belegt
sein kann (s. 2). Zu beiden Seiten dieses
Transporttisches 20 ist je eine Förderschnecke 21 eines
Positionierungsförderers 22 zueinander
gegenläufig
drehbar angeordnet. Es handelt sich um sehr langgestreckte Bewegungsgewinde mit
relativ großer
Steigung und Gewindegängen,
die in ihrer Querschnittsform einem Teil des Außenumfangs der Behälter mit
entsprechender Zugabe unter Berücksichtigung
ihres Abstandes voneinander angepasst sind. Bei runden Flaschen
hat daher der Gewindegang die Form eines Kreisabschnittes. Jeweils zwei
gegenläufig
synchronisiert zusammenwirkende Förder schnecken bilden also zwischen
sich zahlreiche, in Abstand voneinander liegende Aufnahmeorgane 23 für die Behälter, die
wie Behälter
genau positioniert und in vorbestimmtem Abstand voneinander in Transportrichtung 18 längs der
Transportstrecke 14 schieben und führen. Durch Änderung
der Gewindesteigung kann der Abstand der Behälter voneinander und damit
auch die Transportgeschwindigkeit geändert werden. Die Transportschnecken
sind aus Kunststoff, vorzugsweise aus antistatischem Kunststoff,
gefertigt, der die Behälter
und die sie tragenden Bänder
weder elektrostatisch noch mechanisch beeinflusst. Dafür sind auch
gute Gleiteigenschaften des Materials bzw. eine gleitfähige Beschichtung
vorteilhaft.
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Aus 1 ist
zu erkennen, dass in die Transportstrecke 14 zwei Wägeeinrichtungen 25 integriert sind,
und zwar je eine vor und hinter der Füllstation 15. Sie
nehmen einen Wägebereich 26 der
Transportstrecke 14 ein. In dem Wägebereich ist, wie die 2 bis 4 zeigen,
der Positionierungsförderer 22 ausgenommen
bzw. so in seinem Umfang reduziert, dass seine Förderschnecken 21 nur
noch je eine rechts und links der Förderbahn der Behälter 12 verlaufende
Weile 27 bilden. In diesem Bereich bildet also der Positionsförderer 22 keine
Aufnahmeorgane für
die Behälter,
die somit von dem Positionierungsförderer 22 nicht mehr
angetrieben werden.
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2 zeigt,
dass in dem Wägebereich 26 in Höhe des Transporttisches 20 Bandförderer verlaufen,
und zwar in Transportrichtung 18 hintereinander ein Einlaufförderer 28,
ein Wägeförderer 29 und
ein Übergabeförderer 30.
Diese schmalen Bandförderer verlaufen
in dem schmalen mittleren Bereich, der den Pfad für die Behälter bildet.
Sie sind in ihrer Geschwindigkeit so angepasst, dass sie im wesentlichen
synchron mit der Geschwindigkeit des Positionierungsförderers
in den an den Wägebereich
angrenzenden Bereichen verlaufen. Die Antriebe der Förderer sind in 1 durch
Motorsymbole (M) symbolisiert. Darauf wird Bezug genommen.
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Die
Bandförderer 28, 30 sind
einstellbar, jedoch im übrigen
fest am Maschinengestell 13 angebracht, während der
zwischen ihnen liegende Wägeförderer 29 mit
seinem ebenfalls in der gleichen Geschwindigkeit mitlaufenden, angetriebenen
Förderband
sich auf einer Wägezelle 31 abstützt, die
ein an sich bekanntes elektronisches Wägesystem beinhaltet, das ein
Wägesignal
erzeugt, das dem Gewicht des darauf stehenden Gegenstandes in anzeigbarer und
elektronisch verarbeitbarer Form entspricht. Es ist zu erkennen,
dass der Einlaufförderer 28 und
der Übergabeförderer 30 den
transportwirksamen Bereich des Positionierungsförderers 22 ein Stück überlappen,
um die Behälter
zu übernehmen.
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Die 3 und 4 zeigen
Details im Wägebereich 26.
Es sind dort die Gewindegänge 32 der Förderschnecken 21 zu
erkennen sowie den Einlaufförderer 28 und
den Wägeförderer 29.
In diesem Falle ist kein Übergabeförderer 30 vorgesehen.
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Die
dargestellte und beschriebene Vorrichtung arbeitet nach folgendem
Verfahren:
Die Behälter 12 werden
von der nicht dargestellten Beschickungsvorrichtung in die Aufnahmeorgane 23 gestellt.
Die Aufnahmeorgane werden jeweils von den Flanken 33 der
Gewindegänge 32 zweier
benachbarter Förderschnecken 21 begrenzt.
Sie transportieren die Behälter 12,
jeweils auf dem Transporttisch gleitend, in vorbestimmtem Abstand
in Transportrichtung 18. Wenn sie den Wägebereich 26 erreichen,
werden die Behälter 12 auf
das Obertrum des als Bandförderer
ausgebildeten Einlaufförderers 28 geschoben
und kurz darauf von den Aufnahmeorganen des Positionierungsförderers
freigegeben, so dass sie nun aufrecht stehend auf den Obertrum des Einlaufförderers
zwischen den Wellen 27, jedoch ohne Kontakt zu diesen,
in Transportrichtung 18 weiterlaufen. In diesem Bereich
können
sich die Behälter von
eventuellen Schwankungen oder Schwingungen beruhigen, so dass sie
nun weitgehend stoßfrei
auf das Obertrum des Wägeförderers 29 auflaufen.
Damit sich jeweils nur ein Behälter 12 auf
dem Wägeband
befindet, ist dieses kürzer
als der Abstand der Behälter 12 voneinander
in diesem Bereich. Dadurch wird die Wägezelle entsprechend dem Gewicht
eines Behälters 12 zusätzlich belastet
und kann an geeigneter Stelle während
des Durchlaufes des Behälters auf
dem Wägeförderer zur
Abgabe eines Gewichtssignals abgefragt werden. Dies kann nach bekanntem Schema
verlaufen, wodurch sichergestellt wird, dass nur die statische Belastung
und keine dynamischen Einflüsse
das Ergebnis beeinflussen. Beim Verlassen des Wägebandes wird nach der Ausführung nach 1 bis 3 der
Behälter
zuerst von dem Übergabeförderer 30 übernommen
und wieder auf den transportwirksamen Bereich des Positionierungsförderers
zu bewegt. Dort öffnet
sich durch entsprechende gegenläufige
Drehung der Förderschnecken ein
Aufnahmeorgan und übernimmt
den darein geförderten
Behälter,
um ihn weiter zu transportieren.
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Bei
der Ausführung
nach 4 ist anschließend an das Wägeband
kein Übergabeförderer vorgesehen,
sondern die Behälter
werden vom Wägeband
direkt von den Förderschnecken
wieder übernommen.
Dies ist möglich,
weil Rückwirkungen
von dieser Übernahme
auf das Wägeband,
die anderenfalls der Übergabeförderer 30 ausschließen würde, dann
keine negativen Auswirkungen haben, wenn das Signal der Wägezelle
rechtzeitig vorher abgefragt wurde.
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Daran
anschließend
laufen die Behälter
in den Füllbereich 17,
wo jeweils sechs aufeinander folgende Behälter in einem Durchgang der
Füllstation 15 über die
Füllorgane 16 befüllt werden.
Dazu läuft die
Füllstation
von einer Anfangsposition über
eine der Füllzeit
entsprechende Stre cke mit den weiterbewegten Behältern mit. Zum Befüllen werden
die Füllorgane
ggf. in die Behälteröffnungen
hineingesenkt und danach wieder herausgezogen. Danach wird die Füllstation 15 wieder
in Anfangsposition zurückgefahren
und befüllt
die nächste
Sechser-Gruppe von Behältern.
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Die
Behälter
werden auf der Transportstrecke 14 von dem Positionierungsförder 22 weitertransportiert
und erreichen den nächsten
Wägebereich 26,
der also hinter der Füllstation 15,
jedoch vor einer Verschließstation
liegt. Dort wird in gleicher Weise wie vorher beschrieben das Gewicht
des nunmehr befüllten
Behälters
ermittelt, also das Bruttogewicht. Anschließend verlassen die Behälter die
Befüllvorrichtung 11 und
werden in einer nicht dargestellten Verschließstation mit Schraubdeckeln,
Kron- oder Krimpverschlüssen
etc. verschlossen.
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1 zeigt
schematisch eine Steuerung 35, die die Füllstation 15,
ggf. auch alle Füllorgane 16 einzeln,
in ihrer Füllmenge
steuert. Sie erhält
Signale von beiden Wägeeinrichtungen 25,
ermittelt aus der Differenz des Bruttogewichts das tatsächliche
Füllgewicht
(Füllmasse)
und steuert in Abhängigkeit
davon die Füllorgane.
Da die Tara-Messung einige Behälter vor
der Füllstation
und die Brutto-Messung einige Behälter bzw. Positionen auf der
Förderstrecke
hinter der Füllstation
geschieht, kann bei relativ stabilen und sich nur langsam ändernden
Verhältnissen
der entsprechende Wert für
eine generelle Korrektur verwendet werden. Es ist aber auch möglich, eine
Kontrolle der Füllmenge
jedes einzelnen Behälters
vorzunehmen, indem in der Steuerung durch entsprechende Speicherung
nach Art eines Schieberegisters die Tara- und Brutto-Gewichte jedes einzelnen
Behälters einander
zugeordnet werden. Eine unmittelbare Korrektur der Befüllung dieses
speziellen Behälters
ist dann zwar nicht mehr möglich,
aber es kann daraus, ggf. unter Verwendung statistischer Verfahren,
eine genaue Tendenz und damit eine optimale Korrektur eingeleitet
werden. Sollte eine Unterschreitung der vor geschriebenen Füllmenge
eingetreten sein, kann der entsprechende Behälter ausgesteuert oder zur Aussteuerung
gekennzeichnet werden.
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Vorteilhaft
kann jeder Behälter,
der die Vorrichtung durchläuft,
gewichtsmäßig erfasst
werden. Es kann aber auch ausreichend und bei sehr hohen Füllfrequenzen
zeckmäßig sein,
z.B. nur jeden zweiten Behälter
zu wiegen. In jedem Falle ist dies jedoch ohne Ausschleusen und
ohne Störung
des Füllvorganges
möglich.
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3 zeigt,
dass die entsprechenden Werte, z.B. Tara und Brutto, in einem Display 36 angezeigt werden
können.