DE102008012218A1

DE102008012218A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen eines Gebindes

Info

Publication number: DE102008012218A1
Application number: DE102008012218A
Authority: DE
Inventors: Alois Ing.(grad.) Combrink
Original assignee: Haver and Boecker OHG
Current assignee: Haver and Boecker OHG
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2008-03-03
Publication date: 2009-09-10
Also published as: CA2655268C; ES2401175T3; EP2098452A3; EP2098452B1; US20090272460A1; US8720494B2; CA2655268A1; EP2098452A2

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen von Säcken mit schüttfähigen Gütern, wobei ein zu befüllendes Gebinde mit einem Füllorgan über einen Füllprozess befüllt wird. Dabei umfasst der Füllprozess einen Füllabschnitt, einen Beruhigungsabschnitt und einen Abnahmeabschnitt, wobei während des Füllabschnitts ein schüttfähiges Gut unter Zugabe von Luft in den Sack eingefüllt wird und in dem Beruhigungsabschnitt eine Beruhigungsphase zum Druckabbau vorgesehen ist und in dem Abnahmeabschnitt der Sack von dem Füllorgan abgenommen wird. Dabei wird in der Beruhigungsphase mit einer Presseinrichtung ein Pressdruck auf das Gebinde ausgeübt, um das Gebinde zu entlüften und das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen zu reduzieren, bis eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens erreicht wird, woraufhin der Pressdruck der Presseinrichtung auf das Gebinde reduziert und das Gebinde von dem Füllorgan abgenommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen eines flexiblen Gebindes, insbesondere eines Sacks, mit schüttfähigen Materialien und insbesondere mit Schüttgütern, wobei das flexible Gebinde mittels eines Füllorgans befüllt wird. Die Erfindung dient zum Abfüllen von pulverförmigen Produkten oder Granulaten und insbesondere zum Abfüllen von leichten und sehr feinen Pulverprodukten, wie z. B. Aerosilen, sowie von zur Farbherstellung benutzten Russpartikeln oder TiO₂-Partikeln oder TiO₂ enthaltenden Stoffen oder dergleichen, bei denen das Schüttgut beim Abfüllen einen beträchtlichen Anteil an Luft enthält. Die Erfindung eignet sich aber auch zum Abfüllen anderer schütt- bzw. fließfähiger Materialien oder auch zum Abfüllen von giftigen oder umweltgefährdenden Produkten.
Im Stand der Technik sind verschiedene Systeme zum Abfüllen von Schüttgütern bekannt geworden. Bei konventionellen Systemen zum Abfüllen von schüttfähigen Gütern in Ventilsäcke enthalten die Schüttgüter einen gewissen Luftanteil während der Abfüllung. Der im Sack enthaltene Luftanteil wird über entsprechende Öffnungen in der Sackwandung langsam nach außen abgegeben.
Trotzdem besteht während des Füllvorgangs ein Überdruck im Sack, der beispielsweise ca. 150 bis 250 Millibar beträgt. Dieser Überdruck liegt auch noch im Moment des Abschaltens des Füllorgans vor. Wenn nun im Moment des Abschaltens des Füllorgans der Sack von dem Füllorgan abgezogen wird, so entlädt sich der im Innern des Sacks vorherrschende Druck schlagartig über das noch offene Ventil, sodass eine gewisse und insbesondere bei leichten Materialien erhebliche Menge Produkt aus dem Sack mit ins Freie befördert wird. Das führt zu einem Gewichtsverlust des Sacks und auch zu einer Verschmutzung der Anlage und der Säcke. Bei der Abfüllung von beispielsweise Rußpartikeln oder TiO₂-Partikeln führen dabei schon geringe entweichende Produktmengen zu einer ganz erheblichen Verschmutzung der Umgebung.
Um den Produktaustritt zu verringern und die Sauberkeit der Anlagen und der Säcke zu erhöhen, wird im Stand der Technik deshalb vor Abnahme des Sacks abgewartet, bis sich der Druck im Inneren des Sacks über die Wandung abgebaut hat, oder aber der Überdruck muss über einen Bypass abgeführt werden. Der Druckabbau über die Wandung erfordert insbesondere bei leichten Schüttgütern eine erhebliche Zeitspanne, sodass durchaus mit einer drastischen Reduzierung der Abfüllleistung gerechnet werden muss. Wird der Druck über einen Bypass abgeführt, wird der Druckabbau beschleunigt, verhindert aber nicht, dass Produkt durch den Bypass mit abgeführt wird, was dann zu einem Gewichtsverlust der Säcke führt. Hieraus resultieren auch erhebliche Gewichtsschwankungen. Außerdem muss das entweichende Produkt in der Regel verworfen werden. Insgesamt bedeutet dieser Zustand eine Erhöhung der Betriebskosten.
Im Stand der Technik ist mit der US 3,533,454 eine Vorrichtung bekannt geworden, mit der Materialien in Säcke gefüllt werden. Während des Füllvorgangs werden die seitlichen Flächen des Sacks zunächst eingedrückt. Beim Füllvorgang werden die Seitenwände dann expandiert, damit die mit Poren versehenen Seitenwände des Sacks sich nicht schon während des Füllvorgangs durch das Füllmaterial zusetzen. Durch die offenen Poren soll während des Füllvorgangs eine fortwährende Entlüftung erfolgen. Durch die ständige Entlüftung kann die Füllrate beim Abfüllen erhöht werden. Diese bekannte Technik führt nur zu einer relativ geringen Verkürzung des gesamten Füllprozesses, denn dieser wird erheblich durch den Maximaldruck im Sack am Ende des Füllvorgangs und die daraus resultierende Wartezeit nach dem Ende des Füllvorgangs bestimmt. Da der Maximaldruck unverändert ist, bleibt die Zeitdauer für den Druckabbau und somit die Wartezeit unverändert.
Im Stand der Technik ist weiterhin mit der DE 195 41 975 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen und Entlüften von offenen Säcken nach dem Füllvorgang bekannt geworden, bei dem die oberen Ränder der Überstände der Sackwandung mit Klemmbacken gleitfähig eingespannt werden und bei dem nach erfolgter Füllung die Klemmbacken in Richtung des im Sack vorhandenen Füllgutspiegels gewalzt werden, um die enthaltene Luft über eine durch die obere Öffnung des Sacks eingeführte und mit Vakuum beaufschlagbare Lanze aus dem Sack abzuführen. Dadurch kann die Wartezeit wirksam verkürzt werden. Ein Nachteil bei der bekannten Vorrichtung ist aber, dass durch die in den Sack eingeführte Lanze nicht nur Luft, sondern auch Füllgut abgeführt wird.
Aus der DE 37 03 714 A1 ist eine Einsackmaschine zum Verfüllen pulverförmiger Güter mit einem Füllstutzen bekannt geworden, bei dem an dem Füllstutzen eine mit einem Filter versehene und an eine Unterdruckquelle angeschlossene Luftauslassöffnung vorgesehen ist, die zur Absaugung der im Sack enthaltenen Luft dient. Mit einer solchen Vorrichtung können pulverförmige Schüttgüter in Ventilsäcke abgefüllt werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist aber, dass bei Einsatz eines grobporigen Filtermaterials dennoch ein erheblicher Anteil an Füllgut über die Auslassöffnung abgeführt wird, während bei Einsatz eines feinporigen Filtermaterials sich die Poren schnell durch das Füllgut zusetzen, sodass die Wirkung erheblich reduziert wird.
Bei derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen muss überall dort, wo mit der Luft Produkt, entweichen kann der Sack deshalb um den zu erwartenden Gewichtsverlust überfüllt werden, um die Gewichtsabweichungen des abgefüllten Sacks zu reduzieren bzw. zu kompensieren. Da aber dieser Gewichtsverlust schwankt, ist eine größere Streuung der Gewichte unumgänglich, wodurch zum Einhalten eines Mindestgewichts im Regelfall mehr Material in die Säcke abgefüllt werden muss, als eigentlich nötig wäre. Alternativ kann die Beruhigungszeit nach dem Ende des Füllvorgangs verlängert werden, damit sich der Überdruck abbauen kann.
In allen geschilderten Fällen entsteht ein verfahrensmäßiger Nachteil, der sich als spürbare Kostensteigerung durch eine deutliche Leistungsminderung und/oder durch Materialverlust und gegebenenfalls verschmutzte Säcke darstellt.
Weiterhin ist in der unveröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP2007/010252 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Füllen von Säcken mit schüttfähigen Gütern beschrieben, wobei ein zu befüllendes Gebinde über ein Füllorgan mittels eines Füllprozesses befüllt wird. Der Füllprozess weist einen Füllabschnitt, einen Beruhigungsabschnitt und einen Abnahmeabschnitt auf. Während des Füllabschnitts wird ein schüttfähiges Gut in das Gebinde eingefüllt, in dem Beruhigungsabschnitt ist eine Beruhigungsphase zum Druckabbau vorgesehen und in dem Abnahmeabschnitt wird das Gebinde von dem Füllorgan abgenommen. Dabei wird der Füllprozess dadurch verkürzt, dass das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen während eines wesentlichen Teiles des Füllprozesses reduziert wird, um den im Gebinde herrschenden Druck hoch zu halten, während am Ende des Füllprozesses das zur Verfügung stehende Volumen des Gebindes vergrößert wird, um den im Gebinde herrschenden Druck schnell zu reduzieren.
Gegenüber dem vorveröffentlichten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit dem bzw. mit der eine zügige Befüllung flexibler Gebinde möglich ist, wobei bei der Abnahme nur ein geringer oder sogar praktisch kein Gewichtsverlust auftritt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 17. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Befüllen von flexiblen Gebinden mit schüttfähigen Gütern vorgesehen und dient vorzugsweise zum Befüllen von Säcken mit insbesondere leichten schüttfähigen Gütern. Das zu befüllende Gebinde wird mit einem Füllorgan oder mit mehreren Füllorganen mittels eines Füllprozesses befüllt. Der Füllprozess umfasst wenigstens einen Füllabschnitt, einen Beruhigungsabschnitt und einen Abnahmeabschnitt. Während des Füllabschnitts wird wenigstens ein schüttfähiges Gut in das Gebinde eingefüllt und in dem Beruhigungsabschnitt ist wenigstens eine Beruhigungsphase zum Entlüften vorgesehen. In dem Abnahmeabschnitt wird das Gebinde von dem Füllorgan abgenommen. Wenigstens in der Beruhigungsphase wird mit wenigstens einer Presseinrichtung ein Pressdruck auf das Gebinde ausgeübt, um das Gebinde zu entlüften und das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen zu reduzieren. Der Pressdruck wird so lange ausgeübt, bis eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens erreicht wird, woraufhin der Pressdruck der Pressein richtung auf das Gebinde reduziert und das Gebinde von dem Füllorgan abgenommen wird.
Vorzugsweise wird am Ende des Füllprozesses vor der Abnahme das Volumen des Gebindes und insbesondere das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen vergrößert, um den im Gebinde herrschenden Druck zu reduzieren.
Unter dem Begriff „Füllprozess” wird im Sinne dieser Anmeldung der Prozess vom Aufstecken oder Anordnen des Gebindes bis zur Abnahme bzw. Entfernung des gefüllten Gebindes verstanden. Der Füllprozess umfasst dabei insbesondere das Anordnen oder Aufstecken des Gebindes, den eigentlichen Füllvorgang des Gebindes und das Abnehmen des gefüllten Gebindes.
Unter dem Begriff „Füllvorgang” wird der Vorgang des Befüllens verstanden, also der Füllabschnitt, bei dem wenigstens eine Phase mit Grobstromfüllung und wenigstens eine Phase mit Feinstromfüllung vorgesehen sein können. Unter dem Begriff „während des Füllprozesses” wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass das Volumen in zeitlicher Hinsicht nach dem Start des Füllprozesses, also nach dem Anordnen oder Aufstecken und vor der Abnahme des Gebindes erfolgt.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung ist die Reduktion des Volumens in der Beruhigungsphase bis eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens erzielt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Innendruck genügend abgebaut wird, sodass eine Abnahme ohne Materialaustritt möglich ist. Die vorbestimmte Verringerung wird vorzugsweise aufgrund von Erfahrungswerten für einzelne abzufüllende Produkte festgelegt.
Durch die Vergrößerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens vor der Abnahme wird der im Gebinde herrschende Druck direkt proportional zur Volumenvergrößerung verringert, sodass mit der Volumenvergrößerung direkt eine Druckreduzierung erzielt wird, da das flexible Gebinde aufgrund des erhöhten Innendrucks das vergrößerte Volumen unmittelbar einnehmen wird. Folglich kann der Abnahmedruck schnell erreicht werden, so dass bei der Abnahme der Gebinde kein hoher Materialverlust entsteht, da der Druck im Inneren des Gebindes durch die Volumenvergrößerung verringert wird.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine bessere Sackentlüftung während der Beruhigungsphase.
Vorzugsweise wird ein schüttfähiges Gut während des Füllabschnitts unter Zugabe von Luft in das Gebinde eingefüllt. Gegebenenfalls kann nach dem Füllprozess eine Verschweißung des Sacks erfolgen.
Der Füllprozess wird vorzugsweise auch dadurch verkürzt, dass das zur Verfügung stehende Volumen des Gebindes während eines wesentlichen Teiles des Füllprozesses reduziert wird, um den im Gebinde herrschenden Druck während des Füllens hoch zu halten. Am Ende des Füllprozesses wird der Pressdruck reduziert und somit das zur Verfügung stehende Volumen des Gebindes vergrößert, um den im Gebinde herrschenden Druck schnell zu reduzieren.
Grundsätzlich beginnt ein Sack zu entlüften, wenn darin Überdruck herrscht, also wenn eine Druckdifferenz zur Umgebung vorliegt. Dieser Zeitpunkt tritt typischerweise ab etwa 50% des abzufüllenden Gewichts ein. Dadurch, dass bei dieser Weiterbildung des Verfahrens schon frühzeitig nur ein reduziertes Volumen für das Gebinde zur Verfügung steht, steigt das Druckniveau im Sack während des Füllvorgangs steiler an als bei einem konventionellen Verfahren, so dass zu einem erheblich früheren Zeitpunkt ein Überdruck im Sack erreicht wird, der eine selbsttätige Sackentlüftung bewirkt. Da die Entlüftungsrate des Gebindes von der Druckdifferenz zwischen Sackinneren und der Umgebung abhängt, liegt durch das während des Füllabschnitts herrschende Überdruckniveau eine optimale Entlüftung vor. Die Entlüftung des Gebindes wird erheblich beschleunigt.
Trägt man den im Sack vorherrschenden Druck über der Zeit auf, so ist die Fläche unter der Kurve ein Maß für die Entlüftungsarbeit. Diese Fläche, die sich auf den Zeitraum des eigentlichen Füllens bezieht, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren größer, so dass erfindungsgemäß eine schnellere Abfüllung erzielbar ist.
Erfahrungen in einem konkreten Fall haben gezeigt, dass dort ein Überdruck schon etwa nach der Hälfte der sonst dazu benötigten Zeit erreicht wird, so dass während des Füllvorgangs schon über einen deutlich längeren Zeitraum eine effektive Entlüftung stattfindet.
Das Volumen wird gegen Ende des Füllprozesses, insbesondere im Beruhigungsabschnitt nach dem beendeten Füllvorgang verringert, während das Gebinde noch an dem Füllstutzen oder dem Füllorgan angeordnet ist. Dazu wird der eventuell zuvor schon vorhandene Entlüftungsdruck auf das Gebinde nochmals erhöht und der Pressdruck eingestellt, um das zur Verfügung stehende Volumen und damit das Gebindevolumen durch Entlüften des Gebindes zu reduzieren.
Insbesondere wird direkt nach dem Abschalten des Füllorgans ein hoher und insbesondere zeitlicher konstanter Pressdruck auf das Gebinde aufgebracht, der zu einer verstärkten Entlüftung des Gebindes und somit einem sich reduzierenden Volumen des Gebindes führt.
Durch die Maßnahmen kann das Füllverfahren verkürzt und die benötigte Wartezeit ganz erheblich verringert werden. In einem konkreten Fall wurde die Dauer der Beruhigungsphase von etwa 20 Sekunden auf 5 Sekunden reduziert, während die Zeitdauer des Füllabschnitts bei etwa 30 Sekunden konstant blieb, sodass die Zeitdauer für den Füllprozess um 20 bis 30% reduziert werden konnte.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Detektionseinrichtung vorgesehen, welche bei Erreichen des vorbestimmten Maßes für das dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens den Pressdruck auf das Gebinde reduziert. Die Detektionseinrichtung kann in Form einer mechanischen Kurvensteuerung vorgesehen sein oder in einer bevorzugten Weiterbildung als eine elektrische Detektionseinrichtung ausgeführt sein, die ein Abnahmesignal ausgibt.
Beispielsweise kann die Detektionseinrichtung in einem einfachen Fall als Endschalter ausgeführt sein. Wenn das Volumen des Gebindes vorbestimmt reduziert wird oder ein vorbestimmtes Maß erreicht, wird der Endschalter betätigt, woraufhin der Endschalter oder eine Steuereinrichtung das Abnahmesignal ausgibt. Im Anschluss wird der Abnahmeabschnitt eingeleitet und das Gebinde schließlich abgenommen.
Möglich ist es auch, dass eine Vielzahl von Endschaltern oder Positionsschaltern vorgesehen ist, von denen einer zur Indikation des vorbestimmten Maßes auswählbar ist. Möglich ist auch ein verstellbarer Endschalter oder Positionsschalter, um das vorbestimmte Maß beispielsweise materialabhängig oder auch gebindeabhängig einstellen zu können.
Insbesondere erfasst die Detektionseinrichtung einen Wert, der etwa proportional zu dem Volumen ist, welches dem Gebinde zur Verfügung steht. Die Detektionseinrichtung oder eine zugeord nete Steuereinrichtung gibt vorzugsweise ein Abnahmesignal aus, wenn der Wert das vorbestimmte Maß erreicht hat. Daraufhin wird der Pressdruck auf das Gebinde reduziert und das Gebinde wird abgenommen.
In vorteilhaften Weiterbildungen wird das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen in der Beruhigungsphase auf ein vorbestimmtes Maß reduziert. Dieser Wert kann fix gewählt sein und für alle mit einem Produkt zu füllenden Gebinde vorgegeben sein.
Möglich ist es auch, dass das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen in der Beruhigungsphase um ein vorbestimmtes Maß reduziert wird. Beispielsweise kann die Breite unabhängig von der Ausgangsbreite, die vom Füllprodukt und den Sackabmessungen abhängt, um z. B. 4 cm oder 6 cm reduziert werden. Das bietet Vorteile, insbesondere wenn die Produkteigenschaften schwanken.
Möglich ist es auch, das zur Verfügung stehende Volumen um einen vorgegebenen oder einstellbaren prozentualen Anteil zu verringern.
Insbesondere wird während wenigstens eines Teiles des Füllabschnitts auf das Gebinde von außen ein Entlüftungsdruck ausgeübt, um das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen schon während des Füllens zu reduzieren und um die Entlüftung zu fördern.
Während des Füllabschnitts wird vorzugsweise ein vorgegebener Druck im Gebinde schnell aufgebaut und anschließend etwa gehalten. Das Volumen kann am Ende des Beruhigungsabschnitts insbesondere nach der Beruhigungsphase in einem Schritt stark vergrößert werden.
Das zur Verfügung stehende Volumen ergibt sich während des Füllabschnitts im Wesentlichen aus einem Gleichgewicht des Gebindeinnendrucks und dem Entlüftungsdruck, der von außen aufgebracht wird.
Vorteilhafterweise wird während des Füllabschnitts ein vorgegebener Druck im Gebinde schnell aufgebaut und anschließend etwa gehalten. Der aufgebaute Druck kann der maximal aufbaubare Druck sein oder ein Druck, der unter Einhaltung von Sicherheitstoleranzen gewählt wird. Insbesondere liegt der aufgebaute Entlüftungsdruck unterhalb des vom Füllorgan erzeugbaren Fülldrucks.
In allen Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden die Pressbacken vorzugsweise druckgesteuert, können aber über eine Wegerfassung oder eine Positionserfassung verfügen.
Durch den gegenüber dem Entlüftungsdruck erhöhten Pressdruck in dem Beruhigungsabschnitt wird die Entlüftung verstärkt, sodass der Beruhigungsabschnitt verkürzt werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird während des Füllprozesses, insbesondere während des Befüllens bzw. während des Füllvorgangs in periodischen Abständen oder kontinuierlich ein Kennwert für das Gewicht des Gebindes bzw. des im Gebinde enthaltenden Füllguts erfasst. Dabei kann das Gewicht über ein Netto- und besonders bevorzugt ein Bruttoverfahren ermittelt werden. Möglich ist auch, dass ein Sackstuhl, auf dem das Gebinde angeordnet ist, Teil des wiegenden Systems ist. Da die Gewichte der beteiligten Komponenten bekannt sind, kann aus dem gemessenen Gesamtgewicht auf das aktuelle Gewicht des im Gebinde enthaltenen Füllguts zurück geschlossen werden. Vorzugsweise wird bei Erreichen des Sollgewichts eines Gebindes die Zufuhr des Schüttguts gestoppt. Möglich ist auch eine gewichtsabhängige Steuerung des Füllvorgangs oder des Füllpro zesses, wobei die Füllrate beim Erreichen eines vorbestimmten Gewichts oder Gewichtsanteils von der Grobstromfüllrate auf die Feinstromfüllrate reduziert wird. Es kann die Füllrate bei Erreichen eines vorbestimmten Gewichtes oder Gewichtsanteils auch kontinuierlich bis zu einer minimalen Füllrate abgesenkt werden, um eine optimale Befüllung zu erzielen.
Die Verringerung des Pressdrucks am Ende der Beruhigungsphase kann insbesondere schlagartig bzw. näherungsweise schlagartig erfolgen. Dadurch wird das zur Verfügung stehende Volumen in dem Beruhigungsabschnitt in einem kurzen Zeitabschnitt stark vergrößert. Möglich ist auch eine kontinuierliche Volumenvergrößerung nach Erreichen des vorbestimmten reduzierten Volumens.
In allen anderen Ausgestaltungen kann das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen zunächst vorzugsweise durch seitliche Begrenzungseinrichtungen, Presseinrichtungen, Pressbacken der dergleichen begrenzt werden, wobei die Pressbacken oder dergleichen zur Vergrößerung des zur Verfügung stehenden Volumens des Gebindes dann am Ende des Füllprozesses und insbesondere am Ende des Beruhigungsabschnitts nach außen gefahren werden. In bevorzugten Ausgestaltungen wirken die Begrenzungseinrichtungen oder Pressbacken oder dergleichen auf die Längsseiten des Gebindes ein. Insbesondere sind die Pressbacken wenigstens in der Beruhigungsphase druckgesteuert.
Möglich ist es auch, dass das zur Verfügung stehende Volumen in der Beruhigungsphase durch eine weggesteuerte Verfahrung der Pressbacken vorbestimmt reduziert wird.
In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen bis zu 50% oder mehr, insbesondere um bis zu 30% vergrößert. Vorzugsweise beträgt die Volumenvergrößerung zwischen etwa 3% und 20% und beson ders bevorzugt zwischen etwa 5% und 15%. Je nach abzufüllendem Stoff kann der prozentuale Anteil bei besonders feinen und leichten Stoffen auch noch größer sein.
Vorzugsweise wird nach dem Stoppen des Füllorgans der Pressdruck an das Gebinde angelegt, da der Druckabbau in dem vorhergehenden Zeitabschnitt bei höheren Überdrücken schneller vonstatten geht.
Herrscht gegen Ende der Beruhigungsphase in dem Sack ein Überdruck von z. B. 100 Millibar so beträgt der Innendruck etwa 1,1 bar. Durch eine Volumenvergrößerung um 10% kann der im Sack enthaltene Überdruck etwa vollständig abgebaut werden. Erfindungsgemäß kann die Wartezeit und der Beruhigungsabschnitt erheblich verkürzt werden.
In allen Ausgestaltungen der Erfindung kann ein Kennwert für den Sackinnendruck bzw. den Fülldruck im Gebinde vorzugsweise mittels eines Drucksensors erfasst werden. Dabei wird insbesondere ein Kennwert für den im Gebinde herrschenden Luftdruck ermittelt.
Beispielsweise kann an einem als Füllrohr oder Füllstutzen ausgeführten Füllorgan eine Sonde mit einem Messkanal vorgesehen sein, der bis in das Innere des zu füllenden Gebindes hineinreicht, sodass ein an den Messkanal angeschlossener Sensor einen Kennwert für den im Gebinde vorherrschen Druck erfasst. In anderen Ausgestaltungen kann auch über ein an das Füllorgan oder an das Gebinde angeschlossener Sensor ein Kennwert für den im Gebinde herrschenden Druck abgeleitet werden.
Vorteilhafterweise wird der Füllprozess insgesamt oder wenigstens der Füllvorgang in Abhängigkeit von dem ermittelten Kennwert gesteuert. Dadurch wird die Einhaltung von Grenzwerten beim Füllvorgang ermöglicht. Vorzugsweise wird der Füllprozess derart gesteuert, dass ein vorgegebener Maximaldruck nicht überschritten wird, um z. B. einen Sackbruch zu vermeiden. Andererseits wird das Füllorgan vorzugsweise derart gesteuert, dass der im Gebinde bzw. im Sack vorhandene Druck möglichst nahe am Maximaldruck liegt, um den Füllprozess insgesamt zu beschleunigen.
In bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung wird wenigstens in einem Zeitabschnitt das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen in Abhängigkeit von dem ermittelten Kennwert für den im Gebinde vorherrschenden Fülldruck bzw. Sackinnendruck variiert.
Falls ein Drucksensor zur Ermittlung eines Kennwerts für den im Gebinde vorherrschenden Sackinnendruck vorgesehen ist, kann der Abnahmezeitpunkt des Gebindes von dem Füllorgan oder dem Füllstutzen vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Sackinnendruck gewählt werden, um sicher zu stellen, dass nahezu kein Material bei der Abnahme austritt. Dazu können die Pressbacken geöffnet und der im Gebinde vorherrschende Sackinnendruck erfasst werden. Wenn ein geeigneter Abnahmedruck vorliegt, kann der Sack abgenommen werden. Ansonsten kann der Pressdruck wieder aufgebaut werden, bis sich ein geeigneter Abnahmedruck ergibt.
In allen Ausgestaltungen werden insbesondere Ventilsäcke gefüllt, die nach dem Füllvorgang verschlossen werden oder auch selbstschließend ausgeführt sein können.
In allen Ausgestaltungen wird vorzugsweise eine Membranpumpe zur Förderung der schüttfähigen Güter eingesetzt. Obwohl die Membranpumpe grundsätzlich eine Maschine zur Förderung von Flüssigkeiten bzw. Gasen ist, hat sich dieses System auch zur Förderung von schüttfähigen Gütern und insbesondere von leichten schüttfähigen Gütern bewährt.
Das Funktionsprinzip der Membranpumpe ähnelt dem der Kolbenpumpe, wobei bei der Membranpumpe eine vollständige Trennung von dem zu füllenden Schüttgut und dem Antrieb vorliegt. Die Trennung wird durch eine Membran erreicht, durch die die bewegten mechanischen Komponenten des Motors vor Einwirkungen des zu fördernden Schüttguts abgeschirmt werden.
Der eigentliche mechanische Antrieb der Membranpumpe kann konventionell über einen Elektromotor mittels einer an der Membran befestigen Pleuelstange oder mittels geeignet gesteuerter Druckluft erfolgen.
Membranpumpen haben gegenüber Förderturbinen den Vorteil, dass sie eine geringere Abhängigkeit der Füllleistung von dem im Sack herrschenden Überdruck aufweisen, so dass die während des Füllvorgangs vorherrschenden erhöhten Drücke die Fördermenge nur wenig beeinflussen.
Vorzugsweise werden Doppelmembranpumpen eingesetzt, die auch über Druckluft gesteuert werden können. Dazu ist ein Doppelgehäuse vorgesehen, welches über eine Verbindungsstange zwei verbundene Membranen enthält. Die Membranen werden auf ihrer Außenseite von dem befördernden Schüttgut und auf ihrer Innenseite von Druckluft beaufschlagt. Über die Verbindungsstange wird ein Ventil betätigt, welches bei Erreichen einer Endlage die Druckluft auf die jeweils andere Membran umsteuert. Eine solche über Druckluft angesteuerte Membranpumpe überträgt den Luftdruck direkt auf das zu befördernde Schüttgut. Durch eine Drosselung des Drucks lässt sich die beförderte Menge Schüttgut gut justieren.
In allen Ausgestaltungen wird insbesondere leichtes und gegebenenfalls auch elastisches Schüttgut mit einer Dichte kleiner als 300 kg je m³ bzw. mit einer Dichte kleiner 300 g je dm³ abgefüllt. Vorzugsweise wird Schüttgut mit einer Dichte kleiner als 250 kg je m³ und insbesondere mit einer Dichte zwischen 30 und 150 kg je m³ abgefüllt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Befüllen von flexiblen Gebinden ist insbesondere zum Befüllen von Säcken mit schüttfähigen Gütern vorgesehen und umfasst eine Steuereinrichtung und wenigstens ein Füllorgan, mit dem ein zu befüllendes Gebinde mittels eines Füllprozesses insbesondere unter Zugabe von Luft befüllt wird. Der Füllprozess umfasst wenigstens einen Füllabschnitt, einen Beruhigungsabschnitt zum Druckabbau und einen Abnahmeabschnitt. In dem Abnahmeabschnitt ist das Gebinde von dem Füllorgan abnehmbar. Dabei ist eine Presseinrichtung vorgesehen, mit welcher von außen auf das Gebinde Druck ausübbar ist. Die Steuereinrichtung und die Presseinrichtung sind geeignet und strukturiert, mittels der Presseinrichtung wenigstens in der Beruhigungsphase einen Pressdruck von außen auf das Gebinde auszuüben, um das Gebinde zu entlüften und das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen zu reduzieren, bis eine Detektionseinrichtung eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens detektiert, woraufhin ein Abnahmesignal ausgegeben wird und der Pressdruck der Presseinrichtung auf das Gebinde reduziert wird und das Gebinde von dem Füllorgan abgenommen wird.
Insbesondere kann der Füllprozess auch dadurch verkürzt werden, dass mittels der Press- oder Begrenzungseinrichtung das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen während eines wesentlichen Teiles des Füllprozesses verringert und am Ende des Beruhigungsabschnitts stark vergrößert wird, um während des Füllabschnitts den im Gebinde herrschenden Druck hoch zu halten und um den Beruhigungsabschnitt nach dem Füllabschnitt zu verkürzen.
Vorzugsweise weist die Presseinrichtung zwei Pressbacken auf, welche auf seitliche Bereiche eines Gebindes einwirken können.
Insbesondere ist die Detektionseinrichtung geeignet, einen Wert für das dem Gebinde zur Verfügung stehende Volumen zu ermitteln, wobei der erfasste Wert vorzugsweise etwa proportional zu dem Volumen ist, welches dem Gebinde zur Verfügung steht. Die Detektionseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens einen Abstandssensor oder einen Positionssensor oder einen Wegsensor. Möglich ist z. B. ein Abstandssensor auf Ultraschallbasis oder ein Laserabstandssensor oder ein sonstiger Sensor, der geeignet ist einen Weg oder Abstand zu erfassen. Möglich ist bei motorischen Systemen z. B. ein Inkrementaldrehgeber.
In bevorzugten Weiterbildungen ist wenigstens ein Drucksensor vorgesehen, mit dem ein Kennwert für einen im Gebinde herrschenden Druck bestimmbar ist. Vorzugsweise ist eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, welche den herrschenden Druck mit einem vorgegeben Druck vergleicht und welche ein Abnahmesignal auslöst, wenn der herrschende Druck kleiner als der vorgegebene Druck ist.
In allen Fällen ist vorzugsweise wenigstens eine Membranpumpe zum Transport des Schüttguts vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die insbesondere zur Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren geeignet ist, können insbesondere Ventilsäcke effektiv abgefüllt werden, wobei durch die vorbestimmte Volumenreduzierung nach dem Füllabschnitt eine effektive Entlüftung der Säcke ermöglicht wird.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben werden.
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
3 eine perspektivische Ansicht deines Sackstuhls für eine Vorrichtung nach 1 oder 2;
4 eine Vorderansicht des Sackstuhls nach 3 mit einem angehängten leeren Sack;
5 eine Vorderansicht des Sackstuhls nach 3 mit einem gefüllten Sack nach dem Abschalten des Förderstroms;
6 eine Vorderansicht des Sackstuhls nach 3 mit einem gefüllten Sack nach dem Pressvorgang;
7 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Füllrohr einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
8 eine stark schematisierte Darstellung des Füllstatus, Füllgewichts, Sackinnendrucks und des dem Sack zur Verfügung stehenden Volumens über der Zeit während eines Füllprozesses.
Mit Bezug auf die 1 bis 8 wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist hier im Ausführungsbeispiel als Packmaschine 1 mit einem einzelnen Füllorgan in Form eines Füllrohres 3 ausgeführt.
Die Packmaschine 1 dient zum Befüllen von Säcken 4 mit schüttfähigen Füllgütern 18 und ist hier im Ausführungsbeispiel vollautomatisch ausgeführt. Es ist auch möglich, die Packmaschine rotierend auszubilden und mit mehreren über dem Umfang verteilt angeordneten Füllorganen zu versehen. Ebenso ist eine manuelle Handaufsteckung möglich.
Die Packmaschine 1 umfasst ein Gestell 8 und ein als Füllrohr 3 ausgebildetes Füllorgan, auf welches die Ventilsäcke 4 mit Öffnungen 25 aufgeschoben werden. Eine Bedieneinheit 22 dient zur Bedienung und zur Anzeige des Status der Packmaschine 1. Mit einer Absaugung 21 wird z. B. beim Sackwechsel herausrieselndes Produkt abgesaugt.
In einem Leersackmagazin 50 werden Ventilsäcke 4 bevorratet. Zum Befüllen wird ein Ventilsack 4 gegriffen und angehoben. In 1 ist der Sackboden 4a eines leeren Ventilsacks 4 erkennbar. Der Ventilsack 4 wird mit der Aufsteckvorrichtung 51 (oder von Hand) auf das Füllrohr 3 aufgeschoben. Dazu wird die Verfahreinheit 52 in Richtung des Füllrohres 3 verfahren.
Nach dem Befüllen und der Abnahme des Ventilsacks 4 wird das Ventil verschlossen. Es kann auch z. B. verschweißt werden. Die Säcke 4 werden auf die Austrageeinrichtung 26 geworfen. In der anschließenden Austragelinie kann das tatsächlich erreichte Gewicht der Ventilsäcke 4 nochmals überprüft werden, bevor die Ventilsäcke 4 abtransportiert werden.
Wie in 1 dargestellt, ist dem Füllrohr 3 eine Pressvorrichtung 5 zugeordnet, die jeweils zwei Pressbacken 5a und 5b umfasst. Beim Aufstecken sind die Pressbacken 5a und 5b auseinander gefahren, sodass der Ventilsack 4 problemlos auf das Füllrohr 3 aufgeschoben werden kann. Anschließend werden die Pressbacken 5a und 5b von der Seite an den Ventilsack herangefahren, sodass das für den Ventilsack zur Verfügung stehende Volumen 60 (vgl. 4) praktisch schon von Beginn des Füllprozesses an reduziert wird und kleiner ist als das mögliche Sackvolumen des Ventilsacks 4.
Ein stark schematisierter und nur prinzipiell aufgetragener Verlauf des Sackgewichts 30 und des im Sack vorherrschenden Drucks 32 ist unter anderem in 8 über der Zeit T dargestellt.
Zum Zeitpunkt t0 beginnt der Füllabschnitt 40. Der leere Sack 4 ist angehängt und die Pressbacken 5a und 5b werden mit dem Druckluftzylinder 6 maximal zusammen gefahren, so dass das für den Sack zur Verfügung stehende Volumen 60 ausgehend von seinem Startvolumen 61 seinen minimalen Wert 62 zum Zeitpunkt t1 einnimmt. Gleichzeitig startet der Füllvorgang und es wird Füllgut 18 eingefüllt. Der Sack 4 dehnt sich aufgrund des eingefüllten Füllguts 18 aus und nimmt das zur Verfügung stehende Volumen ein, dass jedoch zunächst durch die Pressbacken 5a und 5b auf das minimale Volumen 62 begrenzt wird. Anschließend baut sich im Ventilsack 4 ein Überdruck auf, der typischerweise bis zu 100 oder 250 Millibar beträgt und auch noch größer sein kann und vom Füllmaterial und den weiteren Bedingungen abhängt. Zum Zeitpunkt t2 wird ein etwa stationärer Zustand erreicht. Insbesondere entspricht der dortige Überdruck 31 im Sack etwa dem von außen aufgebrachten Entlüftungsdruck 32 der Pressbacken 5a und 5b in diesem Füllabschnitt 40.
Bis zum Erreichen eines vorbestimmten Gewichts zum Zeitpunkt t3 wird mit dem Grobstrom S1 gefüllt. Daran schließt sich der Feinstrom S2 an. Zum Zeitpunkt t4 wird das vorgesehene Gewicht 30a erreicht, die Produktzufuhr gestoppt und der Füllabschnitt 40 beendet.
Es schließt sich der Beruhigungsabschnitt 41 an. Zum Zeitpunkt t4 wird vorzugsweise direkt der durch die Pressbacken 5a und 5b von außen aufgebrachte Druck auf den Pressdruck 34 erhöht. Der Pressdruck 34 der Pressbacken wird hier vorzugsweise durch den Druckluftzylinder 6 aufgebracht. Dadurch bedingt steigt der Druck im Sack vom Druck 32 auf den Druck 34 an und bleibt dort etwa konstant. Gleichzeitig entlüftet der Ventilsack 4 und das Sackvolumen 2 und das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen 60 nimmt entlang der Kurve 65 ab. Der hohe Innendruck bewirkt eine schnelle und effektive Entlüftung des Sacks 4.
Das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen verringert sich, bis zum Zeitpunkt t5 das zur Verfügung stehende vorbestimmte Volumen 68 erreicht wird, welches als absoluter Wert vorbestimmt sein kann, oder sich als Volumendifferenz 67 zu dem Volumen zum Zeitpunkt t4 ergibt.
Das Erreichen des zur Verfügung stehenden vorbestimmten Volumens 68 wird über die Detektionseinrichtung 70 erfasst, die ein Signal ausgibt, welches von der Steuereinrichtung 14 verarbeitet wird. Die Steuereinrichtung 14 gibt ein Abnahmesignal aus und der Abnahmeabschnitt 42 wird eingeleitet. Der Pressdruck 34 der Pressbacken 5a, 5b wird reduziert. Der gegenüber dem Umgebungsdruck immer noch erhöhte Sackinnendruck sorgt dafür, dass die Pressbacken 5a und 5b aufgefahren werden. Dadurch wird das dem Ventilsack 4 zwischen den Pressbacken 5a und 5b zur Verfügung stehende Volumen 60 schnell auf das Volumen 66 vergrößert.
Alternativ dazu können die Pressbacken 5a und 5b auch aktiv durch den Zylinder 6 geöffnet werden, sodass das zur Verfügung stehende Volumen 60 schlagartig oder doch nahezu schlagartig auf das Volumen 66 vergrößert wird.
Der Ventilsack 4 nimmt durch den im Inneren des Ventilsacks 4 herrschenden Überdruck nun ein vergrößertes Volumen ein, wodurch der im Inneren des Ventilsacks 4 vorherrschende Druck entsprechend verringert wird. Das führt hier dazu, dass direkt nach Öffnung der Pressbacken 5a und 5b der Sackinnendruck 31 gleich dem Abnahmedruck 36 ist, sodass praktisch direkt nach dem Zeitpunkt t5 der Sack abgenommen werden kann. Der Beruhigungsabschnitt 41 wird erheblich verkürzt.
Durch den Füllprozess bedingt wird die nötige Wartezeit, bis der Ventilsack 4 von dem Füllrohr 3 abgenommen werden kann, erheblich reduziert, sodass die Füllgeschwindigkeit gegenüber herkömmlichen Füllverfahren steigt. Gleichzeitig wird ein Materialausstoß bei der Abnahme von dem Füllrohr 3 vermieden, da der Innendruck reduziert wird, sodass die Ventilsäcke 4, die Packmaschine 1 und die Umgebung nicht so stark oder insbesondere gar nicht verschmutzt werden. Es ist möglich den Füllprozess so zu steuern, dass in der Regel gar kein Produkt oder nur ein äußerst geringer Produktanteil aus dem Ventilsack 4 austritt.
Mit der erfindungsgemäßen Packmaschine 1 werden vorzugsweise leichte Materialien und insbesondere Aerosile, Ruß und sonstige leichte Produkte abgefüllt. Es ist aber auch möglich, andere Produkte wie z. B. Zement oder dergleichen mit der erfindungsgemäßen Packmaschine 1 abzufüllen.
Nach den bisherigen Erfahrungen bei dem Abfüllen mit leichten Füllmaterialien, wie z. B. pyrogener Kieselsäure, ergibt sich eine deutliche Leistungssteigerung bei gleichzeitig höherer Gewichtsgenauigkeit. Während die Wartezeit nach dem Ende des Füllvorgangs, während der der Überdruck im Sack abgebaut wird, bei konventionellen Maschinen bei einem Füllmaterial zwischen etwa 15 und 20 Sekunden betrug, kann bei der erfindungsgemäßen Anlage der Sack nahezu oder gar direkt abgenommen werden, nachdem der Pressdruck das Volumen vorbestimmt reduziert hat und das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen vergrößert wurde. Die Zeitersparnis beträgt bei diesem Beispiel etwa 12 bis 17 Sekunden pro Sack. Bei einer durchschnittlichen Dauer des Füllvorgangs von etwa 30 Sekunden bedeutet dies eine Verkürzung des Füllprozesses von etwa 50 Sekunden auf ca. 35 Sekunden und somit eine ganz erhebliche Erhöhung der Anlagenkapazität um ca. 20 oder 30–40%. Bei schwereren Materialien oder bei Materialien, die mit einem geringeren Luftanteil abgefüllt werden, kann eine geringere Leistungssteigerung auftreten.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Packmaschine 1 in perspektivischer Ansicht dargestellt, die hier als Standmaschine und ebenfalls als nicht rotierende Anlage ausgebildet ist. Der Sackstuhl 20 ist Teil des gewogenen Systems im sogenannten Bruttowägeverfahren, bei dem der Sackstuhl 20 und die Presseinrichtung 5 und der zu befüllende Ventilsack 4 mit gewogen werden, um aus dem ermittelten Gewicht auf das im Ventilsack 4 enthaltene Füllgut 18 (vgl. 7) zurückzuschließen, da ja die Gewichte des Sackstuhls und der anderen beteiligten Komponenten bekannt sind.
Die Presseinrichtung 5 umfasst wiederum eine rechte Pressbacke 5a und eine linke Pressbacke 5b, die in der Ausgangsposition z. B. etwa parallel zueinander und voneinander beabstandet angeordnet sind und die hier jeweils an den unteren Enden an Schwenkachsen 7 schwenkbar gelagert sind. Die beiden Pressbacken 5a und 5b sind an den oberen Enden über ein oberes Gestänge 5d miteinander verbunden, an welchem ein Antrieb 6 angeordnet ist, der hier als Motor ausgeführt ist. Durch Betätigung des Motors 6 wird der obere Abstand zwischen den Pressbacken 5a und 5b verringert, sodass das zwischen den Pressbacken 5a und 5b vorliegende Volumen 60 beeinflusst wird, wie insbesondere auch in der Darstellung nach 4 erkennbar ist. Mit der in 6 sichtbaren Detektionseinrichtung, die z. B. als Wegsensor ausgeführt ist, kann eine weggesteuerte Steuerung der Pressbacken 5a und 5b erfolgen. Alternativ zu dem Motor 6 kann ein anderer Aktuator zur Betätigung der Pressba cken vorgesehen sein, der z. B. einen Druckluftzylinder oder Hydraulikantrieb umfasst.
Anstelle der drehbaren Lagerungen an den unteren Enden der Pressbacken 5a und 5b, die jeweils mit Pressplatten 5c versehen sind, kann auch das untere Gestänge 5e über einen Druckluftzylinder oder einen Motor 6 oder einen sonstigen Aktuator längenverstellbar ausgeführt sein.
Durch längenverstellbare Gestänge 5d und 5e kann eine parallele Verschiebung der Pressbacken 5a und 5b erreicht werden.
Erfindungsgemäß werden die Pressbacken 5a und 5b des Sackstuhls 20 zu Beginn des Füllprozesses bzw. des Füllvorgangs derart an den Ventilsack 4 herangefahren, dass sie das zur Verfügung stehende Sackvolumen 60 während der Füllung zunächst erheblich um z. B. 30% oder mehr reduzieren. D. h., dass für eine Gewichtsgröße von z. B. 10 kg nur noch ein reduziertes Volumen zur Verfügung steht. Wenn nun der Ventilsack sein angestrebtes Gewicht erreicht hat und der Füllvorgang somit beendet ist, steht der Ventilsack 4 zunächst unter dem üblichen Überdruck von z. B. 100 oder 250 Millibar oder dergleichen.
In diesem Moment werden die beiden seitlichen Pressbacken mit erhöhtem Pressdruck zusammengefahren. Dadurch steigt die Entlüftungsrate und das Sackvolumen sinkt. Der erhöhte Pressdruck wird erst reduziert, wenn das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen vorbestimmt reduziert wurde. Beispielsweise können die seitlichen Pressbacken 5a und 5 bis auf einen vorbestimmten Abstand aufeinander zu bewegt werden. Möglich ist es auch, das die Breite des Sacks um ein vorbestimmtes Maß von z. B. 2, 4, 6 oder 8 cm reduziert wird. Das vorbestimmte Maß kann vom abzufüllenden Produkt und den Sackabmessungen abhängen. Erst bei Erreichen der vorbestimmten Volumenreduktion wird der Pressdruck 34 reduziert oder abgeschaltet, sodass das dem Ventilsack 4 zur Verfügung stehende Volumen quasi schlagartig vergrößert und somit der Überdruck im Sackinneren kompensiert wird.
Nach dem Auseinanderfahren der Pressbacken 5a und 5b kann der Ventilsack 4 deshalb in der Regel abgenommen werden, ohne dass ein schädlicher Produktverlust bei der Abnahme auftritt. Dieses System erlaubt folglich eine hohe Abfüllleistung, da nur eine geringe Verweildauer nach dem Füllvorgang erforderlich ist, wobei bei der Abnahme kein Füllgut 18 oder nur geringe Mengen abgeführt werden.
Es ist auch möglich, dass die Pressbacken 5a und 5b nach beendetem Füllvorgang zunächst geöffnet und anschließend wieder leicht an den Sack 4 angedrückt werden, um die Abnahme des Sacks mit der Sackabnahmeeinrichtung 24 (vgl. 3) zu unterstützen. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sackstuhl 20 inklusive der Pressvorrichtung 5 und der Sackabnahmeeinrichtung 24 Teil des gewogenen Systems, welches beim Abfüllen gewogen wird, um das abgefüllte Produktgewicht zu ermitteln und den Füllvorgang entsprechend zu steuern. Der Sackstuhl 20 ist über die Gegenlenker 23 am Gestell 8 aufgehängt und wird über die an der Messdosenbefestigung 26 befestigte Messdose (nicht dargestellt) gewogen.
In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Packmaschine eine Doppel-Membranpumpe 16 zur Förderung des Füllguts 18. Eine Doppel-Membranpumpe 16 eignet sich insbesondere zur Abfüllung von leichten Füllmaterialien 18. Dabei liegt die Abfüllleistung bei Füllmaterialien mit einem Schüttgewicht kleiner 100 g pro dm³ bei etwa 60 Sack pro Stunde und Füllstutzen, kann aber auch größer oder kleiner sein.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß nicht nur Einzel- oder Reihenpackmaschinen vorgesehen sein können, sondern es können auch rotierende Packmaschinen mit mehr als einem Füllrohr oder Reihenpackmaschinen mit mehreren in Reihe liegenden Füllrohren eingesetzt werden.
Bei dem Füllprozess wird die Steuerung des Füllvorgangs durch eine Waagensteuerung vorgenommen, die die Füllgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem schon im Ventilsack 4 vorhandenen Füllgewicht steuert.
In 4 ist ein Sackstuhl 20 in einer Vorderansicht mit einem angehängten leeren Sack 4 dargestellt. Das zur Verfügung stehende Volumen 60 ist auf ein minimales Volumen 62 reduziert, da die Pressbacken 5a und 5b eingefahren wurden. Der Abstand 54 an dem Zylinder 6 ist ein Maß für das zur Verfügung stehende Sackvolumen. Der Abstand 54 ist in dem in 4 dargestellten Zustand entsprechend klein, da das zur Verfügung stehende Volumen auf das minimale Volumen 62 reduziert wurde. Das Sackvolumen 2 ist hier noch nahezu Null, da noch kein Füllgut 18 in den Sack 4 eingefüllt wurde. Mit beginnender Füllung erreicht das tatsächliche Sackvolumen 2 schnell das zur Verfügung stehende Volumen 62, woraufhin der Sackinnendruck 31 bis auf den Entlüftungsdruck der Pressbacken 5a und 5b steigt. Mit fortschreitender Füllung werden die Pressbacken 5a und 5b auseinander gedrückt und das zur Verfügung stehende Volumen 60 und das Sackvolumen 2 nimmt zu, bis das vorgesehene Endgewicht 30a erreicht wird.
In 5 ist der gefüllte Zustand dargestellt, wobei das zur Verfügung stehende Volumen 64 etwa sein Zwischenmaximum erreicht. Je nach Füllgut und Füllbedingungen weist das Volumen des Sacks hier sein Maximum auf oder schon etwas zuvor währender der Füllung mit dem Feinstrom S2.
Anschließend werden die Pressbacken mit erhöhtem Pressdruck 34 auf die Seitenflächen des Sacks 4 gedrückt und der Sack 4 wird durch den hohen Pressdruck 34 bedingt schnell entlüftet. Das tatsächliche Sackvolumen nimmt ab, bis das zur Verfügung stehende Volumen 60 vorbestimmt reduziert wurde und entweder um einen vor bestimmten Betrag 67 oder Anteil verringert wurde oder aber ein vorbestimmtes zur Verfügung stehendes Volumen 68 erreicht. Dieser Zustand ist in 6 dargestellt. Der Abstand 56 ist deutlich kleiner als der Abstand 55 im prall gefüllten Zustand, der in 5 abgebildet ist.
Die Abstände 54 bis 56 sind hier etwa proportional zu dem zur Verfügung stehenden Volumen 60. Der jeweils aktuelle Abstand wird hier durch die Detektionseinrichtung 70 erfasst, die als Weg-, Abstands- oder Längenmesseinrichtung arbeitet und ein Maß für den Abstand der beiden Pressbacken 5a und 5b detektiert. Daraufhin wird der Pressvorgang beendet und die Abnahme des Sacks 4 eingeleitet. Das Beenden des Pressvorgangs wird hier initiiert, wenn der Abstand 56 erreicht wird, der ein bestimmtes zur Verfügung stehendes Volumen 68 repräsentiert. In anderen Ausgestaltungen kann ein Laser- oder Ultraschallabstandssensor oder ein sonstiger Weg- oder Längensensor vorgesehen sein.
In 7 ist ein schematischer Querschnitt durch ein Füllrohr 3 dargestellt. Bei diesem Füllrohr 3 ist zusätzlich noch wenigstens ein Drucksensor 10 vorgesehen, mit dem ein Kennwert für den im Ventilsack 4 herrschenden Druck erfassbar ist.
In 7 ist das Füllrohr 3 geschnitten dargestellt, auf das ein Ventilsack 4 mit seiner Öffnung 25 aufgeschoben ist. Der Ventilsack 4 wird mit einer an einer Außenseite 3a des Füllrohrs 3 angebrachten Blähmanschette 27 gehalten und zur Umgebung abgedichtet. Die Blähmanschette 27 legt sich im aufgeblähten Zustand an eine Innenwandung 28b eines der Befestigung des Ventilsacks 4 an dem Füllrohr 3 dienenden Abschnitts 28 des Ventilsacks 4 an.
Mittels der Presseinrichtung nach den 3–6 wird das für den Ventilsack 4 zur Verfügung stehende Volumen 60 schon vor Beginn des Füllabschnitts reduziert.
Weiterhin wird während des Füllprozesses ein für den Druck im Ventilsack 4 charakteristischer Wert über den Drucksensor 10 aufgenommen. Dabei kann der Drucksensor 10 in einem Bereich 3c des Füllrohrs 3 angeordnet sein, der unmittelbar an einen von dem Abschnitt 28 des Ventilsacks 4 belegten Bereich 3d angrenzt. Der Drucksensor 10 durchragt eine Wand des Füllrohrs 3, sodass er den Druck im Inneren des Füllrohrs 3 aufnimmt, der im Wesentlichen dem im Ventilsack herrschenden Druck entspricht.
Alternativ dazu kann auch ein Drucksensor 10 vorgesehen sein, der über eine Druckaufnahmeöffnung 9 bzw. einen Messkanal oder eine Messleitung 13 den im Inneren des Sacks herrschenden Druck aufnimmt. Die Druckaufnahmeöffnung 9 kann z. B. in einem vorderen Bereich des Füllrohrs 3 in der Nähe der Austrittsöffnung für das Füllmaterial 18 vorgesehen sein. Die Messleitung 13 kann einen ersten als Kanal ausgeführten Abschnitt 13a in dem Füllrohr und einen zweiten Abschnitt 13b aufweisen, der als flexible oder starre Leitung ausgeführt ist und mit dem Drucksensor 10 verbunden ist. Da sich Druckstörungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, kann die Messleitung 13 eine erhebliche Länge aufweisen.
Die mit dem Drucksensor 10 gemessenen Druckwerte werden in der zugeordneten digitalen Auswertungseinheit 11 zwischengespeichert und einer zentralen Steuerungseinheit 14 übergeben. Anhand der mittels des Wägesystems 12 und mittels des Drucksensors 10 gemessenen Daten wird der Füllprozess gesteuert. Die von der Wägeeinrichtung 12 gemessenen Messwerte werden an eine elektronische Verarbeitungseinheit 15 gesendet, die mit der zentralen Steuerungseinheit 14 verbunden ist, die das Förderorgan 16 steuert.
Für spezielle Stoffe oder in speziellen Situationen kann über eine Luftzufuhr 17 Luft zugeführt werden, um z. B. Anbackungen zu lösen.
Der Füllprozess arbeitet wie folgt: Nach dem Aufstecken eines Ventilsacks 4 per Hand oder mit einem Aufsteckautomaten auf ein Füllrohr 3 wird der Ventilsack 4 mittels der Blähmanschette 27 festgelegt und es werden die Pressbacken 5a und 5b an den Sack herangeführt, um dessen zur Verfügung stehendes Volumen zu begrenzen. Im Anschluss daran wird der Füllvorgang gestartet, der durch die elektronische Steuerungseinheit 14 gesteuert wird und bei dem das Füllmaterial 18 und gleichzeitig ein Luftanteil 19 in den Sack 4 eingebracht werden.
Das dem Förderorgan 16 aus einem Silo oder dergleichen zugeführte Füllmaterial 18 wird durch das Füllrohr 3 in den Ventilsack 4 eingebracht. Die Menge des eingefüllten Materials 18 wird kontinuierlich von der nur schematisch dargestellten Wägeeinrichtung 12 erfasst und die Messwerte werden an die Verarbeitungseinheit 15 und die Steuerungseinheit 14 weitergeleitet.
Gleichzeitig kann der im Ventilsack 4 herrschende Druck erfasst werden. Wenn der Druck im Ventilsack eine vorbestimmte Grenze übersteigt, wird der Füllvorgang verlangsamt, um ein Platzen des Ventilsacks 4 zu vermeiden. Umgekehrt kann die Füllgeschwindigkeit erhöht werden, wenn der im Ventilsack herrschende Druck geringer als ein vorbestimmter Druck ist.
Die Stellung der Pressbacken kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Gewicht und dem ermittelten Druck im Ventilsack 4 gesteuert werden. Möglich ist z. B. das die Pressbacken 5a und 5b erst das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen reduzieren, wenn ein vorbestimmter Anteil von z. B. 30 oder 50% der vorgesehenen Füllmenge in den Sack eingefüllt wurde. Möglich ist es auch, die Pressbacken 5a und 5b nach Ende des Füllvorgangs kontinuierlich aufeinander zuzufahren, um das dem Sack zur Verfügung stehende Volumen kontinuierlich zu verkleinern, bevor das Sackvolumen vor der Abnahme schließlich vergrößert wird.
Vorzugsweise werden die Pressbacken nach beendetem Pressvorgang auseinandergefahren, sodass der Druck im Sackinneren schnell oder sogar nahezu schlagartig sinkt. Wenn nun der im Sackinneren er mittelte Überdruck unter einen vorbestimmten oder wählbaren Wert fällt, wird der Sack abgenommen. Da bei der Abnahme kein oder nur ein geringer Überdruck vorliegt, wird nur sehr wenig oder gar kein Füllmaterial 18 bei der Abnahme aus dem Sack heraus geblasen, so dass die Säcke 4 und die Packmaschine 1 erheblich sauberer bleiben. Mit dem Drucksensor 10 wird es möglich, den Sackinnendruck 31 vor der Abnahme zu überprüfen, um den Austritt von Füllmaterial 18 bei der Abnahme sicher zu verhindern.

1: Packmaschine
2: Volumen
3: Füllrohr
3a: Außenseite
3d: Bereich
4: Ventilsack
4a: Sackboden
5: Pressvorrichtung
5a, 5b: Pressbacke
5c: Pressplatte
5d, 5e: Gestänge
6: Druckluftzylinder
7: Schwenkachse
8: Gestell
9: Druckaufnahmeöffnung
10: Drucksensor
11: Auswertungseinheit
12: Wägesystem
13: Messleitung
13a, 13b: Abschnitt
14: Steuerungseinheit
15: Verarbeitungseinheit
16: Doppelmembranpumpe
16: Förderorgan
17: Luftzufuhr
18: Füllgut
19: Luftanteil
20: Sackstuhl
21: Absaugung
22: Bedieneinheit
23: Gegenlenker
24: Sackabnahmeeinrichtung
25: Öffnung
26: Messdosenbefestigung
27: Blähmanschette
28: Abschnitt
28b: Innenwandung
30: Sackgewicht
30a: Sackgewicht
31: Sackinnendruck
32: Entlüftungsdruck
34: Pressdruck
36: Abnahmedruck
37: Beruhigungsphase
40: Füllabschnitt
41: Beruhigungsabschnitt
50: Leersackmagazin
51: Aufsteckvorrichtung
52: Verfahreinheit
53: Verfahrschiene
54–56: Abstand
60: Volumen
61: Startvolumen
62: Minimales Volumen
63: Zwischenmaximum
64: Kurve
65: Vorbestimmtes Volumen
66: Endvolumen
67: Volumendifferenz
68: Minimales Volumen
70: Detektionseinrichtung
t1–t5: Zeitpunkt
S1: Grobstrom
S2: Feinstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3533454 [0005]
- DE 19541975 A1 [0006]
- DE 3703714 A1 [0007]
- EP 2007/010252 [0010]

Claims

Verfahren zum Befüllen von flexiblen Gebinden (4), insbesondere zum Füllen von Säcken (4), mit schüttfähigen Gütern (18), bei welchem mit einem Füllorgan (3) ein zu befüllendes Gebinde (4) mittels eines Füllprozesses befüllt wird, wobei der Füllprozess wenigstens einen Füllabschnitt (40), einen Beruhigungsabschnitt (41) und einen Abnahmeabschnitt (42) umfasst, wobei während des Füllabschnitts (40) wenigstens ein schüttfähiges Gut (18) in das Gebinde (4) eingefüllt wird und in dem Beruhigungsabschnitt (41) wenigstens eine Beruhigungsphase (37) zum Entlüften vorgesehen ist, und wobei in dem Abnahmeabschnitt (42) das Gebinde von dem Füllorgan (3) abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in der Beruhigungsphase (37) mit wenigstens einer Presseinrichtung (5) ein Pressdruck auf das Gebinde (4) ausgeübt wird, um das Gebinde (4) zu entlüften und das dem Gebinde (4) zur Verfügung stehende Volumen (60) zu reduzieren, bis eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens erreicht wird, woraufhin der Pressdruck (34) der Presseinrichtung (5) auf das Gebinde (4) reduziert und das Gebinde (4) von dem Füllorgan (3) abgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine Detektionseinrichtung (70) einen Wert für das dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens (60) erfasst und ein Abnahmesignal ausgibt, wenn eine vorbestimmte Verringerung erzielt ist, woraufhin der Pressdruck auf das Gebinde (4) reduziert und das Gebinde (4) abgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Detektionseinrichtung (70) einen Wert erfasst, der etwa proportional zu dem Volumen (60) ist, welches dem Gebinde (4) zur Verfügung steht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die vorbestimmte Verringerung erreicht wird, wenn in der Beruhigungsphase (37) das dem Gebinde (4) zur Verfügung stehende Volumen (2) auf oder um ein vorbestimmtes Maß reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während wenigstens eines Teiles des Füllabschnitts (40) auf das Gebinde (4) von außen ein Entlüftungsdruck (32) ausgeübt wird, um das dem Gebinde (4) zur Verfügung stehende Volumen (60) zu reduzieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Füllabschnitts (40) ein vorgegebener Entlüftungsdruck (32) im Gebinde (4) schnell aufgebaut und anschließend etwa gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumen (60) in dem Beruhigungsabschnitt (41) in einem Schritt stark vergrößert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kennwert für das Gewicht des Gebindes (4) während des Füllabschnitts (40) erfasst wird und bei Erreichen des Sollgewichts (30a) des Gebindes (4) die Zufuhr des Schüttguts (18) gestoppt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck von außen auf das Gebinde (4) durch Pressbacken (5a, 5b) einer Presseinrichtung (5) bewirkt wird, welche insbesondere auf die Längsseiten des Gebindes (4) einwirken.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Pressbacken (5a, 5b) wenigstens in der Beruhigungsphase (37) druckgesteuert sind.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei das zur Verfügung stehende Volumen in der Beruhigungsphase (37) durch eine weggesteuerte Verfahrung der Pressbacken (5a, 5b) vorbestimmt reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit einem Drucksensor (10) ein Kennwert für den Sackinnendruck (31) im Gebinde (4) erfasst und der Füllprozess wenigstens teilweise in Abhängigkeit von dem Sackinnendruck (31) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abnahmezeitpunkt (t3) in Abhängigkeit von dem Sackinnendruck (31) gewählt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei nach der Reduktion des Pressdrucks (34) der Sackinnendruck (31) im Gebinde (4) überprüft wird und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Abnahmedrucks (36) der Abnahmezeitpunkt (t3) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Membranpumpe (16) zur Förderung der schüttfähigen Güter (18) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pressbacken (5a, 5b) beim Abnehmen des Gebindes (4) einen leichten Druck auf das Gebinde (4) ausüben, um die Abnahme zu unterstützen.
Vorrichtung zum Befüllen von flexiblen Gebinden (4), insbesondere zum Füllen von Säcken (4), mit schüttfähigen Gütern (18), mit einer Steuereinrichtung (14) und wenigstens einem Füllorgan (3) zum Befüllen eines zu befüllendes Gebinde (4) mittels eines Füllprozesses, wobei der Füllprozess wenigstens einen Füllabschnitt (40) zum Füllen des Gebindes (4), einen Beruhigungsabschnitt (41) mit wenigstens einer Beruhigungsphase (37) zum Entlüften und einen Abnahmeabschnitt (42) umfasst, und wobei in dem Abnahmeabschnitt (42) das Gebinde (4) von dem Füllorgan (3) abnehmbar ist, wobei eine Presseinrichtung (5) vorgesehen ist, mit welcher von außen auf das Gebinde (4) Druck ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (14) und die Presseinrichtung (5) geeignet und strukturiert sind, mittels der Presseinrichtung (5) wenigstens in der Beruhigungsphase (37) einen Pressdruck (34) von außen auf das Gebinde (4) auszuüben, um das Gebinde (4) zu entlüften und das dem Gebinde (4) zur Verfügung stehende Volumen (60) zu reduzieren, bis eine Detektionseinrichtung (70) eine vorbestimmte Verringerung des dem Gebinde zur Verfügung stehenden Volumens detektiert, woraufhin ein Abnahmesignal ausgegeben wird, der Pressdruck (34) der Presseinrichtung (5) auf das Gebinde (4) reduziert und das Gebinde (4) von dem Füllorgan (3) abgenommen wird.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Presseinrichtung (5) zwei Pressbacken (5a, 5b) aufweist, welche auf seitliche Bereiche eines am Füllorgan (3) angeordneten Gebindes (4) einwirken können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 oder 18, wobei die Detektionseinrichtung (70) geeignet ist, einen Wert für das dem Gebinde (4) zur Verfügung stehende Volumen (60) zu ermitteln, wobei der erfasste Wert vorzugsweise etwa proportional zu dem Volumen (60) ist, welches dem Gebinde zur Verfügung steht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 19, wobei die Detektionseinrichtung (70) wenigstens einen Abstands- oder Wegsensor umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 20, wobei wenigstens ein Drucksensor (10) vorgesehen ist, mit dem ein Kennwert für ein im Gebinde (4) herrschender Druck bestimmbar ist und wobei vorzugsweise eine Vergleichseinrichtung (14) vorgesehen ist, welche den herrschenden Druck (31) mit einem vorgegeben Abnahmedruck (36) vergleicht und welche ein Abnahmesignal auslöst, wenn der herrschende Druck (31) kleiner als der vorgegebene Abnahmedruck (36) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 21, wobei wenigstens eine Membranpumpe (16) zum Transport des Schüttguts (18) vorgesehen ist.