DE102008025268A1

DE102008025268A1 - Verfahren und Füllanlage zum Befüllen von Säcken

Info

Publication number: DE102008025268A1
Application number: DE200810025268
Authority: DE
Inventors: Alois Combrink; Thomas Hilling
Original assignee: Haver and Boecker OHG
Current assignee: Haver and Boecker OHG
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2009-12-03
Also published as: CN102046471A; EP2288544A1; EA018852B1; WO2009144014A1; ES2391706T3; CN102046471B; EA201100046A1; EP2288544B1

Abstract

Füllanlage zum Füllen von Ventilsäcken und Verfahren zum Betreiben einer Füllanlage, welche wenigstens eine rotierbare Packmaschine mit einem Antrieb zur Drehung der Packmaschine und eine Mehrzahl von Füllstutzen, welche über dem Umfang der rotierbaren Packmaschine verteilt angeordnet sind, umfasst. Die Füllstutzen sind zur Aufnahme der Ventilsäcke vorgesehen und sind mit einer Öffnung an den Füllstutzen festlegbar und durch die Füllstutzen mit schüttfähigen Materialien befüllbar. Die Ventilsäcke werden an einer definierten Aufsteckposition auf die Füllstutzen aufgesteckt und an einer definierten Abwurfposition automatisch abgeworfen. Es ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, um den Füllvorgang zu steuern. Wenigstens einem Füllstutzen ist ein Drucksensor zugeordnet, um ein Maß für den Fülldruck eines an dem Füllstutzen angeordneten Ventilsacks zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ermittelt mittels des Drucksensors einen repräsentativen Druckkennwert für den an der Abwurfposition herrschenden Fülldruck und passt eine Drehgeschwindigkeit der Packmaschine über eine Steuerung der Geschwindigkeit des Antriebs an.

Description

Die Erfindung betrifft eine Füllanlage mit einer rotierenden Packmaschine und ein Verfahren zum Befüllen von Behältnissen und insbesondere von Säcken, vorzugsweise von Ventilsäcken, mit schüttfähigen Materialien. Die Füllanlage umfasst wenigstens einen Füllstutzen, mit welchem dem Behältnis das schüttfähige Material zugeführt wird und an dem das Behältnis aufgenommen wird. Weiterhin ist ein Förderorgan zum Transport von Material durch die Fülleinrichtung in das Behältnis vorgesehen.
Schüttfähige Materialien wie u. a. Baustoffe oder Chemikalien in Granulat- oder Pulverform werden oftmals mit rotierenden Packmaschinen in Ventilsäcke gefüllt. Die verschlossenen Ventilsäcke werden dann zum Verbraucher transportiert.
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. Weiterhin wird dem abzufüllenden Material oftmals bei der Abfüllung Luft beigemischt, um dem Material die notwendige Schütt- bzw. Fließfähigkeit zu verleihen. Der im Sack enthaltene Luftanteil wird über eine entsprechende Luftdurchlässigkeit der Sackwandung nach außen abgegeben.
Ein wesentlicher Aspekt bei der Auswahl von Füllanlagen ist die damit mögliche Füllrate, die z. B. in Säcken je Stunde angegeben wird. Je mehr Säcke pro Stutzen und Zeiteinheit abgefüllt werden können, desto geringer ist die Investition. Außerdem sinkt mit einer kompakteren Packmaschine der Platzbedarf.
Zur effektiven und schnellen Abfüllung haben sich rotierende Packmaschinen bewährt, die mit einer Anzahl von über dem Umfang verteilt angeordneten Füllstutzen versehen sind. An einer Aufgabestelle werden die Säcke gegebenenfalls automatisch aufgesteckt und die Säcke werden nach dem Erreichen des angestrebten Gewichts abgenommen.
Mit der DE 36 13 244 C2 ist ein Verfahren zur Steigerung der Abfüllleistung solcher rotierender Packmaschinen bekannt geworden, bei dem der Füllgrad der Ventilsäcke kontinuierlich ermittelt und die Winkelgeschwindigkeit der Packmaschine geregelt wird, um die Packmaschine mit der maximal möglichen Leistung zu fahren. Dazu wird der Füllgrad des Ventilsacks in einem gewissen Winkelabstand vor der Abwurfstelle abgefragt und in Abhängigkeit davon wird die Winkelgeschwindigkeit der Packmaschine geregelt, um sicher zu stellen, dass die Ventilsäcke beim erstmaligen Passieren der Abwurfstelle vollkommen gefüllt sind.
Nachteilig bei dieser Anlage ist allerdings, dass durch die im Material enthaltene bzw. beigemischte Luft ein Überdruck in dem Ventilsack entsteht. Der Überdruck im Sack kann bei der Füllung beispielsweise bei 150 bis 250 Millibar betragen und liegt auch noch im Moment des Abschaltens des Füllorgans vor. Wenn der Sack nun direkt 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. Auch bei der Abfüllung von Zement kann eine erhebliche Verschmutzung der Säcke und der Umgebung auftreten.
Dieser Materialaustritt erfolgt auch dann, wenn ein selbstverschließender Ventilsack verwendet wird, der das Ventil durch das im Inneren vorhandene Material selbsttätig im Wesentlichen abdichtet. Zwar kann durch eine definierte Überfüllung der Materialaustritt im Vorhinein kompensiert werden, aber es bleibt der Nachteil, dass eine nicht unerhebliche Verschmutzung der Ventilsäcke, der Füllanlage und der Umgebung auftreten kann. Die Sauberkeit der Säcke nach dem Füllvorgang ist aber ein zunehmend wichtiges Kriterium für die Kunden und auch die Sauberkeit der Füllanlage im Betrieb ist zunehmend wichtig. Die Sauberkeit der Füllanlage im Betrieb und die Sauberkeit der Säcke nach dem Füllvorgang beeinflussen sich gegenseitig.
Um den Produktaustritt zu verringern und die Sauberkeit der Anlagen und der Säcke zu erhöhen, wird bei modernen Anlagen deshalb nach beendetem Füllvorgang 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 durch die Wartezeit mit einer erheblichen Reduzierung der Abfüllleistung gerechnet werden muss. Während der Wartezeit baut sich der Überdruck über die Sackwandung langsam ab. Die Verweildauer wird so bemessen, dass an ihrem Ende der Überdruck im Inneren des Ventilsacks mit Sicherheit so weit abgenommen hat, dass bei einer Abnahme des Ventilsacks von dem Füllstutzen kein wesentlicher Materialaustritt mehr auftritt. Bei rotierenden Packmaschinen wird die Wartezeit dadurch realisiert, dass die Packmaschine entsprechend langsam rotiert, sodass nach beendetem Füllvorgang noch eine ausreichende Wartezeit eingehalten wird, bis die Winkelposition für die Abnahme erreicht wird. Dadurch sinkt die Füllrate der Packmaschine.
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.
Gegenüber dem bekannten Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Füllanlage und ein Verfahren zum Befüllen eines Behältnisses mit einem schüttfähigen Material zur Verfügung zu stellen, womit eine saubere Abfüllung und ein hoher Durchsatz möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Füllanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel.
Bei der eingangs genannten Füllanlage und dem Verfahren löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, dass ein Maß für den im Behältnis herrschenden Druck p gemessen und die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine so geregelt wird, dass der Fülldruck in dem Behältnis an der Abwurfposition so weit abgesunken ist bzw. einen solchen Wert angenommen hat, dass bei der Abnahme kein oder nahezu kein Material wieder austritt.
Die erfindungsgemäße Füllanlage dient zum Füllen von Behältnissen und insbesondere zum Füllen von Ventilsäcken und umfasst wenigstens eine rotierbare Packmaschine mit einem Antrieb zur Drehung der Packmaschine und eine Mehrzahl von Füllstutzen, welche über dem Umfang der rotierbaren Packmaschine verteilt angeordnet sind. Dabei sind die Füllstutzen zur Aufnahme der Behältnisse bzw. der Ventilsäcke vorgesehen. Die Behältnisse und insbesondere die Ventilsäcke sind mit einer Öffnung an den Füllstutzen festlegbar und durch die Füllstutzen mit schüttfähigen Materialien befüllbar. Dabei werden die Behältnisse und insbesondere die Ventilsäcke an wenigstens einer definierten Aufsteckposition auf die Füllstutzen aufgesteckt und an wenigstens einer definierten Abwurfposition automatisch abgeworfen. Weiterhin ist wenigstens eine Steuereinrichtung vorgesehen, um den Füllvorgang zu steuern. Wenigstens einem Füllstutzen ist ein Drucksensor zugeordnet, um ein Maß für den Fülldruck eines an dem Füllstutzen angeordneten Behältnisses bzw. Ventilsacks zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, mittels des Drucksensors wenigstens einen repräsentativen Druckkennwert für den an der Abwurfposition herrschenden Fülldruck zu ermitteln und eine Drehgeschwindigkeit der Packmaschine über eine Steuerung der Geschwindigkeit des Antriebs anzupassen.
Die erfindungsgemäße Füllanlage hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine in Abhängigkeit von einem ermittelten Druckkennwert steuerbar ist. Dadurch kann die Wartezeit nach Erreichen des angestrebten Füllgewichts optimiert werden. Die Wartezeit wird individuell automatisch an die vorherrschenden Bedingungen angepasst. Die effektive Wartezeit wird dadurch verkürzt und die Füllrate erhöht. Im Stand der Technik wurde die Rotationsgeschwindigkeit hingegen so gering gewählt, dass bei unterschiedlichen Produkten und Produkteigenschaften trotzdem noch eine hinreichende Warte- und Beruhigungszeit eingehalten wurde.
Die Leistung kann erfindungsgemäß erhöht und der Durchsatz optimiert werden. Die Steuerung oder Regelung der Drehgeschwindigkeit der Packmaschine erfolgt dabei insbesondere in Abhängigkeit von einem repräsentativen Druckkennwert.
Die Erfindung ist auch deshalb sehr vorteilhaft, da es sich herausgestellt hat, dass nicht nur unterschiedliche Produkte unterschiedliche Füllparameter benötigen, sondern dass auch für das gleiche Produkt in Abhängigkeit von der Lagerzeit des Produkts im Vorratsbehälter und/oder vorgeschaltetem Silo unterschiedliche Wartezeiten nach Erreichen des Füllgewichts nötig sind.
Beispielsweise hat ein Schüttgut, welches sich tage- oder wochenlang in einem Silo aufhält, einen geringeren Luftanteil als frisch in das Silo eingefüllte Produkte. Das führt dazu, dass ein schon länger im Vorratsbehälter oder im Silo eingefülltes Produkt weniger Luftanteil hat und damit in der Regel auch nur eine geringere Wartezeit nach dem Abschalten eines Förderorgans benötigt als ein frisch in das Silo eingefülltes Produkt.
Hier ermöglicht die Erfindung eine optimal schnelle Drehgeschwindigkeit und damit eine Füllrate unabhängig von eventuellen Schwankungen der Produkteigenschaften innerhalb eines oder mehrerer Produkte.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet, die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine zu erhöhen, wenn der ermittelte oder gemessene Druckkennwert an der Abwurfposition einen vorbestimmten minimalen Schwellwert unterschreitet und/oder die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine zu verringern, falls der ermittelte oder gemessene Druckkennwert an der Abwurfposition einen vorbestimmten maximalen Schwellwert überschreitet.
Der minimale Schwellwert wird vorzugsweise so ausgewählt, dass eine genügend schnelle Drehgeschwindigkeit gewährleistet wird, während andererseits eine schonende Regelung etabliert wird.
Insbesondere wird die Füllanlage derart gesteuert, dass der Druckkennwert und insbesondere der Fülldruck im Behältnis bei der Abwurfposition in einem vorbestimmten Druckintervall, dem Abwurfdruckintervall liegt. Wenn der Druckkennwert absinkt wird die Drehgeschwindigkeit erhöht und wenn der Druckkennwert die obere Grenze erreicht, wird die Drehgeschwindigkeit reduziert, sodass einerseits optimale oder doch wenigstens geeignete Abwurfbedingungen vorliegen und andererseits eine hohe Füllrate erzielt wird.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist jedem Füllstutzen ein Drucksensor zugeordnet. Möglich und bevorzugt ist es auch, wenn nur einem oder einzelnen Füllstutzen jeweils ein Drucksensor zugeordnet ist. Auch mit einem Druckkennwert nur eines Drucksensors kann eine effektive Steuerung erfolgen, wobei dann gewisse Sicherheitszuschläge sinnvoll sein können.
Die wenigstens eine Abwurfposition ist insbesondere vorbestimmt und ergibt sich bei einer vollautomatischen Abnahme aus der Geometrie der Füllanlage.
Vorzugsweise ist jedem Füllstutzen ein Gewichtssensor zugeordnet, um das Gewicht des Behältnisses oder des Ventilsacks während des Füllvorgangs zu ermitteln und den Füllvorgang entsprechend zu steuern.
In allen Ausgestaltungen kann wenigstens eine Verschließstation vorgesehen sein, um die Ventilsäcke nach dem Füllvorgang über ein bekanntes Verfahren zu verschließen.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Füllen von Behältnissen und insbesondere zum Füllen von Ventilsäcken mittels einer rotierenden Packmaschine, welche über dem Umfang der rotierenden Packmaschine eine Mehrzahl von Füllstutzen aufweist. Zum Füllen werden an die Füllstutzen die Behältnisse und insbesondere die Ventilsäcke angehangen und die gefüllten Behältnisse bzw. Ventilsäcke werden an einer definierten Abwurfposition von den Füllstutzen abgeworfen. Es wird wenigstens ein für den Fülldruck an der Abwurfposition repräsentativen Druckkennwert ermittelt und es wird eine Drehgeschwindigkeit der Packmaschine in Abhängigkeit von dem repräsentativer Druckkennwert gesteuert.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat auch viele Vorteile. Das Verfahren erlaubt die Steigerung des Durchsatzes bei gleichzeitiger Gewährleistung von sauberen Säcken.
Der Druckkennwert ist insbesondere ein Maß für den Sackinnendruck und entspricht vorzugsweise etwa dem in der Abwurfposition herrschenden Fülldruck im Sack. Ob der Sack dort abgeworfen wird, hängt von der Höhe des ermittelten Drucks im Sack ab.
Insbesondere wird ein Druckkennwert an mehreren Füllstutzen ermittelt und es wird der höchste Druckkennwert als Vergleichswert gewählt, um die Füllanlage zu steuern.
Der Druckkennwert bzw. der Vergleichswert kann bei jeder Umdrehung einmal oder in vorbestimmten Abständen ermittelt werden.
Die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine wird insbesondere erhöht, wenn der Druckkennwert oder der Vergleichswert einen vorbestimmten minimalen Schwellwert unterschreitet und/oder die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine wird insbesondere verringert, wenn der Druckkennwert oder der Vergleichswert einen vorbestimmten maximalen Schwellwert überschreitet.
Der minimale und der maximale Schwellwert sind vorzugsweise vorbestimmt und können z. B. abhängig vom Material sein. In bestimmten Weiterbildungen können der minimale und der maximale Schwellwert auch identisch sein.
In bevorzugten Weiterbildungen wird ein Ventilsack an der Abwurfposition nicht abgeworfen, wenn der Fülldruck einen vorbestimmten maximalen Schwellwert überschreitet. Dadurch wird eine Verschmutzung durch einen möglichen Produktaustritt vermieden. Die Drehgeschwindigkeit verringert, um einen doppelten Umlauf in der Zukunft zu vermeiden.
Aus den gemessenen Druckkennwerten kann der maximale Druckkennwert nach einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen ermittelt und mit dem minimalen und/oder dem maximalen Schwellwert verglichen werden, um die Drehgeschwindigkeit entsprechend anzupassen. Dadurch wird die Regelungsgeschwindigkeit gedämpft, was dazu beiträgt, Überschwinger zu verhindern. Die Anzahl der Umdrehungen bis zur Ermittlung des maximalen Druckkennwerts kann 1, 2, 3 oder auch mehr betragen. Auch Bruchteile von Umdrehungen sind möglich.
In allen Ausgestaltungen können die Signale des Drucksensors auch zur Steuerung des Füllvorgangs verwendet werden, um einen effektiven Füllvorgang zu erhalten.
In vorteilhaften Weiterbildungen wird eine der zuvor beschriebenen Füllanlagen verwendet, um ein zuvor beschriebenes Verfahren durchzuführen.
In allen Ausgestaltungen wird vorteilhafterweise während des Füllvorgangs periodisch oder kontinuierlich ein Kennwert für das Gewicht des Ventilsacks während des Füllens erfasst und bei Erreichen des Sollgewichts des Ventilsacks wird die Zufuhr des Schüttguts gestoppt.
Ein Vergleichseinrichtung kann zur Durchführung der nötigen Vergleiche eingesetzt werden.
In allen Ausgestaltungen und Weiterbildungen wird das schüttfähige Material insbesondere aus einem Vorratsbehälter den Füllstutzen zugeführt und jeweils mittels eines Förderorgans in das Behältnis eingebracht. Auch beim Füllvorgang kann ein repräsentatives Maß für den in dem Behältnis herrschenden Fülldruck gemessen werden und es kann während des Füllens des Behältnisses mit dem Material wenigstens ein Füllparameter, wie z. B. die Luftzufuhr, in Abhängigkeit von dem im Behältnis herrschenden Fülldruck gesteuert werden.
Durch die Steuerung eines oder mehrerer Füllparameter in Abhängigkeit von dem herrschenden Innendruck wird eine kurze Abfüllzeit erreicht, während gleichzeitig eine geringe Wartezeit bis zur Abnahme des Behältnisses ermöglicht wird.
Die Füllparameter werden erfindungsgemäß derart gesteuert, dass sowohl der eigentliche Füllvorgang und auch die anschließende Wartezeit für den Druckabbau insgesamt optimiert werden. Dazu wird die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine entsprechend angepasst. Aufgrund der hohen Masse der Packmaschine erfolgt die Regelung der Drehgeschwindigkeit insbesondere nicht für jeden einzelnen Füllstutzen getrennt, sondern wird jeweils nach einer Anzahl gefüllter Ventilsäcke angepasst.
Da ein Schüttgut, welches sich tage- oder wochenlang in einem Silo aufhält, typischerweise einen geringeren Luftanteil als frisch in das Silo eingefüllte Produkte aufweist, hängt der optimale Zuluftstrom beim Füllvorgang von den aktuellen Eigenschaften des Produkts ab.
Bei gleichem Zuluftanteil kann das bei einem frisch in das Silo eingefüllten Produkt zu unerwünschten Druckspitzen im Behältnis führen, wodurch der Füllvorgang insgesamt verlangsamt wird. Gleichzeitig steigt auch die Beruhigungszeit bis der Fülldruck sich im Sackinneren auf das angestrebte Maß verringert hat. Eine geringere Zuluftmenge beim Abfüllen des Materials in das Behältnis kann deshalb bei z. B. frisch in den Silo eingefüllten Produkten zu einer höheren Abfüllleistung führen.
Ein weiterer Füllparameter zur Einstellung und Steuerung des Füllvorgangs ist insbesondere die Fördergeschwindigkeit des Förderorgans. Wenn der Innendruck im Behältnis zu stark ansteigt, kann die Fördergeschwindigkeit des Förderorgans reduziert werden.
In einer Packmaschine gibt es mehrere unterschiedliche Stellen zur Beimischung von Luft. Neben der Beimischung von Luft an dem oder vor dem Förderorgan ist auch die Beimischung von Luft am oder im Füllstutzen bzw. Füllrohr üblich. In einer Weiterbildung ist dieser Luftanteil in Abhängigkeit von dem gemessenen Fülldruck p und/oder von dem aktuellen Gewicht steuerbar, um ein gutes oder sogar optimales Fließverhalten im Füllstutzen zu erhalten.
Falls das Förderorgan als Füllturbine oder als Förderschnecke ausgebildet ist, wird dessen Fördergeschwindigkeit insbesondere auch in Abhängigkeit von dem im Behältnis gemessenen Fülldruck p gesteuert.
Wenn das Füllorgan hingegen als Luftfüllsystem ausgebildet ist, wird die Förderluft insbesondere in Abhängigkeit vom gemessenen Fülldruck p gesteuert.
Als Förderorgan kann auch eine Pumpe eingesetzt, deren Pumpenhub und/oder Pumpenfrequenz gesteuert wird.
Vorteilhafterweise erfolgt eine Steuerung der Dosierstellung einer Dosiereinrichtung nicht nur in Abhängigkeit von dem abgefüllten Produktgewicht, sondern auch in Abhängigkeit von dem im Behältnis gemessenen oder bestimmten Fülldruck p.
Beispielsweise kann vorzeitig von dem Grobstrom auf einen Feinstrom umgeschaltet werden, wenn der im Behältnis vorherrschende Druck z. B. ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Es ist auch eine kontinuierliche Anpassung (Verringerung oder Vergrößerung) des Produktstroms möglich. Insbesondere kann die Förderung des Förderorgans auch gestoppt werden, wenn der Fülldruck p in dem Behältnis ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Nach entsprechendem Druckabfall wird die Förderung dann wieder in Stufen oder stufenlos erhöht.
Zur Beschleunigung der Entlüftung schon während des Füllens wird die vorzugsweise zwischen Füllstutzen und Behältnis vorgesehene Blähmanschette erst aufgeblasen, wenn der Fülldruck p in dem Behältnis einen vorbestimmten Kennwert überschreitet. Vor dem Aufblasen kann die Luft durch den Spalt entweichen, was schon beim Füllen einen geringeren Überdruck bewirkt. Wenn der Überdruck allerdings ein bestimmtes Maß überschreitet, kann in das Behältnis eingefülltes Material auch unerwünschterweise wieder durch den Spalt ausgetragen werden. Vorzugsweise wird der Druck in der Blähmanschette deshalb erst reduziert, wenn der Fülldruck p in dem Behältnis einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
Die Steuerung des gesamten Füllvorgangs erfolgt in Abhängigkeit von dem im Behältnis herrschenden Fülldruck insbesondere derart, dass während des gesamten Füllvorgangs der auftretende Fülldruck unterhalb des zulässigen Maximaldrucks gehalten wird. Der Füllvorgang kann auch gezielt so gesteuert werden, dass der Maximaldruck zwar nie erreicht oder überschritten wird, der Fülldruck aber so gesteuert wird, dass er während des gesamten Füllvorgangs möglichst wenig unterhalb des zulässigen Maximaldrucks verläuft. In Weiterbildungen kann zusätzlich oder in Kombination mit einer herkömmlichen Steuerung in Abhängigkeit von der Füllmasse auch der auftretende Fülldruck berücksichtigt werden. Vorteilhaft ist hierbei eine Redundanz. Ebenso ermöglicht die druckabhängige Steuerung eine schnellere Reaktion auf Fehler beim Füllvorgang.
Bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Anlage ist die Messeinrichtung mit einer den Füllvorgang steuernden Steuereinheit zum Austausch von Daten verbunden. Bei der Anlage kann der Messeinrichtung eine Auswertungseinheit zugeordnet sein, die mit der Steuereinheit zum Austausch von Daten verbindbar ist. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung als am oder im Füllstutzen angebrachter Drucksensor ausgeführt, der ein Maß für den im Behälter vorhandenen Fülldruck aufnimmt.
Bevorzugt können zur Druckmessung Druckmessdosen, piezoelektrische Drucksensoren oder Halbleiterdrucksensoren eingesetzt werden.
Zur Entlüftung des wenigstens teilweise mit Material befüllten Behältnisses kann eine am Füllstutzen vorgesehene Rückentlüftung benutzt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Anlage und dem erfindungsgemäßen Verfahren können schütt- bzw. fließfähige Materialien wie u. a. Baustoffe, Zemente, Mineralien, Chemikalien in Pulverform oder als Granulat, kristalline, fein- oder grobkörnige sowie pulverförmige Stoffe, zur Farbherstellung benutzte Russpartikel oder TiO₂-Partikel oder TiO₂ enthaltende Stoffe sowie Nahrungsmittel in entsprechende Behältnisse aus unterschiedlichen Materialien gefüllt bzw. gepackt werden.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben werden. Die Figuren sind in unterschiedlichen Maßstäben erstellt, es werden aber gleiche oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Darin zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Abfüllanlage,
2 eine schematische Darstellung des Druck- und Gewichtsverlaufs während der Drehung von der Aufsteckposition zur Abwurfposition;
3 den Verlauf des Abnahmedrucks und der Drehgeschwindigkeit über der Zeit;
4 eine Schnittdarstellung eines Teils der Anlage nach 1;
5 ein Diagramm des Gewichts- und Druckverlaufs während des Füllens eines Ventilsacks, wobei keine Zusatzluft zugeführt wird;
6 ein Diagramm mit dem Gewichts- und Druckverlauf während des Füllens eines Ventilsacks mit einem hohen Luftanteil;
7 ein Diagramm mit dem Gewichts- und Druckverlauf während des Füllen eines Ventilsacks mit gezielter Belüftung; und
8 eine schematische Darstellung des Vorratsbehälters und des Fülltopfes.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Füllanlage 1 umfasst eine rotierende Packmaschine 2, die in Richtung des Pfeils 23 antreibbar ist.
Die Packmaschine 2 enthält sechs als Füllstutzen 3 ausgeführte Fülleinrichtungen, auf welche, wie in 4 detaillierter dargestellt, Ventilsäcke 4 mit den als Ventilen ausgeführten Öffnungen 5 aufgeschoben werden.
Wie durch den Pfeil 36 in 1 symbolisiert, werden die Ventilsäcke 4 erfindungsgemäß mit Hilfe eines Greifer-Organs, das in den Figuren nicht dargestellt ist, aus einem Lagerbestand kommend entnommen und mittels eines Aufsteckautomaten auf die Füllstutzen 3 aufgeschoben.
Die Füllanlage 1 ist mit einem Austrageband 6 zum Abtransport der gefüllten und abgeworfenen Ventilsäcke 4 versehen. Der Abwurf ist insbesondere direkt auf das Austrageband 6 vorgesehen. Ein Verschweißen der Ventilsäcke 4 kann vor der Ablage auf dem Austrageband 6 oder danach in einer zusätzlichen Station erfolgen.
In der Darstellung nach 4 ist ein Ventilsack 4 mit seiner Öffnung 5 auf den Füllstutzen 3 aufgeschoben. Der Ventilsack 4 wird mit einer an einer Außenseite 3a des Füllstutzens 3 angebrachten Blähmanschette 7 gehalten und zur Umgebung abgedichtet. Die Blähmanschette 7 legt sich im aufgeblähten Zustand an eine Innenwandung 8b eines der Befestigung des Ventilsacks 4 an dem Füllstutzen 3 dienenden Abschnitts 8 des Ventilsacks 4 an.
Erfindungsgemäß wird ein für den Fülldruck p im Ventilsack charakteristischer Wert über einen Drucksensor 10 aufgenommen. Der Drucksensor 10 ist dabei hinsichtlich seiner Messcharakteristik so ausgewählt und an einer solchen Position angebracht, dass der gemessene Fülldruck p dem Druck im Inneren des Ventilsacks 4 im Wesentlichen entspricht oder anhand des Messsignals abgeleitet werden kann.
Das Signal des Drucksensors 10 an der Abwurfposition 35 oder an einer vorbestimmten Position kurz davor wird als Druckkennwert 47 aufgenommen und zur Steuerung der Drehgeschwindigkeit der Packmaschine 2 eingesetzt. Im Idealfall entspricht der ermittelte Druckkennwert 47 dem Abnahmedruck 42 an der Abwurfposition. Eine Voraussetzung dazu ist, dass der ermittelte Druckkennwert 47 unterhalb des maximalen Schwellwerts 45 liegt, da der Ventilsack 4 ansonsten noch für eine Umdrehung am Füllstutzen 3 verbleibt, bis der nächste ermittelte Druckkennwert 47 unterhalb des maximalen Schwellwerts 45 liegt.
In Abhängigkeit von dem Druckkennwert 47 wird die Drehgeschwindigkeit so geregelt, dass an der Abwurfposition 35 ein Fülldruck p in dem Inneren des Ventilsacks 4 vorliegt, bei dem eine Abnahme des Ventilsacks 4 ohne Austritt von Schüttgut aus dem Sackinneren möglich ist.
Die Vorgehensweise ist in 2 stark schematisch dargestellt. Dort ist der Fülldruckverlauf 38 im Sackinneren und der Sackgewichtsverlauf 39 über dem Rotationswinkel zwischen der Aufsteckposition 34 und der Abwurfposition 35 aufgetragen. Wenn der Ventilsack 4 schon deutlich vor dem Erreichen der Abwurfposition 35 voll gefüllt und der Fülldruck p auf das Abwurfdruckintervall 40 abgesunken ist, kann die Drehgeschwindigkeit 41 der Packmaschine 2 entsprechend erhöht werden, da der verbleibende Rotationswinkel 43 für den Druckabbau nicht mehr nötig ist.
Ein solcher Fall ist in 2 dargestellt, wo zum Zeitpunkt 49 schon ein Fülldruck 50 vorherrscht, der in der Mitte des Abwurfdruckintervalls 40 liegt und somit dem Solldruck 37 bei der Abnahme entspricht. Eine Abnahme kann zum Zeitpunkt 49 aber noch nicht erfolgen, da der zugehörige Füllstutzen 3 bzw. Ventilsack 4 die Abwurfposition 35 noch nicht erreicht hat. Durch eine entsprechende Erhöhung der Drehgeschwindigkeit 41 auf eine Drehgeschwindigkeit 44 (vgl. 3) derart, dass dass Ende der Wartezeit 28c erreicht wird, wenn der zugehörige Füllstutzen 3 die Abwurfposition 35 erreicht, wird die Füllrate insgesamt proportional erhöht.
Liegt der Fülldruck bzw. Abnahmedruck 42 an der Abwurfposition 35 noch oberhalb des maximalen Schwellwerts 45, verbleibt der Ventilsack 4 insbesondere noch für eine weitere Umdrehung an dem Füllstutzen 3, um einen weiteren Druckabbau zu ermöglichen.
Bei der Steuerung der Drehgeschwindigkeit 41 kann auch die Kapazität des Sackaufsteckautomaten und es können die Kapazitäten der weiteren Komponenten berücksichtigt werden, um insgesamt optimale Bedingungen einzustellen.
Zur Optimierung des Füllvorgangs kann weiterhin die Luftzufuhr in Abhängigkeit von dem erfassten Fülldruck p gesteuert werden, um die Sackfolgezahl zu erhöhen.
In 3 ist ein mögliches Regelverhalten über der Zeit dargestellt. Zu Beginn liegt eine relativ geringe Drehgeschwindigkeit 41 vor, die anschließend bis auf den Wert 44 erhöht wird, da der Abnahmedruck 42 zunächst unterhalb des minimalen Schwellwerts 46 liegt. Mit der Erhöhung der Drehgeschwindigkeit auf den Wert 44 wird ein Abnahmedruck 42 innerhalb des Abwurfdruckintervalls 40 eingestellt, sodass optimale Bedingungen vorliegen.
In einer bevorzugten und in 4 gestrichelt dargestellten Ausgestaltung der Erfindung ist der Drucksensor 10 in einem Bereich 3c des Füllstutzens 3, der unmittelbar an einen von dem Abschnitt 8 des Ventilsacks 4 belegten Bereich 3d angrenzt, angebracht. Der Drucksensor 10 durchragt eine Wand des Füllstutzens 3, so dass er den Druck im Inneren des Füllstutzens 3 aufnimmt. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Nachrüstung bestehender Anlagen, da nur der Sensor angeordnet und die Steuerung eingerichtet oder erweitert werden muss, um die Drehgeschwindigkeit 41 der Packmaschine 2 und gegebenenfalls den Füllvorgang in Abhängigkeit von dem erfassten Fülldruck p zu steuern oder zu regeln.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen ist ein Drucksensor 10 vorgesehen, der über eine Druckaufnahmeöffnung 9 und einen Messkanal oder eine Messleitung 13 den in dem Inneren des Sackes herrschenden Fülldruck p aufnimmt. Die Druckaufnahmeöffnung 9 kann z. B. in einem vorderen Bereich des insbesondere als Füllrohr ausgebildeten Füllstutzens 3 in der Nähe der Austrittsöffnung für das Füllgut vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die Öffnung in einem unteren Bereich des Füllstutzens 3 beabstandet von der Austrittsöffnung vorgesehen, um ein Eintreten von Füllgut zu verhindern. Nach jedem Füllvorgang kann die Messleitung 13 durch einen kurzen Luftstoß freigeblasen werden.
Die Messleitung 13 kann einen ersten als Kanal ausgeführten Abschnitt 13a in dem Füllstutzen 3 aufweisen und einen zweiten Abschnitt 13b, der als flexible oder starre Leitung ausgeführt ist. Auch bei einer einige Meter langen Leitung ist eine schnelle Reaktionszeit möglich, da sich Druckstörungen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, so dass eine ausreichende Steuerungsgeschwindigkeit erzielbar ist.
Die gemessenen Druckwerte werden in einer dem Drucksensor 10 zugeordneten digitalen Auswertungseinheit 11 zwischengespeichert und einer zentralen Steuereinheit 14 übergeben. Anhand der gemessenen Daten wird der Füllvorgang gesteuert und die Drehgeschwindigkeit 41 geregelt.
Zur Feststellung der Füllmenge in einem zu befüllenden Ventilsack 4 ist eine in 3 schematisch dargestellte Wägeeinrichtung 12 vorgesehen. Die von der Wägeeinrichtung 12 gemessenen Massewerte des Ventilsacks 4 werden an eine elektronische Verarbeitungseinheit 15 gesendet. Die elektronische Verarbeitungseinheit 15 ist an die zentrale Steuereinheit 14 angeschlossen, die das Förderorgan 16 steuert. Zur Erhöhung der Schütt- bzw. Fließfähigkeit kann über eine Luftzufuhr 17 Luft zugeführt werden, um z. B. auch Anbackungen zu lösen. Die elektronische Verarbeitungseinheit 15 kann aus den von der Wägeeinrichtung 12 gemessenen Massewerten die der eingefüllten Menge an Füllgut bzw. Material 18 entsprechenden Nettomasse angeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Füllanlage 1 arbeitet wie folgt. Sofern ein Ventilsack 4 von einem Aufsteckautomaten oder per Hand an der Aufsteckposition 34 auf einen Füllstutzen 3 aufgeschoben worden ist, wird der Füllvorgang während der Drehung der Packmaschine 2 durch die elektronische Steuereinheit 14 initiiert. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird die Blähmanschette 7 festgelegt. Das kann auch erst dann erfolgen, wenn der Fülldruck p im Sackinneren ein vorbestimmtes Maß übersteigt. Die genaue Höhe hängt von der Art des abzufüllenden Produktes ab.
Das dem Förderorgan 16 aus einem Silo oder dgl. zugeführte Material 18 wird durch den Füllstutzen 3 in den Ventilsack 4 eingebracht. Dabei wird die Masse des eingefüllten Materials 18 von der Wägeeinrichtung 12 entweder in vorgegebenen Abständen oder im Wesentlichen kontinuierlich bestimmt und es werden die Messwerte an die Verarbeitungseinheit 15 und an die Steuereinheit 14 weitergeleitet, die gleichzeitig die Signale des Drucksensors 10 auswertet und bei der Steuerung berücksichtigt.
Von der zentralen Steuereinheit 14 können bei einem Füllvorgang unterschiedliche Druck-Beaufschlagungsprofile abgefahren werden. So kann der Druck in einer kurzen Anfangsphase des Füllvorgangs hoch gewählt sein, um eine Entfaltung von Falten im Bodenbereich des Ventilsacks 4 zu erleichtern. Bei den meisten Füllgütern wird zum Ende des i. A. bis zu einigen Zehn-Sekunden dauernden Füllvorgangs hin der Druck zum Erreichen einer entsprechenden Verdichtungswirkung erhöht. So können etwa die letzten 5 bis 10% des Füllguts 18 unter relativ hohem Druck eingefüllt werden.
Die jeweils optimale Druckkurve wird in der Regel empirisch ermittelt und ist von Produkt zu Produkt unterschiedlich. Auch die Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur, Luftfeuchte) können Einfluss haben.
Vorzugsweise wird während des gesamten Einfüllvorgangs und auch danach von dem Drucksensor 10 der im Ventilsack 4 herrschende Druck erfasst und an die den gesamten Betriebsablauf steuernden Einheiten weitergegeben. Vorzugsweise erfolgt die Druckmessung kontinuierlich.
Das Förderorgan 16 wird gestoppt, wenn dem Förderorgan 16 von der Verarbeitungseinheit 15 an Hand der von der Wägeeinrichtung 12 ermittelten Massewerte ein Erreichen einer voreinstellbaren Zielmasse mitgeteilt wird.
Nach dem Ende des Einfüllvorgangs wird der Fülldruckverlauf 38 während der Drehung der Packmaschine 2 weiter vermessen und der unmittelbar oder eventuell auch zeitverzögert einsetzende Abfall des Fülldruck p vom Drucksensor 10 erfasst. Die in dem Ventilsack 4 vorhandene Luft kann durch auf der Außenfläche des Ventilsacks 4 vorgesehene, lediglich für die Luft durchlässige Öffnungen 19 oder durch die Porigkeit der Sackwandung entweichen, so dass der aufgebaute Innendruck abgebaut wird.
Sofern der momentane Sackinnendruck bzw. Fülldruck p an der Abwurfposition 35 den maximalen Schwellwert 45 unterschreitet, ist die Gefahr eines unbeabsichtigten wesentlichen Materialaustritts bei der Sackabnahme beseitigt. Die zentrale Steuereinheit 14 steuert daraufhin die Sackabnahmeeinheit an, um den gefüllten Ventilsack 4 von dem Füllstutzen 3 abzunehmen.
Wenn der Druckkennwert 47 den maximalen Schwellwert 45 an der Abwurfposition 35 noch überschreitet, wird die Drehgeschwindigkeit der Packmaschine 2 anschließend reduziert, sodass bei den folgenden Ventilsäcken 4 nach dem Ende des Füllvorgangs eine ausreichende und insbesondere optimale Wartezeit zum Druckabbau zur Verfügung steht.
Bei gängigen in derartigen Füllanlagen 1 abzufüllenden Materialien wie Zement oder dgl. liegt der maximale Schwellwert 45 im Bereich eines Überdrucks im Inneren des Ventilsacks 4 bei z. B. 25 mbar. Je nach Anwendungsfall kann der maximale Schwellwert 45 auch größer sein und z. B. 50 mbar betragen oder auch kleiner sein. Es versteht sich, dass der maximale Schwellwert 45 neben der Art des einzufüllenden Materials 18 und dessen Struktur oder Körnigkeit auch von der Art, der Größe und dem Material des Behältnisses abhängt.
Die Wartezeit nach dem Stoppen des Förderorgans 16 bis zum Unterschreiten des maximalen Schwellwerts 45 kann der Füllzeit entsprechen und diese auch übersteigen; kann aber auch deutlich kleiner sein. Die Zeitdauer kann einige Sekunden oder auch einige Zehn-Sekunden und noch mehr betragen.
Bevorzugt beinhaltet der erfindungsgemäße Betrieb eine Abschaltsicherung, die von der zentralen Steuereinheit 14 bei Vorliegen eines abrupten vorgegebenen Druckabfalls oder einer Stagnation des Drucks für eine vorgegebene Zeitspanne aktiviert wird. Dadurch können die Folgen eines Sackbruchs oder eines nicht korrekten Anschlusses des Ventilsacks 4 an den Füllstutzen 3 verringert oder weitestgehend vermieden werden.
Die von dem Drucksensor 10 aufgenommenen Druck-Werte können auch dazu benutzt werden, um den Druck während des gesamten Füllvorgangs unterhalb eines Maximaldrucks zu halten. Dies wird über eine Regelung des Förderorgans 16 und/oder der Luftzufuhr 17 in Abhängigkeit vom gemessenen Fülldruck p erreicht. Dazu kann erfindungsgemäß der Förderstrom an Füllgut reduziert oder komplett unterbrochen werden.
Ferner ermöglicht die Erfindung eine Steuerung des gesamten Füllvorgangs in Abhängigkeit der ermittelten Werte des Fülldrucks p in dem zu befüllenden Ventilsack 4. Dabei kann die zentrale Steuereinheit 14 die Prozesssteuerung an Hand einer Kombination der über die von der Wägeeinrichtung 12 aufgenommenen Massewerte und der von dem Drucksensor 10 für den Druck gemessenen Druckwerte durchführen.
In 5 ist ein möglicher Verlauf für einen Füllvorgang mit einem Füllgut 18 dargestellt. Bei der Abfüllung anderer Füllgütern 18 können andere zeitliche Verläufe auftreten, so dass die Darstellung nach 5 nur zur beispielhaften Erläuterung anzusehen ist. Bei der Aufnahme der Messkurven für die Darstellung gemäß 5 wurde keine Zusatzluft eingesetzt, sodass das reine Füllgut 18 abgefüllt wurde, welches zufällig die hier dargestellten Eigenschaften aufweist. Hier handelt es sich um ein Produkt, welches nur kurz zuvor in das Silo und den Vorratsbehälter 31 eingefüllt wurde, sodass noch ein gewisser Luftanteil in dem im Vorratsbehälter 31 lagernden Produkt enthalten ist. Dies führt dazu, dass auch ohne Einsatz von Zusatzluft eine effektive Abfüllung ermöglicht wird.
Die Kurve 20 stellt den Gewichtsverlauf beim Befüllen eines Ventilsacks 4 mit einem Schüttgut dar, während die Kurve 21 den Druckverlauf über der Zeit zeigt. Die Kurve 22 zeigt den Betriebszustand des Förderorgans über der Zeit. Der Ablauf beim Füllen ist wie folgt:
Nach dem Aufstecken eines Ventilsacks 4 wird das Förderorgan 16 für eine Zeitdauer 28a auf die Betriebsart Grobstrom eingestellt. Während dieser Zeitdauer ist die Gewichtszunahme groß und hier im Ausführungsbeispiel nahezu linear mit der Zeit. Zum Zeitpunkt 24 wird das vorbestimmte Grenzgewicht erreicht, welches hier etwa 22 kg beträgt, und es wird während der Zeitdauer 28b auf Feinstrom umgeschaltet bis das Endgewicht von hier z. B. etwa 25 kg erreicht wird.
Während der Feinstromphase ist der Massenstrom geringer. Gleichzeitig nimmt aber dennoch der im Ventilsack 4 vorhandene Fülldruck p zu, der aber in diesem Beispiel über die gesamte Füllzeit gering bleibt.
Bei Erreichen des Feinstromabschaltpunktes 25 wird der Feinstrom gestoppt. Der Fülldruck p im Sackinneren baut sich in Abhängigkeit von der Sackentlüftung, die auch von den verwendeten Säcken abhängt nach dem Abschalten schnell ab.
Bei diesem Beispiel kann die Drehgeschwindigkeit 41 der Packmaschine 2 so eingestellt werden, dass der Ventilsack 4 bei Erreichen des Feinstromabschaltpunktes 25 die Abwurfposition 35 erreicht, da nach Ende des Füllvorgangs der Druckkennwert 47 unterhalb des maximalen Schwellwerts 45 liegt. Je nach abzufüllendem Material hat der maximale Schwellwert 45 unterschiedliche Werte. Bei leichteren und feineren Materialien ist der Grenzwert kleiner.
Hier kann die Drehgeschwindigkeit 41 erhöht werden, sodass der Ventilsack 4 sein vorgesehenes Füllgewicht genau an oder kurz vor der Abwurfposition 35 erreicht. Durch die individuelle Messung kann die Drehgeschwindigkeit 41 und der Prozess insgesamt optimal auf das eingesetzte Schüttgut und die verwendeten Ventilsäcke 4 angepasst werden.
Bei dem in 5 dargestellten Füllvorgang kann die gesamte Verarbeitungszeit 28, d. h. die Füllzeit einschließlich der Beruhigungszeit insgesamt auf 9,8 Sekunden eingestellt werden. Die Drehgeschwindigkeit 41 kann folglich so eingestellt werden, dass die Drehdauer von der Aufsteckposition 34 zu der Abwurfposition 35 ebenfalls 9,8 Sekunden beträgt.
Gegebenenfalls kann noch ein Sicherheitszuschlag von z. B. 0,1 oder 0,2 Sekunden berücksichtigt werden. Durch die Erhöhung der Drehgeschwindigkeit 41 wird die Abwurfposition 35 anschließend schon nach etwa 10 Sekunden erreicht. Da der Druckkennwert 47 an der Abwurfposition 35 unterhalb des maximalen Schwellwerts 45 liegt, wird die Füllrate um etwa 1/3 erhöht.
Dadurch, dass keine Luft zugeführt wird, erreicht der maximale Überdruck nur 23 Millibar im Sack, sodass hier mit einer Turbinendrehzahl von z. B. 650 Umdrehungen pro Minute gearbeitet werden kann. Die Turbinendrehzahl kann je nach Turbinentyp etc. auch niedriger oder höher sein. Selbstverständlich ist auch der Einsatz anderer Förderorgane möglich, wie z. B. der Einsatz von Luftförderorganen, Schneckenförderorganen, Pumpenförderorganen und weiteren Förderorganen, wie sie im Stand der Technik bekannt geworden sind.
Ein weiteres Beispiel einer Kurve 20 für das Gewicht und einer Kurve 21 für den Druck bei der Abfüllung von schüttförmigen Materialien 18 ist in 6 dargestellt. Hierbei wurde viel Luft zugegeben, um die Fließeigenschaft des Materials 18 zu erhöhen. Das ist beispielsweise der Fall, wenn ein nur schwer fließfähiges Material 18 abgefüllt wird oder wenn das Material 18 schon eine längere Verweilzeit im Silo oder Vorratsbehälter 31 aufweist. Hier ist aber in 6 der Druckverlauf und der Gewichtsverlauf für das grundsätzlich gleiche Produkt wie in 5 dargestellt.
Deutlich erkennbar ist die steilere Gewichtszunahme im Ventilsack 4, sodass der Umschaltzeitpunkt 24 zur Umschaltung vom Grobstrom in den Feinstrom erheblich früher, und zwar nach etwa 3,7 Sekunden auftritt, während die Zeitdauer 28a der Grobstromphase bei der in 5 dargestellten Abfüllung noch etwa 5 Sekunden dauerte. Allerdings führt der hohe Luftanteil bei der Abfüllung nach 6 dazu, dass die Zeitdauer 28b der Feinstromphase erheblich länger ist als die Zeitdauer 28b der Feinstromphase bei dem Abfüllbeispiel nach 5, sodass die Füllzeit insgesamt 10,5 Sekunden beträgt. Da der Sackinnendruck bzw. der Fülldruck p am Ende des Füllvorgangs bei etwa 180 Millibar liegt, muss die Drehgeschwindigkeit 41 so eingestellt werden, dass eine Wartezeit 28c von knapp 5 Sekunden eingehalten wird, bis der Ventilsack 4 nach etwa 15 Sekunden die Abwurfposition 35 erreicht, wo der Fülldruck p im Sackinneren auf den maximalen Schwellwert 45, in diesem Fall 50 Millibar abgesunken ist, sodass der Ventilsack 4 abgenommen werden kann. Bei dem Abfüllbeispiel nach 5 beträgt die Verarbeitungszeit hingegen nur 9,8 Sekunden. Dieser Unterschied von etwa 5 Sekunden führt zu einer erheblich höheren Abfüllrate und somit zu einem wirtschaftlicheren Betrieb der Füllanlage 1.
Durch einen gesteuerten Einsatz von Zusatzluft kann das Abfüllergebnis gegebenenfalls noch verbessert werden, wie die in 7 dargestellten Kurven für Druck, Zustand und Gewicht 20–22 eines weiteren Abfüllbeispiels zeigen. Dort wurde wiederum das gleiche Produkt abgefüllt wie bei den in den 5 und 6 dargestellten Abfüllbeispielen, nur wurde die zugeführte Zusatzluft in Abhängigkeit von dem im Ventilsack 4 herrschenden Fülldruck p gesteuert.
Die Steuerung der Zuluft führt dazu, dass zwar eine längere Zeitdauer 28a der Grobstromphase mit etwa 4,2 Sekunden vorliegt, wobei aber die Verarbeitungszeit insgesamt nur etwa 7,2 Sekunden beträgt, bis sich der Überdruck im Ventilsack 4 auf den Abnahmedruck 42 von 50 Millibar abgebaut hat. Die Füllzeit beträgt hier 6,8 Sekunden und der max. Überdruck 60 Millibar. Die Turbinendrehzahl beträgt ebenfalls 650 Umdrehungen pro Sekunde.
Im Unterschied zur Abfüllung mit viel Luft (6) wurde die Verarbeitungszeit des Sacks von etwa 15 Sekunden auf 7,2 Sekunden mehr als halbiert, was eine doppelt so hohe Drehgeschwindigkeit 41 und Sackfolgezahl ermöglicht. Die Verarbeitungszeit 28 wurde gegenüber der in 5 dargestellten Abfüllung ohne Zusatzluft ebenfalls erheblich von 9,8 Sekunden auf etwa 7,2 Sekunden reduziert.
Wie der Vergleich der in den 5–7 dargestellten Kurven zeigt, hängt die optimale Luftzufuhr auch erheblich von dem zulässigen maximalen Schwellwert 45 ab, denn wenn beispielsweise nur ein Abnahmeüberdruck 42 von 25 Millibar zulässig ist, so beträgt die Füllzeit bei dem Beispiel nach 7 und bei dem Beispiel nach 5 jeweils etwa 10 Sekunden, während sie sich bei dem Beispiel nach 6 noch weiter verlängert. Der plötzliche Druckabfall bei etwa 15 Sekunden in der Darstellung nach 6 resultiert hier durch die Abnahme des Ventilsacks 4, während der Ventilsack 4 bei der Darstellung nach 7 noch weiter hängen gelassen wurde, obwohl der zulässige maximale Schwellwert 45 unterschritten wurde.
Der maximale Fülldruck 27 beträgt bei der Messung für 5 etwa 23 Millibar, bei der Messung für 6 hingegen 227 Millibar und bei der Messung für 7 ca. 60 Millibar.
Wie man den Darstellungen der 5,6 und 7 entnehmen kann, existiert für jedes Produkt und jeden zulässigen maximalen Schwellwert 45 eine optimale Füllstrategie und Drehgeschwindigkeit 41.
In 8 ist ein Prinzipschema des Vorratsbehälters 31 und des Fülltopfes mit dem hier als Füllturbine ausgeführten Förderorgan 16 sowie dem Füllstutzen 3 dargestellt. In Abhängigkeit von den gemessenen Druckbedingungen und dem bislang erreichten Gewicht wird die Drehzahl der Förderturbine bzw. des Förderorgans 16, die Stellung des Dosierers 32 und die Zuluft über die Zuluftkanäle 33 eingestellt, sodass die gewünschten Abfüllbedingungen vorliegen und die optimale Drehgeschwindigkeit 41 eingestellt werden kann.

1: Füllanlage
2: Packmaschine
3: Füllstutzen
3a: Außenseite
3c: Bereich
3d: Bereich
4: Ventilsack
5: Öffnung
6: Austrageband
7: Blähmanschette
8: Abschnitt
8b: Innenwandung
9: Druckaufnahmeöffnung
10: Drucksensor
11: Auswertungseinheit
12: Wägeeinrichtung
13: Messleitung
13a, 13b: Abschnitt, Abschnitt
14: Steuereinheit
15: Verarbeitungseinheit
16: Förderorgan
17: Luftzufuhr
18: schüttfähiges Material, Füllgut
19: Öffnungen
20: Kurve
21: Kurve
22: Kurve
23: Pfeil
24: Zeitpunkt
25: Feinstromabschaltpunkt
26: Zeitabschnitt
27: maximaler Fülldruck
28: Verarbeitungszeit
28a: Zeitdauer
28b: Zeitdauer
28c: Wartezeit
31: Vorratsbehälter
32: Dosierer
33: Zuluftkanäle
34: Aufsteckposition
35: Abwurfposition
36: Pfeil
37: Schwellwert
38: Fülldruckverlauf
39: Sackgewichtsverlauf
40: Abwurfdruckintervall
41: Drehgeschwindigkeit
42: Abnahmedruck
43: verbleibender Rotationswinkel
44: Drehgeschwindigkeit
45: maximaler Schwellwert
46: minimaler Schwellwert
47: Druckkennwert
48: Antrieb
49: Zeitpunkt
50: Fülldruck
p: Fülldruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3613244 C2 [0006]

Claims

Füllanlage (1) zum Füllen von Ventilsäcken (4) umfassend wenigstens eine rotierbare Packmaschine (2) mit einem Antrieb (48) zur Drehung der Packmaschine (2) und eine Mehrzahl von Füllstutzen (3), welche über dem Umfang der rotierbaren Packmaschine (2) verteilt angeordnet sind, wobei die Füllstutzen (3) zur Aufnahme der Ventilsäcke (4) vorgesehen sind und wobei die Ventilsäcke (4) mit einer Öffnung (5) an den Füllstutzen (3) festlegbar und durch die Füllstutzen (3) mit schüttfähigen Materialien (18) befüllbar sind, wobei die Ventilsäcke (4) an einer definierten Aufsteckposition (34) auf die Füllstutzen (3) aufgesteckt und an einer definierten Abwurfposition (35) automatisch abgeworfen werden, und wobei eine Steuereinrichtung (14) vorgesehen ist, um den Füllvorgang zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einem Füllstutzen (3) ein Drucksensor (10) zugeordnet ist, um ein Maß für den Fülldruck (p) eines an dem Füllstutzen (3) angeordneten Ventilsacks (4) zu ermitteln, und dass die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, mittels des Drucksensors (10) wenigstens einen repräsentativen Druckkennwert (47) für den an der Abwurfposition (35) herrschenden Fülldruck (p) zu ermitteln und eine Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) über eine Steuerung der Geschwindigkeit des Antriebs (48) anzupassen.
Füllanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (14) dazu eingerichtet ist, die Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) zu erhöhen, wenn der Druckkennwert (47) an der Abwurfposition (35) einen vorbestimmten minimalen Schwellwert (46) unterschreitet und/oder die Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) zu verringern, falls der Druckkennwert (47) an der Abwurfposition (35) einen vorbestimmten maximalen Schwellwert (45) überschreitet.
Füllanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Füllstutzen (3) ein Drucksensor (10) zugeordnet ist.
Füllanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedem Füllstutzen (3) ein Gewichtssensor (12) zugeordnet ist, um das Gewicht des Ventilsacks (4) während des Füllvorgangs zu ermitteln.
Füllanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Aufsteckautomat zum automatischen Aufstecken der Ventilsäcke (4) und/oder wenigstens eine Verschließstation vorgesehen ist, um die Ventilsäcke (4) nach dem Füllvorgang zu verschließen.
Verfahren zum Füllen von Ventilsäcken (4) mit einer rotierbaren Packmaschine (2), welche über dem Umfang der rotierbaren Packmaschine (2) eine Mehrzahl von Füllstutzen (3) aufweist, an welche die Ventilsäcke (4) angehangen und an einer definierten Abwurfposition (35) davon abgeworfen werden, wobei ein Druckkennwert (47) für den Fülldruck (p) an der Abwurfposition (35) ermittelt wird und eine Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) in Abhängigkeit von dem Druckkennwert (47) an der Abwurfposition (35) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Druckkennwert (47) an mehreren Füllstutzen (3) ermittelt wird und der höchste Druckkennwert als Vergleichswert gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) erhöht wird, wenn der Druckkennwert (47) oder der Vergleichswert einen vorbestimmten minimalen Schwellwert (46) unterschreitet und/oder wobei eine Drehgeschwindigkeit (41) der Packmaschine (2) verringert wird, wenn der Druckkennwert (47) oder der Vergleichswert einen vorbestimmten maximalen Schwellwert (45) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein Ventilsack (4) an der Abwurfposition (35) nicht abgeworfen wird, wenn der Fülldruck (p) einen vorbestimmten maximalen Schwellwert (45) überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei nach einer vorbestimmten Anzahl von Umdrehungen der maximal gemessene Druckkennwert (47) ermittelt und mit dem minimalen Schwellwert (46) und/oder dem maximalen Schwellwert (45) verglichen wird, um die Drehgeschwindigkeit (41) entsprechend anzupassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, wobei die Signale des Drucksensors (10) zur Steuerung des Füllvorgangs verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 11, wobei mit einem Drucksensor (10) ein Kennwert für den Fülldruck (p) im Ventilsack (4) erfasst und der Füllprozess wenigstens teilweise in Abhängigkeit von dem Fülldruck (p) gesteuert wird.
Verfahren zum Füllen von Ventilsäcken (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 12 unter Verwendung einer Füllanlage (1) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kennwert für das Gewicht des Ventilsacks (4) während des Füllens erfasst wird und bei Erreichen des Sollgewichts des Ventilsacks (4) die Zufuhr des schüttfähigen Materials (18) gestoppt wird.