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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kompaktieren von Gebinden
unterschiedlichen Typs in einem Verformungsraum, in den das Gebinde
einbringbar ist, mit einer Verkleinerungseinrichtung zur Volumenreduktion
des Gebindes.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kompaktieren von Gebinden
unterschiedlichen Typs, wobei die Gebinde sequentiell einem Verformungsraum
zugeführt, in dem die Gebinde durch eine Verkleinerungseinrichtung
verkleinert werden.
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Aus
der
DE 100 55 201
A1 ist eine Vorrichtung zum Kompaktieren von Gebinden,
insbesondere leeren Getränkebehältern aus Metall
oder Kunststoff, bekannt. Derartige Kompaktiervorrichtungen werden
beispielsweise in Leergutrücknahmeautomaten verbaut mit
dem Ziel, zurückgenommene Einweggebinde zusammenzupressen
bzw. zu schreddern. Auf diese Weise wird das Volumen der Gebinde reduziert
und die Lagerung bzw. der Rücktransport der Gebinde wirtschaftlich
gestaltet. Die Kompaktiervorrichtung weist hierzu eine sich im Wesentlichen trichterförmig
verjüngende Förderstrecke auf, in die die Gebinde
einlaufen und in der sie durch die Förderstrecke seitlich
begrenzende Verkleinerungseinrichtungen sukzessive zusammengepresst
bzw. geschreddert werden. Derartigen Kompaktiervorrichtungen ist
heute eine Sensorik zur Erkennung des Gebindetyps und des Pfandwertes
des Gebindes vor- oder nachgelagert. Wenn eine Sensorik, die beispielsweise
optisch wirkt, der Kompaktiervorrichtung vorgelagert ist, ist unter
Umständen eine Entnahme des zurückgegebenen Gebindes
vor der Zerstörung in der Kompaktiervorrichtung möglich.
Hierdurch kann es zu einer Mehrfachrückgabe eines Gebindes kommen,
durch die das Pfand missbräuchlich mehrmals zurückgezahlt
wird. Wird hingegen die Sensorik hinter der Kompaktiervorrichtung
angeordnet, ist die Erkennung des kompaktierten Gebindes oft durch Schmutz
bzw. Verformung nicht eindeutig. In diesem Fall kann der Typ des
Gebindes und damit der zugehörige Pfandwert unter Umständen
nicht eindeutig bestimmt werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Kompaktieren von Gebinden anzugeben, so dass ein Typ des zu
kompaktierenden Gebindes zuverlässig ermittelt wird und
einer missbräuchlicher Nutzung der Einrichtung zur Mehrfacherstattung
des Pfands entgegengewirkt wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass
der Verkleinerungseinrichtung mindestens ein Messmittel zugeordnet
ist zur Aufnahme von mindestens einem Prozessparameter des Verkleinerungsprozesses,
mittels dessen in einer mit dem Messmittel gekoppelten Recheneinheit
mindestens ein charakteristischer Kennwert zur Identifizierung des
Typs des Gebindes bestimmbar ist.
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Der
besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Typ eines
Gebindes von einer Kompaktiervorrichtung selbst ermittelt wird.
Auf diese Weise ist die Bestimmung des Gebindetyps in den Kompaktiervorgang
integriert, so dass zum einen die Möglichkeit zur missbräuchlichen
Entnahme des Gebindes nach einer dem Kompaktieren vorgelagerten Identifikation
desselben vorgebeugt ist und zum anderen auf die fehleranfällige
nachgelagerte Typbestimmung verzichtet werden kann. Gleichwohl schließt
die Integration von Volumenreduzierung durch eine Verkleinerungseinrichtung
und die Identifizierung des Gebindetyps durch Messmittel bei der Kompaktierung
nicht aus, dass das Gebinde zusätzlich in einer der Kompaktiervorrichtung
vor- bzw. nachgelagerten Identifikationseinheit sensorisch erfasst
und identifiziert wird. Auf diese Weise kann die Fehlerrate bei
der Ermittlung des Gebindetyps weiter reduziert werden.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
Messmittel direkt mit der Verkleinerungseinrichtung gekoppelt. Vorteilhaft
erhöht sich die Prozesssicherheit durch die direkte Kopplung
von Verkleinerungseinrichtung und Messmittel. Die Identifikation
des Gebindetyps wird hierdurch noch sicherer gestaltet und weniger
anfällig gegenüber Manipulationsversuchen. Darüber
hinaus reduziert die direkte Kopplung die Gefahr von Mess- bzw. Übermittlungsfehlern.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist das Messmittel mechanisch
mit der Verkleinerungseinrichtung verbunden. Bei der Kompaktierung
von Kunststoffflaschen bzw. Metalldosen treten erhebliche Kräfte
auf. Darüber hinaus ist mit einer Verunreinigung der Kompaktiervorrichtung
sowohl durch in den Gebinden enthaltene Restflüssigkeit
als auch durch an den Gebinden haftende Etiketten oder Fremdstoffe
zu rechnen. Ferner können insbesondere dann, wenn die Gebinde
geschreddert, das heißt zerschnitten werden, abgetrennte
Gebindeteile selbst in der Kompaktiervorrichtung verbleiben und diese
verschmutzen. In diesem Fall ist die Erkennung des Gebindetyps durch
nicht mechanische, beispielsweise berührungslose optische
Messsensoren, erheblich erschwert oder unmöglich. Vorteilhaft
bietet hingegen mechanisch mit der Verkleinerungseinrichtung verbundene
Sensoren eine besonders robuste, wartungsarme und langzeitstabile
Möglichkeit der Messwerterfassung. Die Messmittel selbst
können hierbei kabelgebunden oder drahtlos mit der nachgelagerten
Recheneinheit gekoppelt sein.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung dient ein Kraft- und/oder Momenteaufnehmer
als Messmittel. Obwohl vielfältige Verkleinerungsmechanismen, beispielsweise
thermisch oder chemisch wirkende, denkbar sind, werden die Gebinde
heute typischerweise mechanisch verkleinert. Durch die Erfassung der
hierbei in der Verkleinerungseinrichtung wirkenden Kräfte,
Biege- und/oder Torsionsmomente kann ein primärer Prozessparameter
des Verkleinerungsprozesses gemessen werden, welches bei missbräuchlicher
Nutzung nicht in einfacher Weise gefälscht werden kann.
Kraft- bzw. Momenteaufnehmer sind zudem sehr kostengünstig
in großer Stückzahl verfügbar und auch
unter den rauen Umgebungsbedingungen sicher einsetzbar.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung ist der Typ des Gebindes anhand
eines charakteristischen zeitlichen Verlaufs der Prozessparameter
des Verkleinerungsprozesses und/oder durch Detektion charakteristischer
Schwellwerte dieses Verkleinerungsprozesses identifizierbar. Der
mechanische Verkleinerungsprozess zeigt in Abhängigkeit
von der Größe und Form des Gebindes, dem Werkstoff,
der Orientierung des Gebindes in der Kompaktiervorrichtung und/oder
dem Abnutzungsgrad der Verkleinerungseinrichtung einen charakteristischen
zeitlichen Verlauf hinsichtlich seiner Prozessparameter. Eine kontinuierliche
Aufnahme dieser Prozessparameter bietet hierbei ebenso wie eine
Analyse bestimmter Stütz- bzw. Schwellwerte die Möglichkeit,
auf den Gebindetyp zu schließen. Bei der Analyse des Verlaufs
der Prozessparameter kann beispielsweise ein charakteristischer
Kraftanstieg, eine charakteristische Stromaufnahme eines elektrischen
Antriebsmotors oder die mittels eines optischen Sensors erfasste,
zeitlich variable Durchbiegung einer Welle der Kompaktiervorrichtung
analysiert werden. Bei der Ermittlung von Schwellwerten kann die
maximale Schneid- bzw. Quetschkraft ebenso wie die maximale Stromaufnahme
oder die maximale Durchbiegung der Welle zur Bestimmung des Gebindetyps
herangezogen werden.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit
dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 dadurch gekennzeichnet, dass
während der Verkleinerung des Gebindes mindestens ein Prozessparameter
des Verkleinerungsprozesses gemessen wird, dass der mindestens eine
Prozessparameter mit wenigstens einem gespeicherten Referenzparameter
verglichen wird und dass als Ergebnis des Verfahrens mindestens
ein Kennwert bestimmt wird, auf Basis dessen der Typ des Gebindes
identifiziert wird.
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Vorteilhaft
bietet das Verfahren die Möglichkeit, den Gebindetyp während
der Verkleinerung des Gebindes über Sensoren zu erfassen.
Da zeitgleich mit der Bestimmung des Gebindetyps das Gebinde selbst
geschreddert bzw. zusammengepresst wird, ist eine missbräuchliche
erneute Zufuhr des Gebindes und damit eine mehrmalige Rückzahlung
des Pfands zuverlässig unterbunden. Zur Identifikation des
Gebindetyps können hierbei ein oder mehrere Prozessparameter
bestimmt werden. Möglich ist die Erfassung mechanischer
Größen, zum Beispiel Kräfte, Momente,
Drehzahl, Auslenkungen oder dergleichen, ebenso wie die Erfassung
elektrischer Prozessparameter, beispielsweise Strom- oder Spannungsverläufe.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zum Kompaktieren von Gebinden nach einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
Vorrichtung zum Kompaktieren von Gebinden nach einer zweiten Ausführungsform und
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3 eine
Vorrichtung zum Kompaktieren von Gebinden nach einer dritten Ausführungsform.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Kompaktieren
von Gebinden 2 gemäß 1 wird beispielsweise
in Leergutrücknahmeautomaten eingesetzt, um zurückgegebene,
geleerte Einweg-Kunststoffflaschen oder Metalldosen zu schreddern
bzw. zusammenzupressen. Hierdurch reduziert sich das Volumen der
Gebinde 2, so dass für die Speicherung und den
Rücktransport der Gebinde 2 weniger Platz aufzuwenden
ist. Ferner wird durch das Kompaktieren der Gebinde 2 sichergestellt,
dass das Pfand für bereits einmal zurückgenommene
Gebinde 2 nicht missbräuchlich mehrfach ausgezahlt wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist eine
Verkleinerungseinrichtung 3 zum Verkleinern von Gebinden 2 auf.
Die Verkleinerungseinrichtung 3 besteht im Wesentlichen
aus zwei Walzkörpern 4, 4', die auf Wellen 5, 5' befestigt
sind. Die Walzkörper 4, 4' weisen eine
Mehrzahl von auf dem Umfang verteilt angeordneten, in radialer Richtung
von den Walzkörpern 4, 4' abragende Nocken 6, 6' zum
Quetschen und/oder Zerschneiden der Gebinde 2 auf. Die
Walzkörper 4, 4' der Verkleinerungseinrichtung 3 sind
derart beabstandet zueinander angeordnet, dass zwischen den Walzkörpern 4, 4' ein
Verformungsraum 7 gebildet ist, in den das zu verformende
Gebinde 2 in Transportrichtung T einbringbar ist.
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Auf
wenigstens einer Welle 5 der Verkleinerungseinrichtung 3 sind
Dehnungsmessstreifen als Messmittel 8 zur Aufnahme von
Prozessparametern des Verkleinerungsprozesses aufgebracht. Die Messmittel 8 sind über
ein erstes Datenübertragungsmittel 9, das die
Messwerte kabelgebunden oder drahtlos überträgt,
mit einer Recheneinheit 10 verbunden. Die Recheneinheit 10 ist über
ein zweites Datenübertragungsmittel 11 mit einer
nicht dargestellten, übergeordneten Recheneinheit des Leergutrücknahmeautomaten
verbunden.
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Zur
Verformung der Gebinde 2 werden diese in Transportrichtung
T in den Verformungsraum 7 eingebracht. Die Walzkörper 4, 4' der
Verkleinerungseinrichtung 3 werden hierbei gegensinnig
zueinander in Drehrichtung D, D' derart angetrieben, dass das Gebinde 2 während
des Verkleinerungsprozesses von den Walzkörpern 4, 4' in
Transportrichtung T durch den Verformungsraum 7 transportiert wird.
Der Verkleinerungseinrichtung 3 kommt hierbei folglich
eine Doppelfunktion zu. Zum einen dient die Verkleinerungseinrichtung 3 zum
Schreddern bzw. Zusammenpressen der Gebinde 2. Zum anderen
fördert die Verkleinerungseinrichtung 3 die Gebinde 2 durch
die Kompaktiervorrichtung 1.
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Das
Messmittel 8 ist in der vorliegenden Konfiguration drehfest
mit der Welle 5 des Walzkörpers 4 verbunden.
Es dient dazu, die Durchbiegung der Welle 5 während
des Verkleinerungsprozesses zu ermitteln. Auf diese Weise kann über
die auf die Welle 5 wirkenden Biegemoment auf die in der
Verkleinerungseinrichtung 3 wirkenden Schneid- bzw. Quetschkräfte
und – in einem weiteren Schritt – über die
Kräfte auf den Typ des Gebindes 2 geschlossen werden.
Hierzu sind in der Recheneinheit 10 entsprechende Referenzparameter
für den Verkleinerungsprozess unterschiedlicher Gebindetypen
abgelegt. Durch Abgleich der gemessenen Prozessparametern mit den
in der Recheneinheit 10 abgespeicherten Referenzparametern
lässt sich in einfacher Weise von den Messwerten auf den
Gebindetyp schließen.
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Der
Vergleich kann sich hierbei sowohl auf den kompletten zeitlichen
Verlauf der Messgröße während des Verformungsprozesses
als auch auf einen Teilzeitraum oder einzelne charakteristische Stütz-
bzw. Schwellwerte erstrecken. So ist es beispielsweise möglich,
anhand eines charakteristischen Anstiegs der Messwerte beim Einlauf
des Gebindes 2 in den Verformungsraum 7 den Gebindetyp zu
ermitteln. Ebenso ist denkbar, den Gebindetyp anhand der Maximalkraft,
der Dauer des Verkleinerungsprozesses und/oder ähnlicher
zeitinvarianten Prozessparameter zu ermitteln.
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Mit
dem Gebindetyp ist zugleich der Pfandwert des Gebindes 2 definiert.
In der Recheneinheit 10 der Kompaktiervorrichtung 1 und/oder
in der übergeordneten Recheneinheit des Leergutrücknahmeautomaten
wird der an einen Kunden zurückzuzahlende Pfandwert gespeichert.
Sofern der Kunde mehr als ein Gebinde 2 zurückgibt,
wird der Gesamtpfandwert aller Gebinde 2 ermittelt, indem
der beschriebene Verkleinerungsprozess mehrfach nacheinander durchlaufen
und der Pfandwert der einzelnen Gebinde aufsummiert wird.
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Alternativ
kann mittels der als Dehnungsmessstreifen ausgebildeten Messmittel 8 die
Torsion der Welle 5 als charakteristischer Prozessparameter ermittelt
werden. Ebenso ist denkbar, dass andere Messmittel 8 als
Dehnungsmessstreifen zur Anwendung kommen. Hier ist beispielsweise
denkbar, mechanische Wegaufnehmer, Beschleunigungsgeber oder optische
Sensoren zur Bestimmung der Durchbiegung bzw. Torsion der Welle 5 zu
nutzen. Darüber hinaus können statt der Aufnahme
mechanischer Prozessparameter auch elektrische Prozessparameter
aufgenommen werden. Beispielsweise kann der Motorstrom eines nicht
dargestellten Antriebsmotors der Verkleinerungseinrichtung 3 mittels
geeigneter Messmittel 8 erfasst werden.
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Eine
alternative Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 sieht
eine Verkleinerungseinrichtung 3 vor, die im Wesentlichen
aus einem Walzkörper 4' und einem Stützelement 12 gebildet
ist. Das Stützelement 12 und der Walzkörper 4' sind
derart beabstandet zueinander angeordnet, dass zwischen denselben
ein Verformungsraum 7 ausgebildet ist. Der Walzkörper 4' wird über
eine Welle 5' im Gegenuhrzeigersinn (Drehrichtung D') angetrieben.
Das Stützelement 12 ist an einem ortsfesten Träger 13 der
Verkleinerungseinrichtung 3 nachgiebig gehalten. Das Stützelement 12 ist
derart gebogen, dass ein Gebinde 2 in Transportrichtung
T entlang des Stützelements 12 dem Verformungsraum 7 zugeführt wird.
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Gleiche
Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen
gekennzeichnet.
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Während
des Verformungsprozesses wird das Stützelement 12 infolge
der zwischen demselben und dem Walzkörper 4' wirkenden
Verformungskraft von dem Walzkörper 4' weg gedrückt.
Ein Messmittel 8 ist so an dem Stützelement 12 angebracht,
dass über ein zu der Durchbiegung des Stützelements 12 proportionales
Messsignal auf die in der Verkleinerungseinrichtung 3 wirkende
Kraft geschlossen werden kann.
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Die
Messwertverarbeitung erfolgt wie in dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 in einer Recheneinheit 10,
die über ein erstes Datenübertragungsmittel 9 mit
dem Messmittel 8 und über ein zweites Datenübertragungsmittel 11 mit
einer nicht dargestellten Recheneinheit eines zugeordneten Leergutrücknahmeautomaten
gekoppelt ist.
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Nach
einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß 3 kann
die Kompaktiervorrichtung 1 im Wesentlichen aus zwei kegelförmigen Walzkörpern 4, 4' gebildet
sein, die über in einem Anstellwinkel α zueinander
angeordnete Wellen 5, 5' rotierend angetrieben
werden. In bekannter Weise rotieren die Walzkörper 4, 4' gegensinnig
zueinander, so dass ein Gebinde 2 in Transportrichtung
T in einen Verformungsraum 7 der Kompaktiervorrichtung 1 selbsttätig
eingezogen wird.
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Analog
zum ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 1 wird
ein an der Welle 5 des Walzkörpers 4 angebrachtes
Messmittel 8 eingesetzt, um die Prozessparameter des Verkleinerungsprozesses
aufzunehmen und diese der Recheneinheit 10 zuzuführen.
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Nach
einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann die Recheneinheit 10 zugleich die gesamte
Kompaktiervorrichtung 1 bzw. den Leergutrücknahmeautomaten
steuern. Die Recheneinheit 10 kann aus einer Mehrzahl einzelner
Module bestehen, von denen ein Modul die Messwerte aufnimmt und
ein anderes Modul den Flaschentyp bestimmt. Die Module können
räumlich getrennt oder integriert angeordnet sein. Ferner
kann die Recheneinheit 10 direkt in den Messaufnehmer 8 integriert
sein, so dass auf das erste Datenübertragungsmittel 9 verzichtet
werden kann.
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Die
dargestellte Vorrichtung und das dargestellte Verfahren sind unabhängig
von der Wirkungsweise der Kompaktiervorrichtung 1 einsetzbar.
Insbesondere muss innerhalb der Kompaktiervorrichtung 1 nicht
zwingend eine mechanisch wirkende Verkleinerungseinrichtung 3 vorgesehen
sein. Denkbar ist beispielsweise auch eine thermische oder chemische Verkleinerung
des Gebindes 2. Darüber hinaus sind am Markt eine
Vielzahl unterschiedlicher mechanischer Verkleinerungseinrichtungen 3 bekannt,
in die Messmittel 8 entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre
integriert werden können zur Ermittlung von Prozessparametern
des Verkleinerungsprozesses.
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Zur
Bestimmung des Typs des Gebindes 2 wird wie folgt verfahren.
Die Gebinde 2 werden sequentiell dem Verformungsraum 7 der
Verkleinerungseinrichtung 3 zugeführt. Während
der Verkleinerung der Gebinde 2 mittels der Verkleinerungseinrichtung 3 wird über
digitale und/oder analoge Messmittel 8 wenigstens ein Prozessparameter
des Verkleinerungsprozesses gemessen. Hierbei kann es sich um einen
mechanischen Prozessparameter (beispielsweise Kraft, Moment, Durchbiegung,
Drehzahl) oder ein elektrisches Prozessparameter (beispielsweise
Motorstrom und/oder -leistung zur Ermittlung des Motordrehmoments
und/oder der in dem Verkleinerungsprozess aufgewandten mechanischen
Leistung) handeln. Ebenso ist denkbar, dass mehr als ein Prozessparameter
des Verkleinerungsprozesses über eine Mehrzahl von Messmitteln 8 erfasst
werden. Die Mehrzahl an Prozessparametern können hierbei
gleichartig sein, zum Beispiel die Durchbiegung der Welle 5 und
die Durchbiegung der Welle 5'. Ebenso ist denkbar, dass
es sich um andersartige Prozessparameter handelt, zum Beispiel die
Durchbiegung und das Torsionsmoment an der Welle 5.
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Die
gemessenen Prozessparameter des Verkleinerungsprozesses können
in einem weiteren Verfahrensschritt nachverarbeitet, zum Beispiel
gefiltert, aggregiert, digitalisiert oder komprimiert werden. Anschließend
werden die Prozessparameter mit Referenzparametern verglichen, die
in der Recheneinheit 10 der Kompaktiervorrichtung 1 oder
der übergeordneten Recheneinheit des Leergutrücknahmeautomaten
abgespeichert sind. Sie sind für alle Typen von Gebinden 2 gespeichert,
für die der Leergutrücknahmeautomat ausgelegt
ist. Bei diesem Parametervergleich können der gesamte zeitliche
Verlauf der Messgrößen während des Verformungsprozesses, ein
Teilzeitraum dieser Messgrößen oder einzelne charakteristische
Stütz- bzw. Schwellwerte zugrunde gelegt werden. Als Ergebnisgröße
des Vergleichs erhält man Kennwerte, über die
in einem weiteren Verfahrensschritt der Typ des Gebindes 2 identifizierbar ist.
Ist der Gebindetyp bekannt, kann in einem weiteren Schritt der Pfandwert
des Gebindes 2 ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gebinde
- 3
- Verkleinerungseinrichtung
- 4,
4'
- Walzkörper
- 5,
5'
- Welle
- 6,
6'
- Nocken
- 7
- Verformungsraum
- 8
- Messmittel
- 9
- erstes
Datenübertragungsmittel
- 10
- Recheneinheit
- 11
- zweites
Datenübertragungsmittel
- 12
- Stützelement
- 13
- ortsfester
Träger
- α
- Anstellwinkel
- D,
D'
- Drehrichtung
- T
- Transportrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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