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Die Erfindung bezieht sich auf eine Wägevorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 2, sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 11.
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Die Verwendung von Wägevorrichtungen bei Füllmaschinen zum gewichtsabhängigen Füllen von Behältern ist bekannt (
DE 698 08 118 T2 ). Nachteilig bei bekannten Wägevorrichtungen ist, dass speziell bei Füllmaschinen umlaufender Bauart, bei denen die Behälterträger mit Wägevorrichtungen aufweisende Füllpositionen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors vorgesehen sind, die von den Wägevorrichtungen gelieferten Messsignale durch verschiedene maschinenbedingte Einflussgrößen beeinflusst oder sogar verfälscht werden, so u. a. durch die auf die Behälter und das Füllgut wirkende Zentrifugalkraft, die auch von der sich ändernden Winkel- oder Drehgeschwindigkeit des Rotors abhängig ist, und durch die sich mit zunehmendem Füllgrad des jeweiligen Behälters verändernde Lage des Schwerpunktes, wobei diese zeitliche Änderung der Lage des Schwerpunktes nicht nur von dem jeweiligen Behälter zugeführten Füllgutmenge abhängig ist, sondern zusätzlich auch noch von der Form der Behälter.
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Während des Betriebs von Füllmaschinen wird zwar zur Erzielung einer möglichst hohen Mengenleistung (Behälter/h) eine möglichst hohe und konstante Drehgeschwindigkeit des Rotors angestrebt, doch ist eine Füllmaschine in eine Gesamtanlage mit vor- und nachgeschalteten Maschinen oder Anlagenkomponenten eingebunden, welche zu Störungen und somit zu schwankenden Mengenleistungen neigen. Um nun Stillstände der Füllmaschine durch Störungen an vor- oder nachgeschalteten Maschinen zu vermeiden, ist die Drehgeschwindigkeit des Rotors der Füllmaschine stufenlos regelbar ausgeführt, wodurch sich ständig verändernde Drehgeschwindigkeiten und somit auch verändernde Zentrifugalkräfte ergeben.
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Um eine Verfälschung der von den Wägevorrichtungen gelieferten Messsignale durch derartige Einflussgrößen zu vermeiden, hält es die Fachwelt bisher für erforderlich, dass die Behälterträger jeweils über Parallelogrammführungen in Richtung parallel zur Maschinenachse MA geführt mit der zugehörigen Messzelle der Wägevorrichtung zusammenwirken, was allerdings zumindest einen nicht unerheblichen konstruktiven Aufwand bedeutet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wägevorrichtung aufzuzeigen, die trotz vereinfachter konstruktiver Ausbildung ein gewichtsabhängiges Füllen von Behältern mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Wägevorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Füllmaschine mit wenigstens einer derartigen Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c ist Gegenstand des Patentanspruchs 10.
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Entgegen der herrschenden Meinung ist es mit der erfindungsgemäßen Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c ohne Parallelogrammführung der Behälterträger oder dergleichen mechanische Maßnahmen möglich, das Gewicht der zu füllenden Behälter ohne Beeinträchtigung durch die vorgenannten störenden Einflussgrößen ständig, exakt und mit hoher Genauigkeit zu messen und/oder zu überwachen. Der jeweilige Behälterträger oder das diesen Behälterträger bildende oder mit dem Behälterträger verbundene Tragelement ist lediglich über die elastisch verformbaren Elemente der wenigstens zwei Messzellen am umlaufenden Rotor der Füllmaschine gelagert.
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Durch die Verwendung von jeweils zwei Messzellen, die derart voneinander beabstandet sind, dass eine der Messzellen einen kleineren Abstand von dem Behälterträger aufweist als die andere Messzelle ergibt sich die Möglichkeit, bei der Auswertung der Messsignale das Messergebnis verfälschende Einflussgrößen, beispielsweise maschinenbedingte Einflussgrößen, zu kompensieren bzw. zu eliminieren.
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„Behälter” sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind.
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Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen von jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in vereinfachter Darstellung eine Füllposition einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum gewichtsabhängigen Füllen von Behältern in Form von Flaschen, zusammen mit einer einem Behälterträger zugeordneten Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c;
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2–4 Darstellungen ähnlich der 1 bei weiteren Ausführungsformen.
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Die in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllposition ist Teil einer Füllmaschine zum gewichtsabhängigen Füllen von Behältern 2 in Form von Flaschen mit einem flüssigen Füllgut. Die Behälter 2 sind bei dieser Ausführungsform während des Füllens mit einem Mündungsflansch 2.1 an einem Behälterträger 3 hängend gehalten. Die Füllposition 1 ist mit einer Vielzahl gleichartiger Füllpositionen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 4 vorgesehen.
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Für das gewichtabhängige Füllen der Behälter 2 weist jede Füllposition 1 eine eigenständige Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c auf, die bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen aus einem Tragelement 6 und zwei Messzellen 7 und 8 besteht. Das balkenartige Tragelement 6, welches mit seiner Längserstreckung radial oder im Wesentlichen radial zur Maschinenachse MA orientiert ist, ist an seiner radial außen liegenden Stirnseite fest mit dem Behälterträger 3 verbunden und dabei so starr bzw. biegesteif ausgeführt, dass es durch die Gewichtskraft FG der Behälter und des Füllgutes sowie auch durch die auf den jeweiligen Behälter 2 und das Füllgut bei umlaufendem Rotor 4 ausgeübten Zentrifugalkräfte FZ keine oder im Wesentliche keine Verformungen erfährt, die auf die von der Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c gelieferten Messwerte Einfluss haben könnten.
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Über zwei Messzellen 7 und 8, die bezogen auf die Maschinenachse MA radial gegeneinander versetzt sind und sich jeweils im Bereich eines Endes des Tragelementes 6 befinden, stützt sich das Tragelement 6 auf der Oberseite des Rotors 4 oder einer dortigen Grund- oder Tragplatte 4.1 ab, die Bestandteil der Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c ist oder sein kann.
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Jede Messzelle 7 und 8 bildet zwischen dem Tragelement 6 und dem Rotor 5 ein elastisches Element, welches zumindest in einer Ebene radial oder im Wesentlichen radial zur Maschinenachse MA bzw. in Richtung in dieser Ebene liegenden Achsrichtungen elastisch verformbar ist. Jede Messzelle 7 und 8 weist wenigstens ein elektrisches Sensorelement, beispielsweise in Form eines Dehnungsmessstreifens oder einer Dehnungsmessstreifenstruktur auf.
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Die Messzellen 7 und 8 sind jeweils mit dem Tragelement 6 und dem Rotor 4 bzw. mit der Tragplatte 4.1 an Anschlussbereichen verbunden, die vorzugsweise in Richtung der Maschinenachse MA gegeneinander versetzt sind. Jede Messzelle 7 bzw. 8 bzw. deren elastisch verformbares Element wird daher bei radial zur Maschinenachse MA wirkenden Kräften auf Scherung oder Biegung und bei parallel zur Maschinenachse MA orientierten Kräften auf Zug oder Druck beansprucht.
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Jede Messzelle 7 und 8 liefert elektrische Messsignale, die von der Positionsänderung des Tragelementes 6 relativ zu der Bezugsebene und damit von den Kräften und/oder Momenten abhängig sind, die im Bereich der jeweiligen Messzelle 7 bzw. 8 zwischen dem Tragelement 6 und dem Rotor 4 wirken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Bezugsebene von der Oberseite des Rotors 4 oder der Tragplatte 4.1 gebildet.
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Bei Drehzahländerungen des Rotors 4 treten durch die beschleunigten oder verzögerten Massen Trägheitskräfte auf, welche senkrecht zu einer Ebene radial oder im Wesentlichen radial zur Maschinenachse MA wirken. Um schädliche, die Messergebnisse eventuell verfälschende Auswirkungen dieser Kräfte zu vermeiden, zumindest aber zu vermindern, sind die Messzellen 7 und 8, bzw. deren elastische Elemente in Wirkrichtung dieser Kräfte steif, d. h. mit einem erhöhten Widerstandsmoment ausgebildet.
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In Wirkrichtung der Gewichtskraft des zu wiegenden Behälters und auch entgegen dieser Wirkrichtung sind die Messzellen 7 und 8, bzw. deren elastische Elemente weich, d. h. mit einem reduzierten Widerstandsmoment ausgebildet.
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Durch entsprechende Auswertung der von den Messzellen 7 und 8 während des Füllens gelieferten, den reversiblen Positionsänderungen zwischen Tragelement 6 und Rotor 4 entsprechenden Messsignale, insbesondere auch unter Anwendung mathematisch-statistischen Methoden kann die Gewichtskraft FG und damit das Gewicht des jeweiligen Behälters 2 während des Füllens ständig gemessen und/oder überwacht werden und zwar in überraschender Weise mit hoher Genauigkeit und insbesondere ohne Beeinflussung der Messergebnisse durch die Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Rotors, durch Änderungen oder Schwankungen dieser Drehzahl, durch die sich während des Füllens verändernde Lage des Masseschwerpunkts des jeweiligen Behälters 2 und durch die auf die Behälter 2 und das Füllgut wirkenden Zentrifugalkräfte FZ. Mit den verarbeiteten Signalen der Messzellen 7 und 8 wird tatsächlich nur die Gewichtskraft FG und das Gewicht des jeweiligen Behälters 2 ermittelt. Durch die Verwendung von wenigstens zwei Messzellen 7 und 8 an jeder Füllposition 1 können diese vorgenannten Störgrößen bei der Verarbeitung von Messsignale in optimaler Weise kompensiert werden.
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Die Messsignale der Messzellen 7 und 8 werden für die Verarbeitung mit hoher Taktfrequenz an den Füllpositionen 1 bzw. an den dortigen Wägevorrichtungen 5 abgerufen, sodass nicht nur eine ständige Messung und/oder Überwachung des Gewichtes der Behälter 2 an sämtlichen Füllpositionen 1 gewährleistet ist, sondern durch die hohe Taktfrequenz auch Verfälschungen der Messergebnisse durch Erschütterungen und Eigenschwingungen der Füllmaschine ausgeschlossen werden.
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Die 2 zeigt eine Füllposition 1 mit einer Wägevorrichtung 5a, die sich von der Wägevorrichtung 5 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die den Messzellen 7 und 8 entsprechenden Messzellen 7a und 8a, die wiederum bezogen auf die Maschinenachse MA radial oder im Wesentlichen radial gegeneinander versetzt und voneinander beabstandet sind, an Anschlussbereichen mit dem Tragelement 6 und dem Rotor 4 verbunden sind, die (Anschlussbereiche) radial zur Maschinenachse MA gegeneinander versetzt sind. Hierfür ist das Tragelement 6 im Bereich seiner Schmalseiten mit jeweils einem über die Tragelementunterseite wegstehenden Halteklotz 9 bzw. 10 versehen, dem ein entsprechender Halteklotz 11 bzw. 12 an dem Rotor 4 bzw. an der Tragplatte 4.1 zugeordnet ist, sodass die Messzelle 7a zwischen der dem Behälterträger 3 abgewandten Seite des Halteklotzes 9 und dem Halteklotz 10 und die Messzelle 8a zwischen der den Behälterträger 3 abgewandten Seite des Halteklotzes 10 und im Halteklotz 12 angeordnet ist. Jede Messzelle 7a bzw. 8a bzw. deren elastisch verformbares Element werden daher bei parallel zur Maschinenachse MA wirkenden Kräften auf Scherung oder Biegung und bei radial zur Maschinenachse MA orientierten Kräften auf Zug oder Druck beansprucht.
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In Wirkrichtung parallel zur Maschinenachse wirkender Kräfte sind die Messzellen 7a und 8a, bzw. deren elastische Elemente weich, d. h. mit einem reduzierten Widerstandsmoment ausgebildet.
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Die 3 zeigt die Füllposition 1 mit einer Wägevorrichtung 5b, die im Wesentlichen der Wägevorrichtung 5a entspricht, wobei in der 3 die elastisch reversibel verformbaren Elemente 13 und die als Dehnungsmessstreifen 14 ausgebildeten Sensoren der Messzellen 7b und 8b mehr im Detail wiedergegeben sind. Die verformbaren Elemente 13 sind jeweils von einem dauerelastisch, bzw. reversibel verformbaren Rohrstück gebildet, welches mit seiner Achse tangential zur Drehrichtung des Rotors 4 orientiert ist, d. h. in horizontaler oder im Wesentlichen in horizontaler Richtung sowie senkrecht zur Langserstreckung des Tragelementes 6, und welches bei der dargestellten Ausführungsform einen quadratischen Außen- und Innenquerschnitt aufweist. An den in Richtung der Maschinenachse gegeneinander versetzten oberen und unteren Querschnittsseiten ist jeweils mindestens ein Dehnungsmessstreifen 14 vorgesehen. An den beiden anderen, parallel oder im Wesentlichen parallel zur Maschinenachse MA orientierten Querschnittsseiten ist das Element 13 mit den Halteklötzen 9 und 11 bzw. 10 und 12 verbunden.
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Die 4 zeigt die Füllposition 1 mit einer Wägevorrichtung 5c, die sich von der Wägevorrichtung 5 dadurch unterscheidet, dass anstelle der Messzellen 7 und 8 Messzellen 7c und 8c vorgesehen sind. Jede Messzelle 7c und 8c ist wiederum mit einem elastisch reversibel verformbaren Element 15 und mit einem Sensorelement 16 ausgebildet. Jedes Sensorelement 16 erfasst bei der Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c unmittelbar die während des Füllens jeweils auftretende Positionsänderung zwischen dem Tragelement 6 und dem Rotor 4 bzw. der Tragplatte 4.1 im Bereich der Messzelle 7c bzw. 8c und liefert von diesen Positionsänderungen abhängige elektrische Messsignale. Die Sensorelemente 16 sind hierfür elektrische Entfernungsmesser, vorzugsweise opto-elektrische Entfernungsmesser bzw. Laserentfernungsmesser, die dann vorzugsweise am Rotor 4 bzw. an der Tragplatte 4.1 dem Tragelement 6 gegenüberliegend und mit ihrer Messrichtung auf das Tragelement 6 gerichtet vorgesehen sind.
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Es versteht sich, dass die Messsignale der Wägevorrichtungen 5a–5c in gleicher Weise, wie dies für die Messsignale der Wägevorrichtung 5 beschrieben wurde, mit einer hohen Taktfrequenz abgerufen oder ausgelesen und mit einem geeigneten Programm unter Verwendung von geeigneten mathematisch-statistischen Methoden verarbeitet werden, wobei wiederum durch die Verwendung von wenigstens zwei Messzellen 7a–7c und 8a–8c bei jeder Wägevorrichtung 5a–5c störende Einflüsse auf das jeweilige Messergebnis durch die Drehgeschwindigkeit oder durch Änderungen bzw. Schwankungen der Drehgeschwindigkeit des Rotors 4, durch die Verlagerung des Schwerpunktes des jeweiligen Behälters 2 während des Füllens sowie durch Zentrifugalkräfte FZ vollständig kompensiert werden.
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Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
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So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Wägevorrichtungen 5, 5a, 5b, 5c am Rotor einer Füllmaschine angeordnet werden, wobei für jede Füllposition eine eigenständige Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c vorgesehen ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es allerdings ebenfalls vorgesehen, mehrere erfindungsgemäße Wägevorrichtungen 5, 5a, 5b, 5c an einem Rotor, welcher nicht der Rotor einer Füllmaschine ist, an zuordnen. Bei diesem Rotor kann es sich beispielsweise um den Rotor einer separaten Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c handeln, welche nach der Füllmaschine vorgesehen ist und dazu dient, das Gewicht der, von der Füllmaschine übernommenen, bereits vollständig gefüllten Behälter zu bestimmen.
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Dabei ist es leicht möglich, das ermittelte Gewicht eines Behälters – und somit auch die Menge des diesem Behälter zugeführten Füllgutes genau dem Füllventil zuzuordnen, mit welchem dieser Behälter befüllt wurde.
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Die Steuerung der einzelnen Füllventile erfolgt dann letztlich in Abhängigkeit der Messergebnisse der einzelnen Wägevorrichtungen 5, 5a, 5b, 5c der separaten Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c.
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Der Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die Zahl der erfindungsgemäßen Wägevorrichtungen 5, 5a, 5b, 5c vermindert werden kann, wodurch sich eine erhebliche Kosteneinsparung ergibt.
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Eine derartige separate Wägevorrichtung 5, 5a, 5b, 5c ist Gegenstand des Anspruches 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Füllposition
- 2
- Behälter
- 2.1
- Mündungsflansch
- 3
- Behälterträger
- 4
- Rotor
- 4.1
- Grund- oder Tragplatte
- 5, 5a–5c
- Wägevorrichtung
- 6
- Tragelement
- 7, 7a–7c
- Messzelle
- 8, 8a–8c
- Messzelle
- 9–12
- Halteklotz
- 13
- elastisches Element
- 14
- Sensorelement oder Dehnungsmessstreifen
- 15
- elastisches Element
- 16
- Sensorelement oder elektrischer Entfernungsmesser
- MA
- Maschinenachse
- FG
- Gewichtskraft
- FZ
- Zentrifugalkraft
