DE102015204951A1

DE102015204951A1 - Füllvorrichtung

Info

Publication number: DE102015204951A1
Application number: DE102015204951.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Schwarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Syntegon Packaging Systems AG
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2016-09-22
Also published as: EP3271251B1; EP3271251A1; WO2016146366A1; US20180079536A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Füllvorrichtung zu einem Füllen von Behältern (12a–d) mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen, insbesondere für eine Verpackungsmaschine (14a; 14d), mit einer zumindest eine Dosierpumpe (16a–d) mit zumindest einem Dosierhubraum (18a–d) mit einem durch einen Dosierkolben (20a–d) in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen (24a–d) aufweisenden Dosiervorrichtung (26a–d). Es wird vorgeschlagen, dass ein alle Dosierhubräume (18a–d) umfassender Gesamthubraum (28a–d) der Dosiervorrichtung (26a–d) zumindest einem Mehrfachen eines in einem Dosiervorgang an zumindest einen Behälter (12a–d) abzugebenden Füllvolumens entspricht.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits eine Füllvorrichtung zu einem Füllen von Behältern mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen für eine Verpackungsmaschine, mit einer zumindest eine Dosierpumpe mit zumindest einem Dosierhubraum mit einem durch einen Dosierkolben in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen aufweisenden Dosiervorrichtung, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Füllvorrichtung zu einem Füllen von Behältern mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen, insbesondere für eine Verpackungsmaschine, mit einer zumindest eine Dosierpumpe mit zumindest einem Dosierhubraum mit einem durch einen Dosierkolben in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen aufweisenden Dosiervorrichtung.
Es wird vorgeschlagen, dass ein alle Dosierhubräume umfassender Gesamthubraum der Dosiervorrichtung zumindest einem Mehrfachen eines in einem Dosiervorgang an zumindest einen Behälter abzugebenden Füllvolumens entspricht. Unter einem „Behälter“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Verpackungsbehälter verstanden werden, wie eine Dose, ein Eimer, eine Flasche oder ein Vial oder bevorzugt ein Beutel wie insbesondere ein Dreirand-Siegelbeutel, wie zum Beispiel ein Schlauchbeutel oder ein Stick-Pack, oder ein Vierrand-Siegelbeutel wie zum Beispiel ein Sachet. Unter einer „Dosierpumpe“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Kolbenpumpe verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine einstellbare Menge eines Stoffs abzugeben. Unter einem „Dosierhubraum“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere der durch den Kolbenhub veränderbare Teil eines Raums der Dosierpumpe verstanden werden, der vom Dosierkolben begrenzt wird und zu einer Aufnahme und/oder Abgabe des abzufüllenden Stoffs vorgesehen ist. Unter einem „Hubvolumen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere das Volumen des Dosierhubraums beim aktuellen Kolbenhub des Dosierkolbens verstanden werden. Die Dosiervorrichtung kann eine oder mehrere Dosierpumpen aufweisen. Die Dosiervorrichtung kann dazu vorgesehen sein, in einem Dosiervorgang einen Behälter oder gleichzeitig mehrere Behälter zu füllen. Unter einem „Gesamthubraum“ soll in diesem Zusammenhang die Summe aller Dosierhubräume der Dosiervorrichtung verstanden werden. Bevorzugt entspricht der Dosierhubraum jeder Dosierpumpe der Dosiervorrichtung zumindest einem Mehrfachen eines in einem Dosiervorgang an zumindest einen Behälter abzugebenden Füllvolumens. Bevorzugt gibt die Dosiervorrichtung während jedes Dosiervorgangs ein Teilvolumen des Gesamthubraums zum Füllen des in diesem Dosiervorgang zu füllenden zumindest einen Behälters ab. Bevorzugt gibt jede der Dosierpumpen während jedes Dosiervorgangs ein Teilvolumen ihres jeweiligen Dosierhubraums zum Füllen des in diesem Dosiervorgang zu füllenden zumindest einen Behälters ab. Unter einem „an einen Behälter abzugebenden Füllvolumen“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Sollfüllvolumen des Stoffs verstanden werden, mit dem der Behälter befüllt werden soll. Die Dosiervorrichtung der Füllvorrichtung kann mit dem Gesamthubraum bevorzugt eine Mehrzahl von Dosiervorgängen in Folge ausführen. Ein Ansaugvorgang, der dazu vorgesehen ist, den Gesamthubraum mit dem zu dosierenden Stoff zu füllen, kann zwischen Dosiervorgängen, die mit einer Füllung des Gesamthubraums ausgeführt werden, entfallen. Ist der Gesamthubraum erschöpft, kann vor einem nächsten Dosiervorgang ein Ansaugvorgang erfolgen und der Gesamthubraum kann befüllt werden. Weist die Dosiervorrichtung eine Mehrzahl von Dosierpumpen auf, können diese während des Ansaugvorgangs gleichzeitig befüllt werden. Ebenfalls kann es möglich sein, dass der Ansaugvorgang der einzelnen Dosierpumpen zu abweichenden Zeiten erfolgt. Dosiervorgänge können in besonders schneller Abfolge ausgeführt werden. Ein Zeitfenster zwischen zwei Dosiervorgängen, welches für einen Ansaugvorgang benötigt wird, kann bei aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen, die mit einer Füllung des Gesamthubraums ausgeführt werden, entfallen. Ein Ansaugvorgang kann jeweils nach zwei, bevorzugt jeweils nach drei, besonders bevorzugt jeweils nach vier oder mehr Dosiervorgängen erfolgen. Es können in einem Zeitintervall besonders viele Dosiervorgänge durchgeführt werden. Es können insbesondere > 50, bevorzugt > 80, besonders bevorzugt > 100 Dosierungen je Minute erfolgen. Die Dosiervorrichtung kann besonders leistungsfähig sein.
Weiter wird eine mit einem Auslassquerschnitt der Dosiervorrichtung verbundene Fülleinheit mit einem Füllventil vorgeschlagen, das dazu vorgesehen ist, einen Füllquerschnitt der Fülleinheit wahlweise zu öffnen oder zu verschließen. Unter einem „Auslassquerschnitt“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Querschnitt verstanden werden, durch den der zu dosierende Stoff die Dosiervorrichtung verlässt. Unter einer Fülleinheit soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, den zu dosierenden Stoff in einen Behälter zu füllen. Insbesondere kann die Fülleinheit eine Lanze und/oder eine Kanüle aufweisen, die bevorzugt in eine Füllöffnung des zu befüllenden Behälters teilweise eingeführt wird. Bevorzugt kann der Füllquerschnitt an einem Ende der Lanze und/oder Kanüle angeordnet sein und durch einen Ventilkonus des bevorzugt als Nadelventil ausgebildeten Füllventils verschließbar sein. Ein sich an das Füllventil anschließender Totraum, in dem sich der abzufüllende Stoff nach einem Durchqueren des Füllquerschnitts unkontrolliert ansammeln und/oder aus dem der abzufüllende Stoff nachtropfen kann, kann vermieden werden. Ein Schließen des Füllventils zwischen zwei Dosiervorgängen kann insbesondere ein Nachtropfen und/oder Nachfließen und/oder eine Fadenbildung des abzufüllenden Stoffs zwischen zwei Dosiervorgängen verhindern. Alternativ kann zumindest zwischen ohne dazwischen liegenden Ansaugvorgang aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen ein Rückhub des Dosierkolbens oder der Dosierkolben der Dosiervorrichtung erfolgen. Eine Steuereinheit kann dazu vorgesehen sein, den Rückhub anzusteuern. Unter einem „Rückhub“ soll in diesem Zusammenhang eine Bewegung des Dosierkolbens oder der Dosierkolben verstanden werden, die eine Vergrößerung des Hubvolumens bewirkt. Bevorzugt beträgt der Rückhub weniger als 25%, besonders bevorzugt weniger als 10% des Füllvolumens eines Dosiervorgangs. Der zu füllende Stoff kann in der Fülleinheit vom Füllquerschnitt und/oder von einer Füllöffnung zurückgezogen werden. Ein Nachtropfen oder eine Fadenbildung des zu füllenden Stoffs zwischen zwei Dosiervorgängen kann verhindert werden.
In einer erweiterten Variante der Erfindung wird eine Mehrzahl mit zumindest einem Auslassquerschnitt der Dosiervorrichtung verbundener Fülleinheiten, die zu einem gleichzeitigen Füllen einer Mehrzahl von Behältern vorgesehen sind, vorgeschlagen. Eine Anzahl in einem Zeitabschnitt befüllbarer Behälter kann erhöht werden. Die Dosiervorrichtung kann eine Dosierpumpe aufweisen, deren Auslassquerschnitt mit mehreren Fülleinheiten verbunden ist. Bevorzugt kann die Dosiervorrichtung eine Mehrzahl von Dosierpumpen, besonders bevorzugt je Fülleinheit eine Dosierpumpe aufweisen. Bevorzugt ist mit einem Auslassquerschnitt der Dosiervorrichtung jeweils eine Fülleinheit verbunden. Eine Dosiergenauigkeit der Füllvorrichtung kann erhöht sein.
Bevorzugt weist die Dosiervorrichtung zumindest ein Umschaltventil auf, das dazu vorgesehen ist, den zumindest einen Dosierhubraum wahlweise mit zumindest einem Einlassquerschnitt oder zumindest einem Auslassquerschnitt zu verbinden. Es kann ein Umschaltventil für eine Mehrzahl von Dosierpumpen vorgesehen sein. Bevorzugt weist jede Dosierpumpe ein Umschaltventil auf. Bevorzugt ist das Umschaltventil als Rotationsventil ausgebildet. Das Umschaltventil kann besonders einfach in den Dosierhubraum einer Dosierpumpe integriert werden.
Es wird vorgeschlagen, dass die Füllvorrichtung eine Steuereinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Abfolge von Arbeitszyklen mit jeweils einem Ansaugvorgang zu einem Füllen des Hubvolumens und jeweils einer Mehrzahl auf den Ansaugvorgang folgender Dosiervorgänge anzusteuern. Bevorzugt ist die Steuereinheit zumindest teilweise als elektrische und/oder elektronische Steuereinheit ausgebildet. Die Steuereinheit kann insbesondere abhängig von einem Verhältnis des Gesamthubraums und des in einem Dosiervorgang abzugebenden Füllvolumens festlegen, welche Anzahl Dosiervorgänge nach einem Ansaugvorgang zulässig sind.
Weiter wird eine Verpackungsmaschine zu einem Verpacken von flüssigen und/oder pastösen Stoffen, insbesondere eine Beutelmaschine, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Füllvorrichtung vorgeschlagen. Die Verpackungsmaschine kann zum Füllen von Flaschen, Vials, Eimern, Dosen und/oder ähnlichen Behältern vorgesehen sein. Bevorzugt ist die Verpackungsmaschine zum Herstellen und Füllen von Schlauchbeuteln oder Stick-Packs oder Sachets, wie zum Beispiel Dreirand- und/oder Vierrand-Siegelbeuteln, vorgesehen. Unter einem „Schlauchbeutel“ soll in diesem Zusammenhang ein Beutel verstanden werden, der gebildet wird, indem durch Umlegen um eine Längsachse und Siegeln einer Längsnaht aus einer Folienbahn ein Folienschlauch gebildet wird, der in Folge jeweils abschnittsweise durch Quersiegelungen verschlossen und abgetrennt wird. Unter einem „Stick-Pack“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein in Richtung seiner Längsachse langgestreckter Schlauchbeutel verstanden werden. Unter einem „Sachet“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Beutel verstanden werden, der durch Aufeinanderlegen zweier Folienbahnen und anschließendes Anbringen von vier Siegelnähten entlang von vier Kanten gebildet wird, oder ein Beutel, der durch Falten einer Folienbahn entlang einer Kante und anschließendes Anbringen von zumindest drei Siegelnähten entlang von zumindest drei Kanten gebildet wird. Solche Schlauchbeutel, Stick-Packs und Sachets sind dem Fachmann bekannt.
Bevorzugt weist die Verpackungsmaschine eine Steuereinheit auf, die dazu vorgesehen ist, einen Behältervorschub zumindest während eines auf einen Dosiervorgang folgenden Ansaugvorgangs zu verlangsamen. Unter einem „Behältervorschub“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Rate verstanden werden, mit der zu füllende Behälter in einen Füllbereich der Füllvorrichtung transportiert werden. Der Behältervorschub kann getaktet erfolgen, d.h. dass in einem diskontinuierlichen Betrieb Behälter in den Füllbereich transportiert, gestoppt, gefüllt und nach dem Füllen weitertransportiert werden. Bevorzugt kann der Behältervorschub kontinuierlich ausgebildet sein. Unter einem „kontinuierlichen Behältervorschub“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass Behälter in einer kontinuierlichen Bewegung zum Füllbereich transportiert, während des Füllens weiterbewegt und nach dem Füllen abtransportiert werden. Es kann möglich sein, dass die Bewegung zeitweilig, insbesondere während des Füllens, verlangsamt wird, wobei Geschwindigkeitsänderungen bevorzugt stetig erfolgen. Insbesondere kann der Behältervorschub bei einer Beutelmaschine von einer Folienvorschubgeschwindigkeit gebildet werden, mit der eine oder mehrere Materialbahnen in einer Vorschubrichtung entlang des Füllbereichs transportiert werden. Unter einem Verlangsamen des Behältervorschubs „während eines auf einen Dosiervorgang folgenden Ansaugvorgangs“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zumindest im Anschluss an einen Dosiervorgang, auf den ein Ansaugvorgang folgt, eine Taktzeit des diskontinuierlichen Behältervorschubs verlängert oder eine Vorschubgeschwindigkeit eines kontinuierlichen Behältervorschubs reduziert wird. Eine gegenüber direkt aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen durch den Ansaugvorgang verlängerte Zeitspanne zwischen zwei Dosiervorgängen kann vorteilhaft ausgeglichen werden. Die Behälter können jeweils zu einem Dosierzeitpunkt im Füllbereich bereit sein. Der Behältervorschub kann bei direkt aufeinanderfolgenden Dosiervorgängen mit höherer Geschwindigkeit betrieben werden als bei Dosiervorgängen mit einem darauf folgenden Ansaugvorgang. Die Leistung der Verpackungsmaschine kann erhöht sein.
Es wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit der Verpackungsmaschine dazu vorgesehen ist, einen Start eines Dosiervorgangs abhängig von einem Schließvorgang zumindest eines Behälterbodens des jeweils zumindest einen in dem Dosiervorgang zu füllenden Behälters zu starten. Unter einem „Schließvorgang“ eines Behälterbodens soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Prozess verstanden werden, bei dem ein in Richtung der Schwerkraft unteres Ende des Behälters so verschlossen ist, dass kein eingefüllter Stoff mehr durch den Behälterboden austritt. Insbesondere kann der Schließvorgang darin bestehen, dass an einem Folienschlauch zum Bilden eines Behälters eine Quersiegelnaht angebracht wird. Der Behälterboden kann geschlossen sein, sobald die Quersiegelnaht von Quersiegelbacken der Verpackungsmaschine zusammengepresst wird. Vorteilhaft ist es insbesondere nicht erforderlich, den Abschluss des Siegelvorgangs abzuwarten. Bevorzugt wird der Dosiervorgang unmittelbar nach dem Schließen des Behälterbodens gestartet. Besonders bevorzugt wird der Dosiervorgang eine kurze Zeitspanne nach dem Schließen des Behälterbodens gestartet. Die Zeitspanne ist bevorzugt so gewählt, dass bis zu dem Zeitpunkt, zu dem Füllgut den Bereich des Behälterbodens erreicht, dieser geschlossen ist. Der Dosiervorgang kann besonders früh gestartet werden. Die Zeitspanne vom Füllen eines Behälters bis zum Füllen des nächsten Behälters kann weiter reduziert werden. Die Leistung der Verpackungsmaschine kann weiter gesteigert werden.
Bevorzugt ist die Steuereinheit der Verpackungsmaschine dazu vorgesehen, zumindest während zumindest eines Dosiervorgangs und/oder mehrerer Dosiervorgänge zumindest eine Dosierkolbengeschwindigkeit an eine Behältervorschubgeschwindigkeit anzupassen. Unter einer „Dosierkolbengeschwindigkeit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Geschwindigkeit verstanden werden, mit der der zumindest eine Dosierkolben der Dosiervorrichtung während des Dosierens bewegt wird, um das Hubvolumen zu reduzieren. Bevorzugt kann die Dosierkolbengeschwindigkeit mit der Behältervorschubgeschwindigkeit synchronisiert und/oder proportional zur Behältervorschubgeschwindigkeit sein. Der Füllvorgang kann vorteilhaft auf die Behältervorschubgeschwindigkeit, zum Beispiel eine Foliengeschwindigkeit, angepasst werden. Insbesondere kann die Dosierkolbengeschwindigkeit verlangsamt werden, wenn die Behältervorschubgeschwindigkeit verlangsamt wird. Ebenso kann die Behältervorschubgeschwindigkeit verlangsamt werden, wenn die Dosierkolbengeschwindigkeit reduziert wird. Insbesondere kann die Steuereinheit der Verpackungsmaschine dazu vorgesehen sein, eine möglichst niedrige Dosierkolbengeschwindigkeit einzustellen. Die Steuereinheit kann die Dosierkolbengeschwindigkeit insbesondere abhängig von einem Füllvolumen und/oder von der Behältervorschubgeschwindigkeit einstellen. Kavitationseffekte, die aufgrund hoher Strömungsgeschwindigkeiten des abzufüllenden Stoffs entstehen können, können reduziert werden. Die Dosiervorrichtung kann ein in Abhängigkeit von der Behältervorschubgeschwindigkeit bestehendes Zeitfenster zum Füllen besonders gut nutzen. Bevorzugt verfügt die Verpackungsmaschine und/oder die Steuereinheit über Messeinrichtungen, um die Dosierkolbengeschwindigkeit und/oder die Behältervorschubgeschwindigkeit zu erfassen. Die Steuereinheit kann die Behältervorschubgeschwindigkeit und/oder die Dosierkolbengeschwindigkeit mit Hilfe der gemessenen Werte vorteilhaft in einem Regelkreis aufeinander abstimmen. Alternativ kann die Steuereinheit die Behältervorschubgeschwindigkeit und/oder die Dosierkolbengeschwindigkeit steuern. In diesem Fall wird eine Bewegung in Vorschubrichtung und/oder der zumindest eine Dosierkolben vorteilhaft mit Hilfe von Schrittmotoren angetrieben, so dass eine definierte Steuerung der Geschwindigkeiten möglich ist.
Weiter wird ein Verfahren zu einem Füllen von zumindest einem Behälter, mit einer Füllvorrichtung, bei dem sich zumindest einem Ansaugvorgang einer Dosiervorrichtung eine Mehrzahl von Dosiervorgängen zum Füllen von zumindest einem Behälter anschließt, vorgeschlagen.
Die erfindungsgemäße Füllvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Füllvorrichtung und/oder die erfindungsgemäße Verpackungsmaschine zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Verpackungsmaschine mit erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen,
2 eine schematische Darstellung eines Arbeitszyklus mit einem Ansaugvorgang und zwei auf den Ansaugvorgang folgenden Dosiervorgängen,
3 eine schematische Darstellung einer Dosierpumpe einer der Füllvorrichtungen aus 1,
4 eine schematische Darstellung einer Füllvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung einer Füllvorrichtung in einem dritten Ausführungsbeispiel und
6 eine schematische Darstellung einer Verpackungsmaschine mit erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen in einem vierten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Verpackungsmaschine 14a mit erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen 10a zu einem Füllen von Behältern 12a mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen, mit jeweils einer eine Dosierpumpe 16a mit jeweils einem Dosierhubraum 18a mit einem durch einen Dosierkolben 20a in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen 24a aufweisenden Dosiervorrichtung 26a. Die Verpackungsmaschine 14a ist mehrbahnig ausgebildet, d.h. in einer Breitenrichtung senkrecht zur abgebildeten Zeichnungsebene der 1 werden mehrere Bahnen von Behältern 12a nebeneinander gefüllt, wobei jede Bahn eine der Füllvorrichtungen 10a aufweist. In 1 ist eine dieser Bahnen mit einer Füllvorrichtung 10a dargestellt. Ein Gesamthubraum 28a einer Dosiervorrichtung 26a entspricht jeweils einem Mehrfachen eines in einem Dosiervorgang an einen Behälter 12a abzugebenden Füllvolumens. Der Gesamthubraum 28a entspricht im gezeigten Beispiel, in dem jede Dosiervorrichtung 26a eine Dosierpumpe 16a aufweist, dem jeweiligen Dosierhubraum 18a der jeweiligen Dosierpumpe 16a. Im gezeigten Beispiel ist der Gesamthubraum 28a einer Dosiervorrichtung 26a jeweils mehr als doppelt so groß wie das in einem Dosiervorgang an einen Behälter 12a abzugebenden Füllvolumen, so dass jeweils zwei Dosierungen erfolgen können, bevor in einem Ansaugvorgang die Hubvolumen 24a der Dosierpumpen 16a wieder gefüllt werden. Weiter weisen die Dosiervorrichtungen 26a jeweils eine Fülleinheit 34a mit einem Füllventil 36a auf, das einen Füllquerschnitt 38a der Fülleinheit 34a wahlweise öffnet oder verschließt. Die Füllventile 36a sind jeweils als einen hier nicht näher dargestellten Ventilkonus, der die jeweils an Enden von Dosierrohren 62a angeordneten Füllquerschnitte 38a öffnet oder verschließt, aufweisende Nadelventile ausgebildet. Ventilnadeln der als Nadelventile ausgebildeten Füllventile 36a werden durch jeweils einen Ventilantrieb 30a angetrieben. Die Füllventile 36a öffnen und verschließen somit die Füllquerschnitte 38a direkt am Ort des Austritts des abzufüllenden Stoffs aus der Fülleinheit 34a in den zu füllenden Behälter 12a.
Die Dosierpumpen 16a der Dosiervorrichtungen 26a weisen zudem jeweils ein Umschaltventil 40a auf (3), das dazu vorgesehen ist, den Dosierhubraum 18a wahlweise mit einem Einlassquerschnitt 42a oder einem Auslassquerschnitt 32a zu verbinden. Das Umschaltventil 40a ist als Rotationsventil ausgebildet und wird von einem Ventilantrieb 84a angetrieben.
Die Verpackungsmaschine 14a ist als Sachetmaschine ausgebildet, im Beispiel zur Herstellung von als Vierrand-Siegelbeuteln ausgebildeten Behältern 12a. Zwei hier nur angedeutete Materialbahnen 56a werden um Siegelrollen 66a einer Längssiegeleinheit 64a in Richtung der Schwerkraft umgelenkt und in einer Vorschubrichtung 58a nach unten transportiert. Die Längssiegeleinheit 64a verbindet die beiden Materialbahnen 56a mit zwei zur Vorschubrichtung 58a parallelen und in der Breitenrichtung der Verpackungsmaschine 14a um eine Beutelbreite beabstandeten Längssiegelnähten, die ein Behältervolumen des jeweiligen Behälters 12a begrenzen. Die Verpackungsmaschine 14a weist zu diesem Zweck in Breitenrichtung eine Mehrzahl von Siegelrollen 66 auf, die jeweils paarweise um eine Beutelbreite beabstandet sind und synchron angetrieben werden.
Die kontinuierliche, das heißt stetige, Bewegung in der Vorschubrichtung 58a bildet einen kontinuierlichen Behältervorschub 48a der Verpackungsmaschine 14a. Das Dosierrohr 62a reicht im Bereich der Längssiegeleinheit 64a mit seinem Füllquerschnitt 38a zwischen die den jeweiligen Behälter 12a bildenden Materialbahnen 56a. In Vorschubrichtung 58a unterhalb der Längssiegeleinheit 64a befindet sich eine Quersiegeleinheit 68a. Die Quersiegeleinheit 68a weist zwei bezüglich der Materialbahnen 56a einander gegenüberliegende Quersiegelbacken 70a auf, die in einer Richtung senkrecht zur Vorschubrichtung 58a in Richtung der Materialbahnen 56a antreibbar gelagert sind. Werden die Quersiegelbacken 70a gegen die Materialbahnen 56a gepresst, wird unter Einwirkung von Druck und Wärme eine Quersiegelnaht 72a gebildet, die einen Behälterboden 50a des jeweiligen Behälters 12a bildet. Die Quersiegeleinheit 68a ist in und entgegen der Vorschubrichtung 58a beweglich gelagert und wird während des Siegelns in Vorschubrichtung 58a synchron mit dem Behälter 12a mitbewegt sowie zwischen den Siegelvorgängen in einer der Vorschubrichtung 58a entgegengesetzten Bewegung wieder in eine Ausgangsposition zurück bewegt. So kann eine Relativgeschwindigkeit der Quersiegelbacken 70a zu dem Behälter 12a in Vorschubrichtung 58a vermieden werden und der Behältervorschub 48a kann kontinuierlich erfolgen. In Vorschubrichtung 58a unterhalb der Quersiegeleinheit 68a befindet sich eine Trenneinheit 74a mit zwei rotierenden Quermessern 76a, die die einzelnen, bis zu diesem Zeitpunkt eine zusammenhängenden Behälterkette bildenden Behälter 12a abtrennt. Alternativ kann es auch möglich sein, dass die Quermesser 76a nur Perforationslinien erzeugen, an denen die Behälter 12a bei Bedarf leicht durch Abreißen von der Behälterkette getrennt werden können.
Die Füllvorrichtungen 10a, die Längssiegeleinheiten 64a und die Quersiegeleinheiten 68a der Verpackungsmaschine 14a werden synchron angetrieben. Die Füllvorrichtungen 10a weisen jeweils ein Reservoir 78a auf, das über einen Schlauch mit dem Einlassquerschnitt 42a der jeweiligen Dosierpumpe 16a verbunden ist. Die Dosierpumpen 16a verfügen jeweils über einen Pumpenantrieb 80a, der den Dosierkolben 20a der Dosierpumpe 16a bewegt. Von dem Auslassquerschnitt 32a der jeweiligen Dosierpumpe 16a führt ein weiterer Schlauch zu dem jeweiligen Dosierrohr 62a mit dem Füllquerschnitt 38a der jeweiligen Fülleinheit 34a. Die Fülleinheiten 34a sind in und entgegen der Vorschubrichtung 58a durch eine Antriebseinheit 82a verschiebbar gelagert. Eine Position der Fülleinheiten 34a in Vorschubrichtung 58a kann so optimal auf eine Größe der zu füllenden Behälter 12a eingestellt werden. Es kann ebenso möglich sein, dass die Fülleinheiten 34a während des Dosiervorgangs durch die Antriebseinheit 82a in der Vorschubrichtung 58a angetrieben werden. Dies kann insbesondere das Füllen der Behälter erleichtern, wenn diese während des Füllens nicht wie im gezeigten Beispiel in Vorschubrichtung von der Fülleinheit wegbewegt werden.
Die Verpackungsmaschine 14a weist eine Steuereinheit 46a auf, die dazu vorgesehen ist, den Behältervorschub 48a während eines auf einen Dosiervorgang folgenden Ansaugvorgangs zu verlangsamen. Die Steuereinheit 46a der Verpackungsmaschine 14a weist im gezeigten Beispiel ebenfalls Steuereinheiten 44a der Füllvorrichtungen 10a auf. Abweichend ist es auch möglich, dass die Steuereinheiten 44a, 46a getrennt ausgebildet sind. Die Steuereinheiten 44a sind dazu vorgesehen, eine Abfolge von Arbeitszyklen der Füllvorrichtungen 10a mit jeweils einem Ansaugvorgang zu einem Füllen des Gesamthubraums 28a und jeweils einer Mehrzahl auf den Ansaugvorgang folgender Dosiervorgänge anzusteuern. Die Steuereinheit 46a ist dazu vorgesehen, einen Start eines Dosiervorgangs abhängig von einem Schließvorgang der Behälterböden 50a der jeweils in dem Dosiervorgang zu füllenden Behälter 12a zu starten.
Die Steuerung der Verpackungsmaschine 14a und der Füllvorrichtungen 10a durch die Steuereinheit 46a während eines Arbeitszyklus ist in 2 dargestellt:
2.I zeigt entlang einer Zeitachse t das durch den Kolbenhub eingestellte Hubvolumen 24a zwischen den Werten „0“ (minimales Hubvolumen 24a) und „1“ (maximales Hubvolumen 24a). 2.II zeigt über der Zeitachse t die Stellung des Umschaltventils 40a zwischen den Stellungen „E“ (Verbindung des Dosierhubraums 18a mit dem Einlassquerschnitt 42a) und „A“ (Verbindung des Dosierhubraums 18a mit dem Auslassquerschnitt 32a). 2.III zeigt über der Zeitachse t die Stellung des Füllventils 36a zwischen den Stellungen „O“ (Offen) und „G“ (Geschlossen). 2.IV zeigt über der Zeitachse t eine Behältervorschubgeschwindigkeit 54a zwischen den Werten „S“ (Schnell) und „R“ (Reduziert). 2.V zeigt über der Zeitachse t die Stellung der Quersiegelbacken 70a der Quersiegeleinheit 68a zwischen den Stellungen „O“ (Offen) und „G“ (Geschlossen).
Zunächst wird das Umschaltventil 40a in die Position „E“ (Einlassquerschnitt 42a) gestellt (2.II).
Zu einem Zeitpunkt t₁, zu dem das Umschaltventil 40a die Position „E“ erreicht, beginnt der Ansaugvorgang, in dem der Dosierkolben 20a mit einer Dosierkolbengeschwindigkeit 52a in einer Ansaugrichtung bewegt wird, die so gewählt ist, dass sich das Hubvolumen 24a vergrößert (2.I). Gleichzeitig wird die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a auf den Wert „R“ reduziert.
Zu einem Zeitpunkt t₂, zu dem das Hubvolumen 24a den Wert „1“ erreicht und der Gesamthubraum 28a beziehungsweise der Dosierhubraum 18a vollständig, oder alternativ mit einer festgelegten Sollmenge, gefüllt ist, wird die Bewegung des Dosierkolbens 20a gestoppt, die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a beginnt auf den Wert „S“ zu beschleunigen und das Umschaltventil 40a wird in Richtung der Position „A“ (Auslassquerschnitt 32a) bewegt.
Zu einem Zeitpunkt t₃ beginnt der erste Dosiervorgang. Zu diesem Zeitpunkt ist das Füllventil 36a in der Stellung „O“ (2.III), und die Quersiegeleinheit 68a ist in der Position „G“, so dass der Behälterboden 50a des zu füllenden Behälters 12a geschlossen ist, und der Dosierkolben 20a wird mit der Dosierkolbengeschwindigkeit 52a in einer Ausstoßrichtung bewegt, die so gewählt ist, dass sich das Hubvolumen 24a verkleinert. Die Bewegung des Füllventils 36a in die Stellung „O“ sowie die Bewegung der Quersiegeleinheit 68a in die Position „G“ beginnt dabei bereits zu einem Zeitpunkt t_3– kurz vor dem Zeitpunkt t₃. Die Vorlaufzeit, mit der diese Bewegungen gestartet werden, ist abhängig von einer Umschaltzeit, die benötigt wird, um das Füllventil 36a von der Position „A“ in die Position „E“ zu bewegen und um die Quersiegeleinheit 68a von der Position „O“ in die Position „G“ zu bewegen.
Zu einem Zeitpunkt t₄, zu dem das an den Behälter 12a abzugebende Füllvolumen erreicht ist, wird die Bewegung des Dosierkolbens 20a gestoppt und das Füllventil 36a ist in der Position „G“ geschlossen. Alternativ zum Schließen des Füllventils 36a kann auch ein Rückhub des Dosierkolbens 20a erfolgen, um ein Heraustropfen des in die Behälter zu füllenden Stoffs zu verhindern. Das Schließen des Füllventils 36a wird dabei bereits mit einer Vorlaufzeit vor dem Zeitpunkt t₄ gestartet, die abhängig von der Umschaltzeit des Füllventils 36a ist. Die Quersiegeleinheit 68a ist zum Zeitpunkt t₄ bereits wieder in der Position „O“ (Offen). Die Zeitspanne, in der die Quersiegeleinheit 68a zwischen dem Zeitpunkt t₃ und dem Zeitpunkt t₄ in der Position „G“ verbleibt, ist abhängig von einer Siegelzeit, die zur Ausbildung der Quersiegelnaht 72a benötigt wird.
Zu einem Zeitpunkt t₅, wird ein weiterer Dosiervorgang ausgeführt, der dem Dosiervorgang zum Zeitpunkt t₃ entspricht. Die Zeitspanne, mit der der weitere Dosiervorgang nach Abschluss des vorhergehenden Dosiervorgangs gestartet wird, hängt von der Zeitspanne ab, die benötigt wird, um mit der Behältervorschubgeschwindigkeit 54a den nächsten Behälter 12a in eine Position zu bringen, in der der Dosiervorgang gestartet werden kann.
Zu einem Zeitpunkt t₆ ist der weitere Dosiervorgang abgeschlossen.
Es beginnt nach einer kurzen, von der Behältervorschubgeschwindigkeit 54a abhängigen Zeitspanne zu einem Zeitpunkt t₁’ der Ansaugzyklus eines nächsten Arbeitszyklus.
Die Steuereinheit 46a ist weiter dazu vorgesehen, während der Dosiervorgänge die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a an die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a anzupassen. Wird die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a während des Dosiervorgangs zum Beispiel durch einen äußeren Eingriff reduziert, wird die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a entsprechend ebenfalls proportional reduziert. Ebenso wird die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a reduziert, falls die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a während des Dosiervorgangs reduziert wird. Die Verpackungsmaschine 14a kann vorteilhaft eine einstellbare Maschinengeschwindigkeit aufweisen, mit der ein Benutzer oder auch ein vor- und/oder nachgelagerter Prozess festlegen kann, welche Anzahl Behälter 12a in einem Zeitintervall gefüllt werden soll. Eine Veränderung dieser Maschinengeschwindigkeit bewirkt eine Veränderung der Behältervorschubgeschwindigkeit 54a und damit der Dosierkolbengeschwindigkeit 52a. Die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a wird durch die Steuereinheit 46a zudem so eingestellt, dass ein mit der Behältervorschubgeschwindigkeit 54a festgelegtes Zeitfenster für das Füllen des jeweiligen Behälters 12a möglichst vollständig genutzt wird. Insbesondere werden so unnötig hohe Dosierkolbengeschwindigkeiten 52a vermieden. Um die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a und die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a zu regeln, verfügt die Steuereinheit 46a über Messeinrichtungen, um die Behältervorschubgeschwindigkeit 54a und die Dosierkolbengeschwindigkeit 52a zu messen.
In den 4 bis 6 sind drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnung und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Füllvorrichtung 10b in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Füllvorrichtung 10b unterscheidet sich von der Füllvorrichtung 10a insbesondere dadurch, dass eine Dosiervorrichtung 26b zwei Dosierpumpen 16b und zwei Fülleinheiten 34b zum Füllen eines Behälters 12b aufweist. Ein Gesamthubraum 28b der Füllvorrichtung 10b ist die Summe von Dosierhubräumen 18b der Dosierpumpen 16b. Dosierkolben 20b der Dosierpumpen 16b, Umschaltventile 40b der Dosiervorrichtung 26b sowie an Füllquerschnitten 38b angeordnete Füllventile 36b der Fülleinheiten 34b werden jeweils synchron betätigt.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Füllvorrichtung 10c in einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Füllvorrichtung 10c unterscheidet sich von der Füllvorrichtung 10a insbesondere dadurch, dass eine Dosiervorrichtung 26c eine Dosierpumpe 16c mit einem Gesamthubraum 28c und einem Umschaltventil 40c und zwei mit einem Auslassquerschnitt 32c der Dosiervorrichtung 26c der Füllvorrichtung 10c verbundene Fülleinheiten 34c mit Füllquerschnitten 38c zum gleichzeitigen Füllen zweier Behälter 12c aufweist. Die Füllvorrichtung 10c kann besonders kostengünstig sein, da nur eine geringe Anzahl von Dosierpumpen 16c benötigt wird.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Verpackungsmaschine 14d mit vier erfindungsgemäßen Füllvorrichtungen 10d zu einem Füllen von Behältern 12d mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen, mit jeweils einer eine Dosierpumpe 16d mit jeweils einem einen Gesamthubraum 28d bildenden Dosierhubraum 18d mit einem durch einen Dosierkolben 20d in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen 24d und einem Umschaltventil 40d aufweisenden Dosiervorrichtung 26d in einem vierten Ausführungsbeispiel. Die Verpackungsmaschine 14d unterscheidet sich von der Verpackungsmaschine 14a insbesondere dadurch, dass sie als vierbahnige Schlauchbeutelmaschine ausgebildet ist, im Beispiel zur Herstellung von als sogenannte „Stick-Packs“ ausgebildeten Behältern 12d. Eine hier nur angedeutete Materialbahn 56d wird in Richtung der Schwerkraft umgelenkt, in einer Vorschubrichtung 58d nach unten transportiert und durch drei hier nicht näher dargestellte Trennmesser in Vorschubrichtung 58d so geschnitten, dass die Materialbahn 56d vier gleich breite Teilbahnen bildet, die jeweils einer der Füllvorrichtungen 10d zugeführt werden. Eine Bewegung in der Vorschubrichtung 58d bildet einen Behältervorschub 48d der Verpackungsmaschine 14d. Aus jeder Teilbahn der Materialbahn 56d wird jeweils ein Folienschlauch 60d gebildet. Zu diesem Zweck wird die jeweilige Teilbahn der Materialbahn 56d um eine hier nicht näher dargestellte Formschulter und ein Dosierrohr 62d der jeweiligen Fülleinheit 34d umgeschlagen. Eine Längssiegeleinheit 64d siegelt die beiden durch das Umschlagen der Teilbahn der Materialbahn 56d aufeinanderliegenden Materiallagen unter Anwendung von Druck und Wärme, um den Folienschlauch 60d zu bilden. In Vorschubrichtung 58d unterhalb der Längssiegeleinheit 64d befindet sich eine Quersiegeleinheit 68d. Die Quersiegeleinheit 68d bildet bei einem Siegelvorgang jeweils eine Quersiegelnaht 72d, die einen Behälterboden 50d des jeweiligen Behälters 12d bildet. Der Behältervorschub 48d ist getaktet ausgebildet, d.h. die Bewegung in Vorschubrichtung 58d wird beim Anbringen der Quersiegelnaht 72d jeweils kurzzeitig gestoppt. Die Quersiegeleinheit 68d bildet dabei gleichzeitig eine den Behälterboden 50d des jeweils zu füllenden Behälters 12d bildende Quersiegelnaht 72d sowie eine weitere, den in Vorschubrichtung 58d folgenden Behälter 12d verschließende Quersiegelnaht. Die Quersiegeleinheit 68d weist hier nicht näher dargestellte Quermesser auf, die bewirken, dass beim Bilden der Quersiegelnähte 72d die jeweils in Vorschubrichtung 58d folgenden Behälter 12d vom Folienschlauch 60d abgetrennt werden. Die weiteren Funktionen der Verpackungsmaschine 14d und der Füllvorrichtung 10d entsprechen der Verpackungsmaschine 14a und der Füllvorrichtung 10a des ersten Ausführungsbeispiels.

Claims

Füllvorrichtung zu einem Füllen von Behältern (12a–d) mit flüssigen und/oder pastösen Stoffen, insbesondere für eine Verpackungsmaschine (14a; 14d), mit einer zumindest eine Dosierpumpe (16a–d) mit zumindest einem Dosierhubraum (18a–d) mit einem durch einen Dosierkolben (20a–d) in einem Kolbenhub veränderbaren Hubvolumen (24a–d) aufweisenden Dosiervorrichtung (26a–d), dadurch gekennzeichnet, dass ein alle Dosierhubräume (18a–d) umfassender Gesamthubraum (28a–d) der Dosiervorrichtung (26a–d) zumindest einem Mehrfachen eines in einem Dosiervorgang an zumindest einen Behälter (12a–d) abzugebenden Füllvolumens entspricht.
Füllvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest eine mit einem Auslassquerschnitt (32a; 32c) der Dosiervorrichtung (26a–d) verbundene Fülleinheit (34a–d) mit einem Füllventil (36a; 36b), das dazu vorgesehen ist, einen Füllquerschnitt (38a–c) der Fülleinheit (34a–d) wahlweise zu öffnen oder zu verschließen.
Füllvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl mit zumindest einem Auslassquerschnitt (32c) der Dosiervorrichtung (26c) verbundener Fülleinheiten (34c), die zu einem gleichzeitigen Füllen einer Mehrzahl von Behältern (12c) vorgesehen sind.
Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (26a–d) zumindest ein Umschaltventil (40a–d) aufweist, das dazu vorgesehen ist, den zumindest einen Dosierhubraum (18a–d) wahlweise mit zumindest einem Einlassquerschnitt (42a) oder zumindest einem Auslassquerschnitt (32a; 32c) zu verbinden.
Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (44a), die dazu vorgesehen ist, eine Abfolge von Arbeitszyklen mit jeweils einem Ansaugvorgang zu einem Füllen des Gesamthubraums (28a–d) und jeweils einer Mehrzahl auf den Ansaugvorgang folgender Dosiervorgänge anzusteuern.
Verpackungsmaschine zu einem Verpacken von flüssigen und/oder pastösen Stoffen, insbesondere Beutelmaschine, mit zumindest einer Füllvorrichtung (10a–d) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verpackungsmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (46a), die dazu vorgesehen ist, einen Behältervorschub (48a; 48d) zumindest während eines auf einen Dosiervorgang folgenden Ansaugvorgangs zu verlangsamen.
Verpackungsmaschine zumindest nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (46a) dazu vorgesehen ist, einen Start eines Dosiervorgangs abhängig von einem Schließvorgang zumindest eines Behälterbodens (50a; 50d) des jeweils zumindest einen in dem Dosiervorgang zu füllenden Behälters (12a–d) zu starten.
Verpackungsmaschine zumindest nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (46a) dazu vorgesehen ist, zumindest während zumindest eines Dosiervorgangs und/oder mehrerer Dosiervorgänge zumindest eine Dosierkolbengeschwindigkeit (52a) an eine Behältervorschubgeschwindigkeit (54a) anzupassen.
Verfahren zu einem Füllen von zumindest einem Behälter (12a–d), mit einer Füllvorrichtung (10a–d) zumindest nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einem Ansaugvorgang einer Dosiervorrichtung (26a–d) eine Mehrzahl von Dosiervorgängen zum Füllen von zumindest einem Behälter (12a–d) anschließt.