DE102016124446A1

DE102016124446A1 - Füllmaschine sowie Verfahren zum Befüllen von Behältern

Info

Publication number: DE102016124446A1
Application number: DE102016124446.5A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21
Also published as: EP3554985A1; WO2018108575A1; SI3554985T1; EP3554985B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllmaschine zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, wobei der Füllstand im zu befüllenden Behälter (2) durch optische Erfassungsmittel bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterinnenraum durch eine Lichtquelle (3) zumindest partiell ausgeleuchtet wird, und dass- der Füllstand durch seitlich neben dem Behälter (2) vorgesehene optische Erfassungsmittel (4) erfasst wird; oder- im Bereich des Füllelements (1) eine Kamera (6) oder ein mit einer Kamera (6) verbundener Lichtleiter (5) vorgesehen ist, und dass zumindest eine Rechnereinheit mit Bildverarbeitungsprogrammmitteln vorgesehen ist, mittels der durch Abarbeiten eines Bildverarbeitungsprogramms aus den durch die Kamera (6) bereitgestellten Bildinformationen die Füllhöhe (FS) im Behälter (2) ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Füllmaschine sowie ein Verfahren zum Befüllen von Behältern.
Füllmaschinen zum Befüllen von Behältern sind grundsätzlich bekannt. Sie weisen typischerweise ein um eine vertikale Hochachse umlaufend angetriebenes Transportelement auf, an dem eine Vielzahl von Füllstationen vorgesehen sind. An einer jeweiligen Füllstation ist ein Füllelement angeordnet, mittels dem eine gesteuerte Zuführung des abzufüllenden Füllgutes in den Behälter ermöglicht wird. Insbesondere sind Füllmaschinen bekannt, die eine Leistung von mehr als 10.000 Behältern pro Stunde, insbesondere mehr als 50.000 Behältern pro Stunde aufweisen.
Insbesondere sind Freistrahl-Füllmaschinen bekannt, bei denen das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter in Strömungsrichtung nach dem Flüssigkeitsventils in einem freien Füllgutstrahl zuströmt. Mittels der Freistrahlfüllung können sehr hohe Füllleistungen (Volumen des abgefüllten Füllgutes pro Zeiteinheit) erreicht werden, so dass zunehmend versucht wird, Kunststoffbehälter, insbesondere PET-Flaschen als auch Behälter aus Glas mittels Freistrahlfüllung zu befüllen.
Zur Messung der Füllmenge in dem zu befüllenden Behälter sind volumetrische Messverfahren und direkt die Füllhöhe innerhalb des befüllenden Behälters bestimmende Messverfahren bekannt. Beim volumetrischen Messverfahren wird das Volumen des Füllguts vor der Zuführung zu dem zu befüllenden Behälter gemessen, so dass unabhängig vom Behältervolumen diesem ein definiertes Füllgutvolumen zugeführt wird.
Bei Glasflaschen ist jedoch das volumetrische Messverfahren bzw. volumetrische Füllprinzip nicht geeignet, da das Leerflaschenvolumen bei Glasflaschen herstellungsbedingt starken Schwankungen unterworfen ist und damit die Einfüllung von gleichen Füllvolumina in Flaschen mit unterschiedlichem Leerflaschenvolumen zu unterschiedlichen Füllhöhen in den Flaschen führt. Dies wird jedoch von den Verbrauchern als qualitätsmindernd empfunden. Aus diesem Grunde werden Glasflaschen hauptsächlich mit Höhenfüllsystemen abgefüllt, die die Füllhöhe im Behälter mittels Sonden oder Rückgasrohren messen und abhängig davon das Flüssigkeitsventil ansteuern. Dies führt jedoch zu geringeren Füllleistungen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Lösungen bekannt, die die Füllhöhe durch optische Messverfahren bestimmen, beispielsweise die Dokumente DE 44 46 548 B4 , DE 39 09 405 A1 und DE 39 09 398 A1 .
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Füllsystem bzw. ein Füllverfahren anzugeben, das eine Befüllung von Behältern mit einem flüssigen Füllgut mit hoher Füllleistung bei gleichzeitig hoher Füllgenauigkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 16.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Füllmaschine zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut. Der Füllstand wird dabei im zu befüllenden Behälter durch optische Erfassungsmittel bestimmt. Zur zumindest partiellen Ausleuchtung des Behälterinnenraums ist eine Lichtquelle vorgesehen. Der Füllstand wird entweder durch seitlich neben dem Behälter vorgesehene optische Erfassungsmittel erfasst oder im Bereich des Füllelements ist direkt eine Kamera oder ein Lichtleiter vorgesehen, der mit einer Kamera verbunden ist, wobei zumindest eine Rechnereinheit mit Bildverarbeitungsprogrammmitteln vorgesehen ist, mittels der durch Abarbeiten eines Bildverarbeitungsprogramms aus den durch die Kamera bereitgestellten Bildinformationen der Füllstand im Behälter ermittelbar ist.
Dadurch kann eine effiziente Befüllung des Behälters bei gleichzeitig exakter Füllstandmessung erreicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle zur Abgabe von Licht in Richtung der Behälterhochachse oder im Wesentlichen in Richtung der Behälterhochachse ausgebildet. Dadurch kann das Licht von unten bzw. von oben auf das im Behälter befindliche Füllgut gelenkt werden, was die Füllstandserfassung im Behälter positiv beeinflusst.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle unterhalb des Behälterbodens vorgesehen und/oder die Lichtquelle ist im Bereich der Behältermündung vorgesehen. In anderen Worten kann die Beleuchtung von oben, von unten oder aber von einer oder aber auch von beiden Seiten erfolgen. Die unterseitige Beleuchtung kann beispielsweise in einen Behälterträger (z.B. Flaschenteller) integriert sein. Dadurch wird erreicht, dass der Behälter für die Füllstandserfassung vorteilhaft ausgeleuchtet wird.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle an der, der Behältermündung zugewandten Seite des Füllelements vorgesehen. Beispielsweise kann die Lichtquelle in den Ventilkörper des im Füllelement enthaltenen Füllventils integriert sein. Alternativ kann es im Gehäuse des Füllelements vorgesehen sein, und zwar derart, dass eine Abstrahlung von Licht in Richtung des Behälterinnenraums erfolgt.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Lichtquelle einen Lichtleiter auf, der über die Behältermündung in den Behälterinnenraum hineinragt und mittels dem das von der Lichtquelle ausgesandte Licht dem Behälterinnenraum zuführbar ist. Der Lichtleiter kann dabei zumindest abschnittsweise im Ventilkörper des Flüssigkeitsventils vorgesehen sein. Der Lichtleiter kann beispielsweise über das freie Ende des Ventilkörpers nach unten hin in Richtung des Behälterinnenraums vorstehen und beispielsweise durch die Behältermündung in diesen hineinragen. Alternativ kann das freie Ende des Lichtleiters am freien Ende des Ventilkörpers zu liegen kommen. Durch die Verwendung eines Lichtleiters zur Lichtzuführung kann erreicht werden, dass das lichtemittierende Element beabstandet zur Füllöffnung des Füllventils vorgesehen werden kann, was Vorteile hinsichtlich der Wartbarkeit und Konstruktion der Füllmaschine bietet.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle zur Bereitstellung von Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich oder zur Bereitstellung von Licht im UV-Bereich ausgebildet. Durch die Wahl der Wellenlänge kann abhängig von dem jeweiligen verwendeten Füllgut, dem verwendeten Behälter (Glas, PET, Farbe der Wandung) eine effiziente Füllhöhenmessung erreicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Füllmaschine eine Vielzahl von Füllelementen auf, die an einem umlaufend rotativ angetriebenen Transportelement vorgesehen sind. Seitlich neben dem Behälter sind optische Erfassungsmittel vorgesehen, die durch zumindest einen nicht rotativ mitbewegten optischen Sensor oder eine nicht rotativ mitbewegte Kamera gebildet werden. Vorzugsweise ist die Anzahl der verwendeten optischen Sensoren bzw. Kameras kleiner als die Anzahl der Füllelemente. Dadurch kann der Aufwand für die Füllstandserfassung wesentlich reduziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Füllmaschine eine Vielzahl von Füllelementen auf, die an einem umlaufend rotativ angetriebenen Transportelement vorgesehen sind. Dabei ist jeweils zumindest ein optisches Erfassungsmittel in Form eines optischen Sensors oder einer Kamera pro Füllelement vorgesehen, das dem Füllelement fest zugeordnet ist und umlaufend mitbewegt wird. Dadurch kann eine fortlaufende, insbesondere am Ende des Füllprozesses kontinuierliche Füllstandsmessung erreicht werden, die unabhängig von der Drehlage des Transportelements ist.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Lichtleiter ein Bündel von lichtleitenden Fasern auf und die Kamera ist zur Erfassung der durch das Bündel von lichtleitenden Fasern zugeführten Bildinformationen ausgebildet. Alternativ kann ein Lichtleiter verwendet werden, der derart konstruiert ist, dass die Bildinformationen durch den Lichtleiter übertragen werden können. Dadurch wird eine Endoskop artige Erfassung des Füllstands im Behälter möglich.
In einem Ausführungsbeispiel weist der Lichtleiter zumindest einen ersten Lichtleiterbereich zum Zuführen von Licht von einer Lichtquelle zum Behälterinnenraum und zumindest einen zweiten Lichtleiterbereich zum Übertragen optischer Informationen vom Behälterinnenraum zur Kamera auf. Dadurch können dem Behälterinnenraum Licht zugeführt und gleichzeitig Bildinformationen vom Behälterinnenraum zur Kamera übertragen werden. Der zweite Lichtleiterbereich kann dabei durch ein Faserbündel enthaltend eine Vielzahl von Einzelfasern gebildet werden. Die ersten und zweiten Lichtleiterbereiche verlaufen vorzugsweise nebeneinander, insbesondere parallel zueinander.
In einem Ausführungsbeispiel verläuft der Lichtleiter zumindest abschnittsweise im Füllstrahl des Füllmediums. Er steht beispielsweise unterseitig vom Ventilkörper vor und taucht beispielsweise in den Behälterinnenraum ein.
In einem Ausführungsbeispiel ist das dem zu befüllenden Behälter zugewandte freie Ende des Lichtleiters oberhalb des die Füllsollhöhe definierenden Höhenniveaus und beabstandet zu diesem vorgesehen, d.h. nach dem Beendigen des Füllvorgangs ist das freie Ende des Lichtleiters beabstandet zu dem Füllgutspiegel. Dadurch kann eine exakte Füllhöhenmessung erreicht werden, da auch bei schäumenden Füllgütern der Lichtleiter nicht in den Füllgutspiegel bzw. den Schaum eintaucht.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle in das Füllelement, insbesondere in den beweglich angeordneten Ventilkörper oder in das den Ventilkörper umgebende Gehäuse des Füllelements integriert vorgesehen und der optische Sensor oder die Kamera ist seitlich neben dem zu befüllenden Behälter vorgesehen. Der optische Sensor bzw. die Kamera kann entweder mitbewegt oder feststehend vorgesehen sein. Dadurch kann mit technisch einfachen Mitteln eine exakte Füllstandsmessung erreicht werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Füllelementen vorgesehen, die zum Füllen des Behälters im Freistrahl ausgebildet sind. Dadurch kann eine hohe Füllleistung bei gleichzeitig exakter Füllstandshöhenmessung erreicht werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind eine Vielzahl von Füllelementen vorgesehen, die zum Füllen der Behälter in einem Verfahren ausgebildet sind, bei dem das Füllgut vor dem oder bei dem Einströmen in den Behälter über mindestens ein Strömungsleitelement an die innere Behälterwandung geleitet wird, und somit als dünner Füllgutfilm zum Behälterboden strömt. Bei dem mindestens einen Strömungsleitelement kann es sich beispielsweise um einen Drallkörper oder um einen Abstrahlschirm handeln. Möglich ist diese Ausführungsform, da Kameras bei ausreichender (Innen)Beleuchtung auch durch den auf der Innenwandung des Behälters befindlichen Füllgutfilm auf den Füllgutspiegel schauen und diesen deutlich abbilden können. Für eine solche Ausführung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Lichtleiter zumindest teilweise innerhalb des vom Füllgutfilm umspannten Raumes verläuft.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut. Dabei wird der Behälterinnenraum durch eine Lichtquelle zumindest partiell ausgeleuchtet und

- der Füllstand wird durch seitlich neben dem Behälter vorgesehene optische Erfassungsmittel erfasst; oder
- im Bereich des Füllelements ist ein Lichtleiter vorgesehen, der mit einer Kamera verbunden ist, und durch zumindest eine Rechnereinheit wird durch Abarbeiten eines Bildverarbeitungsprogramms basierend auf den durch die Kamera bereitgestellten Bildinformationen der Füllstand im Behälter berechnet.

Behälter im Sinne der Erfindung sind insbesondere Flaschen, Dosen, Fässer oder sonstige mit einem flüssigen Füllgut zu befüllende Behälter.
Unter „optischer Sensor“ wird jedweder Sensor verstanden, mittels dem Helligkeitswerte bzw. Lichtintensitätswerte erfassbar sind.
Unter „Kamera“ wird eine Messeinrichtung verstanden, durch die zweidimensionale Bildinformationen (z.B. durch ein matrixartiges Sensorarray) erfassbar sind. Die Bildinformationen können insbesondere Lichtintensitätswerte und/oder Farbinformationen umfassen.
Unter „Freistrahlfüllen“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Füllverfahren verstanden, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, wobei die Strömung des Füllgutes nicht durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird. Freistrahlfüllen kann sowohl drucklos, also auch unter Druck erfolgen. Bei der drucklosen Freistrahlfüllung weist der Behälter Umgebungsdruck auf, wobei der Behälter in der Regel mit seiner Behältermündung oder -öffnung nicht am Füllelement anliegt, sondern von dem Füllelement bzw. von einer vorgesehenen Abgabeöffnung beabstandet ist. Liegt der Behälter bei der drucklosen Freistrahlfüllung doch mit seiner Behältermündung am Füllelement an, so stellt ein Gasweg eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Behälters und der Umgebung her, wodurch eine drucklose Füllung ermöglicht wird. Bevorzugt entweicht über diesen Gasweg auch das im Behälter enthaltene und durch das in den Behälter einströmende Getränk verdrängte Gas in die Umgebung. Erfolgt die Freistrahlfüllung unter einem vom Umgebungsdruck abweichenden Druck, so wird der Behälter mit seiner Mündung gegen das Füllelement angepresst und abgedichtet, der Druck im Innenraum des Behälters wird durch Beaufschlagung mit einem Spanngas oder durch Beaufschlagung mit einem Unterdruck auf diesen, vom Umgebungsdruck abweichenden Druck eingestellt, welcher sowohl über, als auch unter dem Umgebungsdruck liegen kann.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 beispielhaft ein Füllelement mit einem zu befüllenden Behälter in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 beispielhaft ein Füllelement mit einem zu befüllenden Behälter in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 beispielhaft ein Füllelement mit einem zu befüllenden Behälter in einem dritten Ausführungsbeispiel;
4 beispielhaft ein Füllelement mit einem zu befüllenden Behälter in einem vierten Ausführungsbeispiel; und
5 beispielhaft ein Füllelement mit einem zu befüllenden Behälter in einem fünften Ausführungsbeispiel.

Füllmaschinen umlaufender Bauart weisen ein Transportelement auf, an dem eine Vielzahl von Füllstationen mit jeweils einem Füllelement 1 vorgesehen sind. Die zu befüllenden Behälter 2 werden der Füllmaschine stehend (Behältermündung nach oben ausgerichtet) zugeführt und an einer Füllstation derart aufgenommen, dass der Behälter 2 während der Rotation des Transportelements durch das jeweilige Füllelement 1 befüllt wird. Anschließend wird der befüllte Behälter der Füllstation entnommen und in geeigneter Weise zur nächsten Bearbeitungsstationen (beispielsweise Verschließer) weitertransportiert.
1 zeigt schematisch ein Füllelement 1 einer Füllmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist ein Behälter 2 unterhalb eines im Schnitt dargestellten Füllelements 1 angeordnet. Das Füllelement 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem Ventilkörper 1.1 der in vertikaler Richtung axial verschiebbar in einem Gehäuse 1.2 vorgesehen ist. Im Gehäuse 2.1 ist ein Ventilsitz ausgebildet, so dass bei Anlage des Ventilkörpers 1.1 gegenüber dem Ventilsitz das Flüssigkeitsventil des Füllelements 1 geschlossen und bei Abheben des Ventilkörpers 1.1 von dem Ventilsitz das Flüssigkeitsventil geöffnet ist, so dass Füllgut in den Behälter 2 gelangen kann. Das Füllelement 1 ist insbesondere zum Freistrahlfüllen des Behälters 2 ausgebildet. Dabei kann das Füllen des Behälters 2 bei Anlage der Behältermündung 2.2 gegenüber einer am Füllelement 1 gebildeten Dichtfläche oder aber auch bei Beabstandung der Behältermündung 2.2 von dem Füllelement 1 erfolgen.
Die Füllmaschine ist zum Erfassen des Füllstandes innerhalb des zu befüllenden Behälters 2 mit optischen Erfassungsmitteln 4 ausgebildet. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die optischen Erfassungsmittel 4 seitlich neben dem zu befüllenden Behälter 2 vorgesehen, und zwar insbesondere derart, dass diese den Bereich, in dem die Soll-Füllhöhe FS des Behälters 2 liegen soll, erfassen. Die optischen Erfassungsmittel 4 können insbesondere durch zumindest einen optischen Sensor oder durch eine Kamera gebildet werden.
Die optischen Erfassungsmittel 4 können dabei entweder stationär und oder mit dem jeweiligen Füllelement 1 mitbewegt vorgesehen sein. Beispielsweise können umfangsseitig um das die Vielzahl von Füllelementen 1 aufweisende Transportelement verteilt ein oder mehrere optische Erfassungsmittel 4 vorgesehen sein, mittels denen der Füllstand in dem Behälter 2 ermittelbar ist. Alternativ kann jeweils ein Erfassungsmittel 4 einem Füllelement 1 fest zugeordnet sein und mit diesem mitbewegt werden, so dass der Füllstand im Behälter 2 während dessen Bewegung messbar ist.
Um die Füllstandshöhe im Behälter 2 genauer erfassen zu können, ist eine Lichtquelle 3 vorgesehen, mittels der Licht in den Behälterinnenraum emittiert wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 3 in den Ventilkörper 1.1 integriert oder an diesem vorgesehen. Alternativ kann die Lichtquelle 3 auch im Bereich des Gehäuses 1.2, insbesondere an dem dem Behälter 2 zugewandten freien Ende des Gehäuses 1.2 vorgesehen sein. Dadurch wird erreicht, dass die Füllstandshöhenmessung und die Beleuchtung des Behälterinnenraums keine in den Behälterinnenraum hineinragende Sonde o.ä. benötigt, so dass der gesamte freie Querschnitt der Behältermündung 2.2 zum Einleiten des Füllguts zur Verfügung steht.
2 zeigt ein Füllelement 1 einer Füllmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau der Füllmaschine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist in wesentlichen Teilen identisch zu dem Aufbau des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels. Nachfolgend werden daher lediglich die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Übrigen gelten die zuvor in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel getroffenen Ausführungen auch für die Ausführungsform gemäß 2.
Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß 2 zur Ausführungsform gemäß 1 besteht darin, dass das von der Lichtquelle 3 erzeugte Licht mittels eines Lichtleiters 3.1 in den Behälterinnenraum geleitet wird. Der Lichtleiter 3.1 verläuft hierbei vorzugsweise zumindest abschnittsweise innerhalb des Ventilkörpers 1.1. Der Lichtleiter 3.1 kann dabei über das freie Ende des Ventilkörpers 1.1 nach unten hin in Richtung des Behälters 2 abstehen, jedoch noch innerhalb des Gehäuses 2.1 enden, d.h. nicht über die Behältermündung 2.2 in den Behälterinnenraum hineinragen. Alternativ kann der Lichtleiter am freien Ende des Ventilkörpers 1.1 enden oder über die Behältermündung 2.2 in dem Behälterinnenraum hineinragen. Bei einem derartigen hineinragen in den Behälterinnenraum Ende der Lichtleiter aber vorzugsweise oberhalb der Soll-Füllhöhe FS. Dadurch kann ein gebündelter Lichtstrahl dem Behälterinnenraum zugeführt werden, wodurch eine höhere Detektionsgenauigkeit erreicht wird.
3 zeigt ein Füllelement 1 einer Füllmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Der Aufbau der Füllmaschine gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist in wesentlichen Teilen identisch zu dem Aufbau der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele gemäß 1 und 2. Nachfolgend werden daher lediglich die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen beschrieben. Im Übrigen gelten die zuvor in Bezug auf das erste bzw. zweite Ausführungsbeispiel getroffenen Ausführungen auch für die Ausführungsform gemäß 3.
Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß 3 zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 besteht darin, dass die zumindest partielle Ausleuchtung des Behälterinnenraums nicht durch eine oberhalb des Behälters 2 vorgesehene Lichtquelle 3 erfolgt sondern die Lichtquelle 3 unterhalb des Behälters 2 vorgesehen ist. Dadurch werden die von der Lichtquelle 3 abgestrahlten Lichtstrahlen von unten her durch den Behälterboden 2.1 hindurch in den Behälterinnenraum geleitet. Es versteht sich, dass der Behälterboden 2.1 hierzu zumindest teilweise transparent ausgebildet ist. Die optischen Erfassungsmittel 4 können dabei wiederum seitlich neben dem Behälter 2 vorgesehen sein, und zwar entweder rotativ mitbewegt mit dem Füllelement 1 oder feststehend.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines Füllelements 1 einer Füllmaschine. Dabei erfolgt die Beleuchtung des Behälterinnenraums analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 von unten mittels einer unterhalb des Behälterbodens 2.1 angeordneten Lichtquelle 3. Abweichend zu dem in 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist jedoch die optische Erfassungseinheit 4 nicht seitlich neben dem Behälter angeordnet sondern die Erfassung der Füllhöhe FS im Behälter 2 erfolgt mittels eines Lichtleiters 3.1, dessen erstes freies Ende 3.1.3 der Behältermündung 2.2 zugewandt ist bzw. durch diese Behältermündung 2.2 in den Behälterinnenraum vorsteht und mit dem gegenüberliegenden freien Ende mit einer Kamera 6 verbunden ist. Das erste freie Ende 3.1.3 des Lichtleiters 3.1 kann dabei, wie in 4 gezeigt innerhalb des Gehäuses 1.2 des Füllelements enden oder aber über die Behältermündung 2.2 derart in den Behälterinnenraum hineinragen, dass das freie Ende 3.1.3 oberhalb der vom Füllgut zu erreichenden Soll-Füllhöhe FS endet.
Der Lichtleiter 3.1 bildet zusammen mit der Kamera 6 Endoskop artige Erfassungsmittel, mittels denen der Füllstand im Behälter 2 optisch bestimmbar ist. Über den Lichtleiter 3.1 werden der Kamera 6 Bildinformationen zugeführt, die durch ein innerhalb der Kamera 6 vorgesehenes Sensorarray (z.B. CCD Sensor o.ä.) erfasst werden. Diese von der Kamera 6 aufgenommenen Informationen werden anschließend durch geeignete Bildverarbeitungsmittel, insbesondere einem auf einer Recheneinheit vorgesehenen Bildbearbeitungsprogramm verarbeitet und basierend darauf der Füllstand des Füllgutes innerhalb des Behälters 2 ermittelt.
Der Lichtleiter 3.1 ist dabei zur Übertragung von Bildinformationen vom Behälterinnenraum an die Kamera 6 ausgebildet. In anderen Worten wird durch die Kamera 6 nicht nur ein Helligkeitswert bzw. die empfangene Lichtintensität ausgewertet sondern es erfolgt eine ortsaufgelöste Bilderfassung mittels eines flächigen Sensors, der matrixartig angeordnete Empfangseinheiten aufweist, die mittels des Photoeffekts das einfallende Licht in ein elektrisches Signal umsetzen. Der Lichtleiter 3.1 kann dabei ein Faserbündel mit einer Vielzahl von Einzelfasern aufweisen oder durch einen einzigen Lichtleiter enthaltend eine Glasfaser oder einen Gel- oder Flüssigkeitslichtleiter gebildet werden.
Alternativ kann die Kamera 6 auch an der dem Behälter 2 zugewandten Unterseite des Ventilkörpers 1.1 oder an einem Sonden artig vom Ventilkörper 1.1 nach unten abstehenden Element vorgesehen sein. Dadurch muss die Bildinformation nicht über einen Lichtleiter 3.1 der Kamera 6 zugeleitet werden, sondern die Kamera 6 nimmt die Bildinformationen direkt in der Nähe der Behältermündung 2.2 auf. Die Kamera 6 ist hierbei flüssigkeitsgeschützt, insbesondere gekapselt vorgesehen.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem sowohl die Ausleuchtung des Behälterinnenraums als auch die Übertragung von Bildinformationen zur Kamera 6 mittels eines Lichtleiters 3.1 erfolgt. Hierbei weist der Lichtleiter 3.1 einen ersten Lichtleiterbereich 3.1.1 und einen zweiten Lichtleiterbereich 3.1.2 auf. Der erste Lichtleiterbereich 3.1.1 ist dabei zur Zuführung von Licht einer Lichtquelle 3 zum Behälterinnenraum vorgesehen, d.h. Licht wird an einem dem Behälter 2 abgewandten Ende in den ersten Lichtleiterbereich 3.1.1 eingekoppelt und dem Behälter 2 zugeführt (analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 2). Der Lichtleiter verläuft hierbei vorzugsweise zumindest abschnittsweise innerhalb des Ventilkörpers 1.1.
Über den zweiten Lichtleiterbereich 3.1.2 wird aus dem Behälterinnenraum reflektiertes Licht der Kamera 6 zugeleitet, die am dem Behälter 2 abgewandten Ende in den zweiten Lichtleiterbereichs 3.1.2 vorgesehen ist. Dadurch kann über den Lichtleiter 3.1 sowohl die Lichtzuführung in den Behälterinnenraum als auch die Übertragung der Bildinformationen vom Behälterinnenraum zur Kamera 6 hin erfolgen. Der zweite Lichtleiterbereich 3.1.2 kann dabei wiederum ein Faserbündel mit einer Vielzahl von Einzelfasern aufweisen oder durch einen einzigen Lichtleiter enthaltend eine Glasfaser oder einen Gel- oder Flüssigkeitslichtleiter gebildet werden. Die ersten und zweiten Lichtleiterbereiche 3.1.1, 3.1.2 verlaufen vorzugsweise nebeneinander, insbesondere parallel zueinander.
Allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass, nachdem die optischen Erfassungsmittel einen Füllstand innerhalb des Behälters 2 ermittelt haben, der der Soll-Füllhöhe FS entspricht, das Füllventil geschlossen und damit der Füllprozess beendet wird.
Die Lichtquelle 3 kann in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen je nach Bedarf und Anwendungsfall Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich, aber auch Licht im Infrarotbereich bzw. im UV-Wellenlängenbereich (z.B. UV-Schwarzlicht) emittieren.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Füllelement
1.1: Ventilkörper
1.2: Gehäuse
2: Behälter
2.1: Behälterboden
2.2: Behältermündung
3: Lichtquelle
3.1: Lichtleiter
3.1.1: erster Lichtleiterbereich
3.1.2: zweiter Lichtleiterbereich
3.1.3: freies Ende
4: Erfassungsmittel
6: Kamera
BHA: Behälterhochachse
FS: Füllhöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4446548 B4 [0006]
DE 3909405 A1 [0006]
DE 3909398 A1 [0006]

Claims

Füllmaschine zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, wobei der Füllstand im zu befüllenden Behälter (2) durch optische Erfassungsmittel bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterinnenraum durch eine Lichtquelle (3) zumindest partiell ausgeleuchtet wird, und dass - der Füllstand durch seitlich neben dem Behälter (2) vorgesehene optische Erfassungsmittel (4) erfasst wird; oder - im Bereich des Füllelements (1) eine Kamera (6) oder ein mit einer Kamera (6) verbundener Lichtleiter (5) vorgesehen ist, und dass zumindest eine Rechnereinheit mit Bildverarbeitungsprogrammmitteln vorgesehen ist, mittels der durch Abarbeiten eines Bildverarbeitungsprogramms aus den durch die Kamera (6) bereitgestellten Bildinformationen die Füllhöhe (FS) im Behälter (2) ermittelbar ist.
Füllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) zur Abgabe von Licht in Richtung der Behälterhochachse (BHA) oder im Wesentlichen in Richtung der Behälterhochachse (BHA) ausgebildet ist.
Füllmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) unterhalb des Behälterbodens (2.1) vorgesehen ist und/oder dass die Lichtquelle (3) im Bereich der Behältermündung (2.2) vorgesehen ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) an der der Behältermündung (2.2) zugewandten Seite des Füllelements (1) vorgesehen ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) einen Lichtleiter (3.1) aufweist, der über die Behältermündung (2.2) in den Behälterinnenraum hineinragt und mittels dem das von der Lichtquelle (3) ausgesandte Licht dem Behälterinnenraum zuführbar ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) zur Bereitstellung von Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich, im Infrarotbereich oder zur Bereitstellung von Licht im UV-Bereich ausgebildet ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmaschine eine Vielzahl von Füllelementen (1) aufweist, die an einem umlaufend rotativ angetriebenen Transportelement vorgesehen sind und dass die seitlich neben dem Behälter (2) vorgesehenen optischen Erfassungsmittel (4) durch zumindest einen nicht rotativ mitbewegten optischen Sensor oder eine nicht rotativ mitbewegte Kamera gebildet wird.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllmaschine eine Vielzahl von Füllelementen (1) aufweist, die an einem umlaufend rotativ angetriebenen Transportelement vorgesehen sind und dass jeweils zumindest ein optisches Erfassungsmittel (4) in Form eines optischen Sensors oder einer Kamera pro Füllelement (1) vorgesehen ist, das dem Füllelement (1) fest zugeordnet ist und umlaufend mitbewegt wird.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3.1) einen Bündel von lichtleitenden Fasern aufweist, und dass die Kamera (6) zur Erfassung der durch das Bündel von lichtleitenden Fasern zugeführten Bildinformationen ausgebildet ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3.1) zumindest einen ersten Lichtleiterbereich zum Zuführen von Licht von einer Lichtquelle (3) zum Behälterinnenraum und zumindest einen zweiten Lichtleiterbereich zum Übertragen optischer Informationen vom Behälterinnenraum zur Kamera (6) aufweist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3.1) zumindest abschnittsweise im Füllstrahl des Füllmediums verläuft.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem zu befüllenden Behälter zugewandte freie Ende des Lichtleiters (3.1) entweder oberhalb des die Füllsollhöhe definierenden Höhenniveaus und beabstandet zu diesem oder aber unterhalb von diesem Höhenniveau vorgesehen ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) in das Füllelement (1), insbesondere in den beweglich angeordneten Ventilkörper (1.1) oder in das den Ventilkörper (1.1) umgebende Gehäuse (1.2) des Füllelements (1) integriert vorgesehen ist und dass der optische Sensor oder die Kamera (6) seitlich neben dem zu befüllenden Behälter (2) vorgesehen ist.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Füllelementen (1) vorgesehen sind, die zum Füllen des Behälters (2) im Freistrahl ausgebildet sind.
Füllmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleiter (3.1) zumindest teilweise innerhalb des vom als Füllgutfilm über die Innenwandung des Behälter zum Behälterboden strömenden Füllgutes oder Füllmediums umspannten Raumes verläuft.
Verfahren zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterinnenraum durch eine Lichtquelle (3) zumindest partiell ausgeleuchtet wird, und dass - der Füllstand durch seitlich neben dem Behälter (2) vorgesehene optische Erfassungsmittel (4) erfasst wird; oder - im Bereich des Füllelements (1) ein Lichtleiter (3.1) vorgesehen ist, der mit einer Kamera (6) verbunden ist, und dass durch zumindest eine Rechnereinheit durch Abarbeiten eines Bildverarbeitungsprogramms basierend auf den durch die Kamera (6) bereitgestellten Bildinformationen der Füllstand im Behälter (2) berechnet wird.