DE102019105342A1

DE102019105342A1 - Behälterbehandlungsanlage, Behälterträger und Verfahren zum Befüllen von Behältern

Info

Publication number: DE102019105342A1
Application number: DE102019105342.0A
Authority: DE
Inventors: Alex Seewald-Raider
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2019-03-04
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2020-09-10
Also published as: CN113544082A; WO2020178011A1; EP3935005A1; US20220194771A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Behälterbehandlungsanlage (1), insbesondere eine Füllmaschine, in welcher Behälter (2), wie Flaschen, Dosen oder dergleichen, entlang einer Transportrichtung (T) mit Behälterträgern (4) transportiert werden, wobei die Behälter (2) von Füllelementen (6) der Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei die Behälterbehandlungsanlage (1) eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) aufweist. Die Behälterbehandlungsanlage (1) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11) des Behälterträgers (4) zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Behälterträger (4) für eine Behälterbehandlungsanlage (1) sowie ein zugehöriges Verfahren zum Befüllen von Behältern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Behälterbehandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, auf einen Behälterträger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11 sowie auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
Behälterbehandlungsanlagen, in welchen Behälter mit einem Füllgut befüllt werden, sind bekannt. Besonders wichtig beim Befüllen der Behälter ist dabei, dass sie stets mit einer vorgegebenen Menge des Füllguts befüllt werden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere kann die in den Behälter einzubringende Menge des Füllguts über sein Gewicht bzw. seine Masse bestimmt werden. Dabei soll unter Füllgut insbesondere ein flüssiges oder pastöses Füllgut verstanden werden, wie beispielsweise ein Getränk, Milchprodukte, eine Sauce etc.. Weiterhin soll aber auch ein granuläres, rieselfähiges und weitgehend trockenes Füllgut hierunter verstanden werden, wie beispielsweise Trockensuppen, Kaffeepulver, Backzusatzstoffe und derartige Produkte. Unter Behälter sind Verpackungen in allen denkbaren Formen und Werkstoffe (Glas, Metalle, Kunststoffe) zu verstehen, insbesondere Behälter in Form von Dosen, Flaschen, Flacons, Tuben, Kartonverpackung oder Bechern, die gegebenenfalls für den Endverbraucher versiegelt, verschweißt bzw. dauerhaft oder kurzzeitig mit einem Element (Kappe, Deckel, Folie, etc.) verschlossen oder bedeckt werden. Ebenfalls soll unter Behälter auch eine Beutel- oder eine Folienverpackung für ein Füllgut verstanden werden, die bspw. auch Pouch genannt werden.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift WO 2013/083209 A1 eine Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem Füllgut. Diese Füllmaschine weist mehrere an einem umlaufenden Transportelement ausgebildete Füllpositionen mit jeweils einem Füllelement zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in einen Behälter auf. Des Weiteren weist die Füllmaschine ein als Behälterträger ausgebildetes Funktionselement auf, das an einem für sämtliche Füllpositionen gemeinsamen Träger angeordnet ist. Ferner ist der Behälterträger mit einer an dem gemeinsamen Träger befestigten Wägezelle für ein mengengesteuertes Füllen der Behälter ausgestattet.
Nachteilig an der genannten Lösung ist der relativ hohe Platzbedarf solcher Wägezellen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Behälterbehandlungsanlage, verbesserte Behälterträger und ein verbessertes Verfahren zum Befüllen von Behältern bereitzustellen, die insbesondere einen reduzierten Platzbedarf aufweisen.
Die Aufgabe wird durch eine Behälterbehandlungsanlage gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und einen Behälterträger gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 11 gelöst. Ein entsprechendes Verfahren zum Befüllen von Behältern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 12. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung.
Vorgeschlagen wird eine Behälterbehandlungsanlage, insbesondere eine Füllmaschine, in welcher Behälter entlang einer Transportrichtung transportiert und mit einem Füllgut befüllt werden. Das Befüllen der Behälter findet dabei üblicherweise während des Transports statt. Unter Behältern werden Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter verstanden, wobei die genaue Art und/oder Form der Behälter für die vorliegende Erfindung unwesentlich ist. Ebenso kommt es bei der vorliegenden Erfindung nicht auf das Material der Behälter an, d.h. es kann sich also beispielsweise um Behälter aus Glas, PET oder Aluminium handeln. Der Transport der Behälter erfolgt mit Behälterträgern, die an die jeweiligen Behälter angepasst oder anpassbar sind. So können zum Beispiel Behälter, die in ihrem oberen Bereich einen Kragen aufweisen, von einem Behälterträger mit einer halbkreisförmigen Aussparung, die auf den Kragen abgestimmt ist, hängend gehalten werden. Das Befüllen der Behälter erfolgt über Füllelemente der Füllmaschine. Ein solches Füllelement umfasst beispielsweise einen Auslass, der zum Befüllen der Behälter über einer Öffnung der Behälter positioniert wird, und ein Füllventil, das vorzugsweise steuerbar ist. Ferner weist die Behälterbehandlungsanlage eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger gehaltenen Behälters auf. Mit Hilfe der Wägeeinheit wird während des Befüllens des Behälters das Massengewicht des Behälters und damit die vom Füllelement abgegebene Menge an Füllgut bestimmt. So kann bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters und damit eines vorgegebenen Füllvolumens über ein Verschließen des Füllventils das Befüllen des Behälters beendet werden.
Erfindungsgemäß weist die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor auf. Der zumindest eine Verformungssensor ist dabei an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet, so dass der Verformungssensor die Verformung des Behälterträgers erfasst. Diese Verformung tritt dadurch auf, dass das Massengewicht des Behälters bei dessen Befüllung zunimmt und sich der Behälterträger somit immer mehr durchbiegt. Je höher dabei das Massengewicht des Behälters ist, desto größer ist die dadurch hervorgerufene Verformung des Behälterträgers. Die Verformung des Behälterträgers ist also ein Maß für das Massengewicht des Behälters. Der Verformungssensor ist besonders vorteilhaft direkt an dem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet, d.h. der Verformungssensor liegt vorzugsweise direkt und flächig am Oberflächenabschnitt an, so dass eine flächige Wirkverbindung zwischen dem Verformungssensor und dem Oberflächenabschnitt hergestellt ist. Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Lösung der zusätzliche Platzbedarf gegenüber einem Behälterträger ohne Verformungssensor stark reduziert, und zwar minimal. Die Auswertung von Mess- und/oder Betriebsdaten erfolgt in der Wägeeinheit selbst und/oder einer Auswerte- und/oder Steuerelektronik.
Vorteilhafterweise ist der Verformungssensor durch zumindest einen Dehnungsmessstreifen gebildet. Ein Dehnungsmessstreifen kann dabei sowohl eine Dehnung als auch eine Stauchung des mit dem Dehnungsmessstreifen in flächiger Wirkverbindung stehenden Oberflächenabschnitts bestimmen. Darüber hinaus gibt es Dehnungsmessstreifen zur Messung von unterschiedlich großen Verformungen, so dass ein für den jeweiligen Behälterträger - und dessen Querschnitt, Material und sonstige, die Verformung beeinflussende Eigenschaften - geeigneter Dehnungsmessstreifen gewählt werden kann. Des Weiteren haben Dehnungsmessstreifen eine sehr geringe Höhe und benötigen daher kaum extra Platz und sind preiswert in der Herstellung bzw. Anschaffung.
Es ist von Vorteil, wenn ein oder mehrere Verformungssensor(en) an einer oberen Seite und/oder unteren Seite des Behälterträgers angeordnet ist bzw. sind. Eine Verformung des Behälterträgers durch das Massengewicht des Behälters bewirkt eine Dehnung der oberen Seite des Behälterträgers, die von einem an der oberen Seite des Behälterträgers angeordneten Verformungssensor gemessen wird. Ebenso bewirkt eine Verformung des Behälterträgers durch das Massengewicht des Behälters eine Stauchung der unter Seite des Behälterträgers, die von einem an der unteren Seite des Behälterträgers angeordneten Verformungssensor gemessen wird. Bei einer Anordnung von mehreren Verformungssensoren an der oberen Seite und der unteren Seite des Behälterträgers wird sowohl die Dehnung als auch die Stauchung gemessen. Besonders vorteilhaft wird dadurch die Messgenauigkeit erhöht.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, zwei oder mehr Verformungssensoren vorzusehen, um die kinetischen Einflüsse, wie Beschleunigungs- und/oder Zentrifugalkräfte zu erfassen und von den gewünschten Daten zur aktuellen Masse und damit Füllmenge zu unterscheiden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn ein oder mehrere Verformungssensoren auf im Wesentlichen horizontalen Flächen des jeweiligen Behälterträgers angeordnet sind und weiterhin ein oder mehrere Verformungsensoren auf schrägen oder im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Flächen angeordnet sind. Die unterschiedlichen Daten der Verformung können dann gemeinsam mit den jeweiligen, parallelen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungswerten ausgewertet werden.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn Wägeeinheit in Abhängigkeit von dem jeweiligen Behälter insb. dessen Schwerpunktlage relativ zu dem Halte- und Greifelement kalibriert wird, um vorgenannte Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungseinflüsse sicher erfassen zu können.
Weiterhin vorteilhaft weist die Wägeeinheit zumindest vier Verformungssensoren auf. Die Verformungssensoren sind dabei an verschiedenen Oberflächenabschnitten des Behälterträgers angeordnet. Sofern der Behälterträger eine Symmetrieebene aufweist, die durch eine Achse des gehaltenen Behälters verläuft, ist es vorteilhaft, die Verformungssensoren symmetrisch zu dieser Symmetrieebene anzuordnen. Eine Verfälschung der Messergebnisse durch leicht asymmetrische Belastungen des Behälterträgers kann so durch Addition bzw. Mittelung der Messergebnisse beider Seiten vermieden werden. Des Weiteren empfiehlt es sich, je einen Verformungssensor an der oberen Seite und an der unteren Seite des Behälterträgers anzuordnen, so dass wie zuvor beschrieben der eine Verformungssensor eine Dehnung und der andere eine Stauchung registriert. Temperaturabhängige Verfälschungen der Messergebnisse der Verformungssensoren, wie beispielsweise eine temperaturabhängige Änderung des Widerstands eines Dehnungsmessstreifens, fallen durch den Vergleich der Messergebnisse von der oberen Seite zur unteren Seite nicht oder lediglich sehr geringfügig ins Gewicht. Ein Temperatursensor und eine Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Messergebnisse entfällt somit.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Verformungssensoren in einer Brückenschaltung verschaltet sind. Mittels einer Brückenschaltung ist eine Auswertung der Symmetrie bezüglich der Symmetrieebene und der bestehenden Unterschiede von der oberen zur unteren Seite direkt und ohne zusätzliche Elektronik möglich. Eine Brückenschaltung liefert also eine kostengünstige aber auch robuste Verarbeitung der Widerstände der einzelnen Verformungssensoren.
Vorteilhafterweise sind Kabel an Kontaktstellen der Verformungssensoren angelötet. So können die Messergebnisse der Verformungssensoren an einem vom Behälterträger entfernten Ort ausgewertet werden, wo beispielsweise mehr Platz für eine Auswerteelektronik zur Verfügung steht.
Es ist vorteilhaft, wenn an dem der Verformungssensoren abgewandten Ende des Kabels ein Stecker angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Steckers kann das Kabel an eine Auswerte- und/oder Steuerelektronik der Behälterbehandlungsanlage angeschlossen werden. Sollte ein Behälterträger ausgetauscht werden müssen, kann der elektronische Anschluss an die Auswerte- und/oder Steuerelektronik mittels des Steckers leicht getrennt und wiederhergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stecker wasserdicht ausgeführt ist, so dass ein mögliches Auftreten von Spritz- oder Kondenswasser der Verbindung nicht schaden.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Anbringungsstellen der Verformungssensoren wasserdicht versiegelt sind. Dadurch können sich Spritz- oder Kondenswasser nicht störend auf die Messergebnisse auswirken.
Es ist vorteilhaft, wenn der Transport der Behälter zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn verläuft und der Verformungssensor radial mittig und/oder radial innen am Behälterträger angeordnet ist. Bei einem solchen Transport auf einer Kreisbahn werden die Behälter radial außen am Behälterträger gehalten. Durch eine Anordnung des Verformungssensors radial mittig am Behälterträger werden Randeffekte bei der Verformung des Behälterträgers, die im Bereich des Behälters und im Bereich der Anbringung des Behälterträgers auftreten können, bestmöglich unterdrückt. Eine Anordnung des Verformungssensors radial innen am Behälterträger hat hingegen den Vorteil, dass damit der Abstand des Verformungssensors zum Behälter und damit zu möglichem Spritzwasser maximiert ist.
Es ist von Vorteil, wenn der Behälterträger aus Edelstahl und/oder Kunststoff besteht. Sowohl Edelstahl als auch eine Vielzahl von Kunststoffen haben reproduzierbare Elastizitätsmodule, was für die Bestimmung des Massengewichts des Behälters aus der Verformung des Behälterträgers essentiell ist. Des Weiteren können Edelstahl und Kunststoffe gut verarbeitet werden und sind als Werkstoff für Behälterträger gut geeignet.
Des Weiteren wird ein Behälterträger zum Transportieren von Behältern für eine Behälterbehandlungsanlage gemäß der vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Unter Behältern werden wiederum Flaschen, Dosen oder dergleichen verstanden, wobei die genaue Art der Behälter für die vorliegende Erfindung unwesentlich ist. Auch auf das Material der Behälter kommt es bei der vorliegenden Erfindung nicht an, es kann sich also beispielsweise um Behälter aus Glas, PET oder Aluminium handeln.
Erfindungsgemäß umfasst der Behälterträger eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger gehaltenen Behälters, wobei die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Wägeeinheit kann während des Befüllens des Behälters das Massengewicht des Behälters und damit die von einem Füllelement abgegebene Menge an Füllgut bestimmt werden. Die Verformung des Behälterträgers tritt dadurch auf, dass das Massengewicht des Behälters bei dessen Befüllung zunimmt und sich der Behälterträger somit immer mehr durchbiegt. Je höher dabei das Massengewicht des Behälters ist, desto größer ist die Verformung des Behälterträgers. Die Verformung des Behälterträgers ist also ein Maß für das Massengewicht des Behälters. Dadurch, dass der Verformungssensor direkt an dem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet ist, ist der zusätzliche Platzbedarf gegenüber einem Behälterträger ohne Verformungssensor minimal. Durch den geringen zusätzlichen Platzbedarf kann prinzipiell auch ein Behälterträger ohne Wägeeinheit durch einen Behälterträger mit Wägeeinheit ersetzt werden, wobei die Behälterbehandlungsanlage um die Funktion des Bestimmens des Massengewichts des Behälters erweitert wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Behälterträgers ergeben sich aus den vorgehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der Behälterbehandlungsanlage mit Behälterträgern.
Ferner wird ein Verfahren zum Befüllen von Behältern, wie Flaschen, Dosen oder dergleichen, vorgeschlagen. Dabei werden die Behälter entlang einer Transporteinrichtung mit Behälterträgern transportiert und von Füllelementen einer Füllmaschine mit einem Füllgut befüllt. Das Befüllen der Behälter erfolgt dabei üblicherweise während des Transports der Behälter. Während des Befüllens wird das Massengewicht des am Behälterträger gehaltenen Behälters mittels einer Wägeeinheit erfasst und das Befüllen des Behälters gestoppt, wenn ein vorgegebenes Massengewicht erreicht ist. So erhält man Behälter, die mit einer vorgegebenen Füllmenge befüllt sind.
Bei dem Verfahren wird die Durchflussmenge und/oder -dauer des jeweiligen Füllelements vorteilhafterweise in Abhängigkeit von den Messdaten der Wägeeinheit gesteuert. So kann beispielsweise vor dem Stoppen des Befüllens eines Behälters die Durchflussmenge pro Zeiteinheit reduziert werden, so dass mit dem Stoppen des Befüllens eine noch genauere Füllmenge im Behälter erzielt wird. Das Reduzieren der Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters kann beispielsweise bei einer vorgegebenen Füllmenge und damit einem vorgegebenen Massengewicht des Behälters veranlasst werden, wobei das Massengewicht des Behälters wiederum mittels der Wägeeinheit erfasst wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die kinetischen Einflüsse, wie Zentrifugalkräfte, Beschleunigung und Geschwindigkeit bei der Auswertung der Messdaten aus den Verformungssensoren parallel ausgewertet werden und dieser Einfluss herausgerechnet wird. Ebenfalls sollte die Behältergeometrie und vorrangig die Schwerpunktlage und Schwerpunktveränderung beim Füllen eines Behälters beachtet werden.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren mittels einer Behälterbehandlungsanlage gemäß der vorangegangenen Beschreibung durchgeführt. Insbesondere weist also die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor auf, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet ist. Der Verformungssensor erfasst dabei, insbesondere auch während des Befüllens des Behälters, die Verformung des Behälterträgers, die ein Maß für das Massengewicht des am Behälterträger gehaltenen Behälters ist.
Vorteilhafterweise wird aus den Messwerten der Wägeeinheit mittels einer Formel und/oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des Behälters bestimmt. Dies lässt sich mit aktuellen Prozessoren problemlos und in Echtzeit durchführen. Bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters wird sodann die Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters reduziert und/oder das Befüllen des Behälters gestoppt. Die verwendete Formel wird dabei vorzugsweise empirisch bestimmt, wobei die in der Formel verwendeten Parameter entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt werden. Ebenso werden die Werte in der Lookup-Tabelle entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt. Alternativ dazu kann das Befüllen des Behälters bei Erreichen eines vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit gestoppt werden. Dieser Messwert, der einem vorgegebenen Massengewicht des Behälters bzw. einer vorgegebenen Füllmenge des Behälters entspricht, wird ebenfalls entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt. Des Weiteren kann auch bei Erreichen eines weiteren vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit die Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters reduziert werden.
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 beispielhaft:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Behälterbehandlungsanlage,
2a eine schematische Seitenansicht eines Behälterträgers mit unbefüllten Behälter,
2b eine weitere schematische Seitenansicht des Behälterträgers gemäß der 2a mit zumindest teilweise befüllten Behälter,
3 eine Brückenschaltung und
4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Behälterträgers.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine als Füllmaschine ausgebildete Behälterbehandlungsanlage 1. Behälter 2, die Flaschen, Dosen oder dergleichen sein können, werden beispielsweise von einem Einlaufstern 3 an die Behälterbehandlungsanlage 1 übergeben. In der Behälterbehandlungsanlage 1 werden die Behälter 2 von zumindest einen Behälterträger 4 gehalten. Diese Behälterträger 4 sind an einem um eine vertikal Achse A umlaufenden Rotor 5 angeordnet und transportieren die Behälter 2 in einer Transportrichtung T, so dass der Transport der Behälter 2 im Bereich der Behälterbehandlungsanlage 1 zumindest abschnittsweise auf einer teilkreisförmigen Bahn erfolgt.
Des Weiteren weist die Behälterbehandlungsanlage 1 mehrere Füllelemente 6 auf, die jeweils über ein Füllventil 7 beispielsweise mit einem Kreiskanal 8 verbunden sind. Über den Kreiskanal 8 wird das Füllgut, mit dem die Behälter 2 befüllt werden, bereitgestellt, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein stark pulpehaltiges Getränk ist. Nach der Übernahme der Behälter 2 durch die Behälterbehandlungsanlage 1 vom Einlaufstern 3 wird das jeweilige Füllventil 7 geöffnet und damit das Befüllen der Behälter 2 gestartet. Füllelemente 6, die bei geöffnetem Füllventil 7 einen Behälter 2 befüllen, sind dabei in der 1 beispielhaft „schwarz“ ausgefüllt dargestellt.
Am Behälterträger 4 angeordnete und/oder mit diesen verbundene Verformungssensoren 9 messen während des Befüllens des Behälters 2 die Verformung des Behälterträgers 4. Die Behälterträger 4 sind üblicherweise derart ausgebildet, dass sich diese entlang einer radial zur Drehachse A verlaufenden Längsachse erstrecken und zwei gegenüberliegende freie Endbereiche aufweisen, wobei ein dem von der Drehachse A nach außen weisenden freien Endbereich die Behälter 2 während des Füllvorganges gehalten werden und der Behälterträger 4 mit dem näher an der Drehachse A liegenden, dem Behälter gegenüberliegenden freien Endbereich am Rotor 5 befestigt sind. Beim Befüllen der Behälter 4 und der dadurch bedingten Änderung des Massengewichts des Behälters 4 entsteht durch die hebelartige Halterung des Behälters mittels des Behälterträgers 4 am Rotor 5 eine zumindest messbare Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4, und zwar beispielsweise im einzelnen Oberflächenabschnitten.
Die Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4 in Abhängigkeit des vom Behälterträger 4 gehaltenen Massengewichts des Behälters 2 ist ein Maß für das vom Behälterträger 4 gehaltene Massengewicht des Behälters 2. Über eine Messung der Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4 kann also auf das vom Behälterträger 4 gehaltene Massengewicht des Behälters 2 und damit auf die Füllmenge des Behälters 2 geschlossen werden.
Die Verformungssensoren 9 sind vorzugsweise jeweils symmetrisch an den Behälterträgern 4 angeordnet. Durch eine Mittelung der Messergebnisse von beiden Seiten der Symmetrieebene lässt sich das Massengewicht des Behälters 2 auch dann genau bestimmen, wenn der Behälter beispielsweise leicht asymmetrisch oder schief vom Behälterträger 4 aufgenommen wurde.
Bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters 2 und damit einer bestimmten Füllmenge des Behälters 2 wird das Füllventil 7 geschlossen und damit das Befüllen des Behälters 2 gestoppt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Behälterbehandlungsanlage 1 kann bei Erreichen eines weiteren vorgegebenen Massengewichts, das geringer ist als das vorgegebene Massengewicht, das zum Stoppen des Befüllens des Behälters 2 führt, die Füllgeschwindigkeit des Befüllens des Behälters 2 reduziert werden. So ist es möglich, die vorgegebene Füllmenge des Behälters 2 noch genauer einzuhalten.
Das Stoppen des Befüllens des Behälters 2 kann dabei bei vorbestimmten Messwerten der Verformungssensoren 9 erfolgen. Diese Messwerte werden dabei - entweder durch eine Messung oder durch eine Berechnung, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode - so bestimmt, dass sie der vorgegebenen Füllmenge des Behälters 2 entsprechen. Alternativ dazu kann aus den Messwerten der Verformungssensoren 9 mittels einer Formel oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des vom Behälterträger 4 gehaltenen Behälters 2 ermittelt werden. Die Parameter der vorzugsweise empirischen Formel bzw. die Werte in der Lookup-Tabelle werden dabei entweder durch eine Messung oder durch eine Berechnung, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt. Die Ermittlung des Massengewichts des Behälters 2 erfolgt dabei dank der hohen Rechengeschwindigkeit von aktuellen Prozessoren in Echtzeit.
Nachdem die gewünschte Füllmenge im Behälter 2 erreicht wurde und das Befüllen des Behälters 2 gestoppt wurde, wird der Behälter 2 noch kurz in Transportrichtung T an der Behälterbehandlungsanlage 1 transportiert und sodann an einen Auslaufstern 10 übergeben, der den Behälter 2 zur weiteren Behandlung weitertransportiert.
2a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Behälterträgers 4, der an einem Rotor 5 einer Behälterbehandlungsanlage 1 angeordnet ist. Der Behälterträger 4 hält einen als Flasche ausgebildeten Behälter 2, wobei sich die Erfindung auch auf andere Behälter 2, wie beispielsweise Dosen, bezieht. In 2a ist dieser Behälter 2 noch leer.
An Oberflächenabschnitten 11 des Behälterträgers 4 sind als Dehnungsmessstreifen ausgebildete Verformungssensoren 9 angeordnet, wobei einer an einer oberen Seite 12 und der andere an einer unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 angeordnet ist. Die Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf Dehnungsmessstreifen, sondern ist ebenso mit anderen Verformungssensoren 9 ausführbar.
An Kontaktstellen 14 der Verformungssensoren 9 sind Kabel 15 angelötet, so dass die Messung der Verformung des Behälterträgers 4 entfernt vom Behälterträger 4 durchgeführt werden kann.
2b zeigt den Behälterträger 4 mit Behälter 2 aus 2a, wobei der Behälter 2 zu einem Großteil mit Füllgut 16 befüllt ist. Durch das erhöhte Massengewicht des befüllten Behälters 2 verformt sich der Behälterträger 4, wobei die Verformung in der Figur übertrieben dargestellt ist.
Der Verformungssensor 9 an der oberen Seite 12 des Behälterträgers 4 erfährt dabei eine Dehnung, der Verformungssensor 9 an der unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 eine Stauchung. Prinzipiell würde ein Verformungssensor 9 ausreichen, um die Verformung des Behälterträgers 4 zu bestimmen. Vorteilhafterweise wird aber der Unterschied der von den an der oberen Seite 12 und der unteren Seite 13 angeordneten Verformungssensoren 9 gemessenen Verformungen zur Bestimmung des Massengewichts des Behälters 2 herangezogen. Sollten nämlich beispielsweise temperaturbedingte Änderungen in den Verformungssensoren 9 auftreten, dann heben sich diese auf, wenn der Unterschied zwischen den einzelnen Verformungssensoren 9 betrachtet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an jedem Behälterträger 4 vier Verformungssensoren 9 angeordnet sind, wobei zwei an der oberen Seite 12 und zwei an der unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 angeordnet sind und diese Verformungssensoren 9 paarweise symmetrisch zu einer Symmetrieebene des Behälterträgers 4 angeordnet sind. Durch Mittelung über die jeweils symmetrisch angeordneten Verformungssensoren 9 und Bildung der Differenz der an der oberen Seite 12 und unteren Seite 13 angeordneten Verformungssensoren 9 lässt sich dabei ein Ergebnis erzielen, das weitgehend unabhängig von einer schiefen Lage des Behälters 2 am Behälterträger 4 und von temperaturbedingten Änderungen der Verformungssensoren 9 ist.
Werden als Verformungssensoren 9 beispielsweise Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet, deren elektrischer Widerstand sich mit der Dehnung bzw. Stauchung ändert, dann lässt sich die Auswertung vorzugsweise über eine wie in 3 dargestellte Brückenschaltung 17 vornehmen. Dabei ist R1 der elektrische Widerstand des linken oberen DMS, R2 der elektrische Widerstand des linken unteren DMS, R3 der elektrische Widerstand des rechten unteren DMS und R4 der elektrische Widerstand des rechten oberen DMS. Eine Spannungsquelle U versorgt die Brückenschaltung 17 mit elektrischer Spannung und die über dem Messwiderstand Rm abfallende Spannung wird gemessen und liefert im Ergebnis die gewünschte Mittelung und Differenzbildung der einzelnen Widerstände.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Behälterträgers 4, der vier Verformungssensoren 9 aufweist, die an Oberflächenabschnitten 11 von vorliegend zwei Hohlräumen 18, hier in Form eines Fensters oder einer Aussparung an einem seitlichen Element 4.2 des Behälterträgers 4 angeordnet sind.
In dem gezeigten Beispiel ist in jedem Hohlraum 18 an den im Einbauzustand horizontalen Oberflächenabschnitten 11 jeweils ein Verformungssensor 9 aufgebracht oder in eine dortige Vertiefung eingelassen.
Der Behälterträger 4 wird über die Öffnung 20 mittels geeigneter Mittel an einem Trägerelement der Behälterbehandlungsanlage 1 (nicht gezeigt in 4) angebracht, so dass am außenliegenden 21 Greif- und Haltende eine Verpackung oder bspw. ein Behälter 2 aufgenommen werden kann.
An der den Verformungssensoren 9 abgewandten Enden des Kabels 15, wobei vorliegend mittels eines Kabels 15 jeweils 2 Verformungssensoren 9 über die jeweiligen Kontaktstellen 14 elektrisch leitend verbunden sind, ist ein Stecker 19 angeordnet. Dieser Stecker 19 ermöglicht es, die Verformungssensoren 9 schnell und leicht an entsprechenden Buchsen der Behälterbehandlungsanlage 1 anzuschließen. Auch bei einem Austausch der Behälterträger 4, beispielsweise auf Grund von Verschleiß, lässt sich mit Hilfe des Steckers 19 die Verbindung der Verformungssensoren 9 zur Behälterbehandlungsanlage 1 schnell lösen und wiederherstellen.
Vorzugsweise ist dieser Stecker 19 als wasserdichter Stecker 19 ausgeführt, so dass Spritz- und/oder Kondenswasser keinen Einfluss auf die Messergebnisse nehmen können.
Es ist naheliegend, dass alternativ oder zusätzlich Verformungssensoren 9 an dem oberen Element 4.1 des Behälterträgers vorgesehen werden können (nicht dargestellt).
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Ganz allgemein wird ein Verformungssensor 9 mit einem Schutzcoating (nicht dargestellt) überdeckt oder die Aussparung, in der er eingebracht ist, entsprechend ausgegossen.
Bezugszeichenliste

1: Behälterbehandlungsanlage
2: Behälter
3: Einlaufstern
4: Behälterträger
4.1: Seitliches Element
4.2: Oberes Element
5: Rotor
6: Füllelement
7: Füllventil
8: Kreiskanal
9: Verformungssensor
10: Auslaufstern
11: Oberflächenabschnitt
12: obere Seite
13: untere Seite
14: Kontaktstellen
15: Kabel
16: Füllgut
17: Brückenschaltung
18: Hohlraum
19: Stecker
20: Öffnung
21: Greif- und Haltende
A: Achse
R1, ..., R4: Widerstände
Rm: Messwiderstand
T: Transportrichtung
U: Spannungsquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/083209 A1 [0003]

Claims

Behälterbehandlungsanlage, insbesondere Füllmaschine, in welcher Behälter (2) entlang einer Transportrichtung (T) mit jeweils einem Behälterträgern (4) transportiert werden, wobei die Behälter (2) von Füllelementen (6) der Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei die Behälterbehandlungsanlage (1) eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11) des jeweils einen Behälterträgers (4) zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist.
Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verformungssensor (9) durch einen Dehnungsmessstreifen gebildet ist.
Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verformungssensoren (9) an einem Behälterträger angeordnet sind.
Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verformungssensor (9) an einer ersten Seite (12) und mindestens einer an der zur ersten Seite gegenüberliegenden Seite (13) des Behälterträgers (4) oder eines Abschnitts des Behälterträgers (4) angeordnet sind.
Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wägeeinheit zumindest vier Verformungssensoren (9) aufweist.
Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungssensoren (9) in einer Brückenschaltung (17) verschaltet sind.
Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kabel (15) an Kontaktstellen (14) der Verformungssensoren (9) angelötet sind.
Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Verformungssensoren (9) abgewandten Ende des Kabels (15) ein, insbesondere wasserdichter, Stecker (19) angeordnet ist.
Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsstellen der Verformungssensoren (9) wasserdicht versiegelt sind.
Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Behälter (2) zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn verläuft und der Verformungssensor (9) radial mittig und/oder radial innen am Behälterträger (4) angeordnet ist.
Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterträger (4) ein oder mehrteilig ausgebildet ist sowie aus Edelstahl und/oder Kunststoff hergestellt ist.
Behälterträger zum Transportieren von Behältern (2), wie Flaschen, Dosen oder dergleichen, für eine Behälterbehandlungsanlage (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterträger (4) eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) umfasst, wobei die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11) des Behälterträgers (4) zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist.
Verfahren zum Befüllen von Behältern (2), wobei die Behälter (2) entlang einer Transporteinrichtung mit Behälterträgern (4) transportiert werden und von Füllelementen einer Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei das Massengewicht des am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) mittels einer Wägeeinheit erfasst und/oder der Auswerte- und/oder Steuerelektronik ausgewertet wird und das Befüllen des Behälters (2) gestoppt wird, wenn ein vorgegebenes Massengewicht erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Behälterbehandlungsanlage (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird, wobei insbesondere die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11) des Behälterträgers (4) angeordnet ist und die Verformung des Behälterträgers (4) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messwerten der Wägeeinheit mittels einer Formel und/oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des Behälters (2) bestimmt wird und/oder das Befüllen des Behälters (2) bei Erreichen eines vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Verformungssensoren (9) an einem Behälterträger (4) vorgesehen sind, und wobei die unterschiedlichen Messdaten der Verformungssensoren (9) gemeinsam in der Wägeeinheit und/oder der Auswerte- und/oder Steuerelektronik ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungswerte der Behälterbehandlungsanlage (1) und/oder des jeweiligen Behälterträgers (4) bei der Messung ausgewertet und mit den Messdaten der Verformung des mindestens einen Verformungssensors (9) gemeinsam ausgewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge und/oder -dauer des jeweiligen Füllelements (6) in Abhängigkeit von den Messdaten der Wägeeinheit gesteuert wird.