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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Füllen
von Ventilsäcken
mittels einer dafür
ausgelegten Füllmaschine,
die mit wenigstens einem nachfüllbaren
Silo für
das Füllgut
ausgestattet ist, dessen unterer Bereich als Fülltopf ausgebildet und an dem
ein den zu füllenden
Ventilsack aufnehmendes Füllrohr angesetzt
ist, welches elastisch mit dem Fülltopf
verbunden ist, und bei der in den Fülltopf Luft einspeisbar ist
und bei der ggf. im Fülltopf
ein Förderelement für das Füllgut angeordnet
ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Füllmaschine zur Durchführung des
Verfahrens.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die danach
arbeitende Füllmaschine
wird besonders zum Befüllen
von Ventilsäcken
mit staubförmigen Gütern, wie
z.B. Zement u.ä.
Baustoffe verwendet. Derartige Füllmaschinen
sind in vielen Ausführungen bekannt.
Die Füllmaschine
kann mit einem Füllrohr oder
mit mehreren Füllrohren
ausgestattet sein. Die Füllrohre
stehen horizontal oder sie sind gegenüber der Horizontalen um einen
kleinen spitzen Winkel geneigt. Die elastische Verbindung jedes
Füllrohres
mit dem Fülltopf
des Silos erfolgt über
einen elastischen Schlauchabschnitt. Der bewegliche Teil des Füllrohres
gehört
zum beweglichen Teil einer Waage, während der Fülltopf mit seinem Auslaufstutzen
zum festen Teil der Waage gehört.
Der Auslaufstutzen des Fülltopfes
enthält
einen Schieber zum Steuern des Füllgutflusses
in den zu füllenden
Ventilsack. Zu Beginn des Füllvorgangs
wird dieser Schieber vollständig
geöffnet
und das Füllgut
gelangt im sog. Grobstrom in den aufgesteckten Ventilsack. Während des Füllvorganges
wird das augenblickliche Sackgewicht ständig von der Waage gemessen.
Erkennt die Waage einen bestimmten Füllungsgrad, der beispielsweise
bei 90 Prozent des Gesamtgewichtes liegen kann, wird der Schieber
teilweise geschlossen, so daß eine relativ
kleine Durchströmöffnung für das Füllgut verbleibt.
Die endgültige
Füllung
des Ventilsackes erfolgt dann im sog. Feinstrom. Kurz vor dem Erreichen des
Sollgewichtes wird der von der Waage gesteuerte Schieber in die
Schließstellung
verfahren. Während
des Schließvorganges
gelangt jedoch noch weiterhin Füllgut
in den Ventilsack. Daraus ergibt sich, daß von der Waage in Abhängigkeit
vom aktuellen Füllgutstrom
vorauskalkuliert werden muß,
bei welchem Sackgewicht das Verfahren des Schiebers in die Schließstellung
erfolgen soll, um dann nach Füllungsende
ein dem Sollgewicht entsprechendes Sackgewicht zu erhalten. Die
wichtigste Voraussetzung für
das Erreichen eines exakten Sackgewichtes ist ein möglichst
gleichmäßiger Füllgutstrom,
insbesondere während
des Füllens
im Feinstrom, wozu entsprechend hohe Anforderungen an die Fließfähigkeit
des Füllgutes
gestellt werden.
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Der Fülltopf bildet den unteren Teil
eines trichterförmigen
Silos, der das abzufüllende
Gut enthält.
Innerhalb des Fülltopfes
findet sich bei den meisten Füllmaschinen
ein motorisch angetriebenes Förderelement,
beispielsweise in Form eines Schaufelrades. Dieses Förderelement
kann entweder permanent oder nur während des Füllvorganges angetrieben werden.
Es fördert
das Füllgut
in Richtung vom Silo zum Auslaufstutzen. Das Silo wird während des
Betriebes nachgefüllt,
um immer ein bestimmtes Füllniveau
im Silo einzuhalten. Wird ein vorgegebenes Füllniveau unterschritten, wird
der automatische Füllbetrieb
unterbrochen, weil entweder in Ermangelung von Produkt keine vollständige Füllung mehr durchgeführt werden
kann, oder der fehlende Materialdruck keinen gleichmäßigen Füllgutstrom
für die Sackbefillung
sicherstellt, wodurch unzulässig
streuende Sackgewichte herbeigeführt
werden.
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Staubförmige Füllgüter, wie Zement, Mehl o.dgl.
haben die Eigenschaft, nach längerer
Lagerzeit zu entlüften
und sich somit zu verdichten, d.h. die Partikelreibung wird so groß, daß ein homogener
Materialfluß für die Befüllung des
Ventilsackes nicht mehr gewährleistet
ist. Längere
Unterbrechungen des Füllbetriebes
lassen das Füllgut
insbesondere im unteren Teil des Silos, also im Bereich des Fülltopfes, entlüften und
somit verdichten. Zu diesem Zweck wird üblicherweise bei Wiederaufnahme
des Füllbetriebes
das Füllgut
im Bereich des Fülltopfes
durch Einblasen von Luft aufgelockert und dadurch fließfähig gemacht.
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Zur Lösung dieses Problems ist schon
vorgeschlagen worden, daß die
Waage nach dem Start eines Füllvorganges
eine auf Erfahrungswerten beruhende, vorzugebende Massenzunahme
erwartet. Wird nach dem Beginn des Füllvorganges und einer bestimmten
Wartezeit keine ausreichende Massenzunahme von der Waage erkannt,
wird das Füllgut
im Bereich des Fülltopfes
solange belüftet,
bis sich der erwartete Füllgutstrom
einstellt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß nach dem
Verzögerten
Einsetzen des Füllgutstromes
bereits zuviel Luft in das Produkt im Bereich des Fülltopfes
eingebracht wurde.
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Gemäß einem anderen Verfahren wird
das Füllgut
im Fülltopf
generell zu Beginn jeder Füllung kurzzeitig
mit einem kräftigen
Luftstoß aufgelockert. Der
Füllvorgang
wird dann entweder mit reduzierter Luftzuführung oder ohne Luftzuführung weiterverfolgt.
Dieses Verfahren führt
aber auch nicht zum gewünschten
Erfolg, da die Luftzufuhr unabhängig
von der augenblicklichen Beschaffenheit des Füllgutes im Bereich des Fülltopfes
durchgeführt
wird. So wird z.B. frisch in das Silo eingeleitetes Füllgut, welches sich
zwangsläufig
durch den freien Fall in das leere Silo mit Luft anreichert, mit
Luft übersättigt. Die
Luftzufuhr ist in diesem Fall überflüssig und
verfälscht das
Ergebnis.
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Nachteilig ist bei den zuvor genannten
Verfahren, daß das
Füllgut
aufgelockert oder verdichtet wird und dabei nicht ermittelt wird,
wie der tatsächliche
Zustand ist, d.h. die Untersuchung auf die Fließfähigkeit wird nicht durchgeführt. Die
eingeleiteten Maßnahmen
beruhen auf wagen Schätzungen
und sind deshalb unpräzise
für einen
automatischen Füllbetrieb.
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Wird das Füllgut zu stark belüftet, erhöht sich der
Gegendruck im Inneren des Ventilsackes, wodurch der Füllgutstrom
geringer wird. Dadurch wird durch die Ermittlung von der Waage der
Füllgutstrom noch
stärker
belüftet.
Daraus ergibt sich nicht nur ein ungenaues Sackgewicht, sondern
die Staubentwicklung wird durch den hohen Innendruck des Ventilsackes
noch verstärkt.
Dies gilt sowohl während
des Füllvorganges
als auch bei der Abnahme des Sackes vom Füllrohr. Ferner ist noch nachteilig,
daß die
Säcke sinngemäß bauchig
werden, wenn der Luftanteil im Füllgut
innerhalb des Sackes zu hoch ist. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten
bei der Palettierung der gefüllten
Ventilsäcke.
Ferner ist noch nachteilig, daß das
durch den Ventilsack vorgegebene Volumen für das Sollgewicht dann nicht
mehr ausreicht, wenn der Luftanteil im Ventilsacke zu hoch ist.
In diesen Fällen
wird dann das vorgegebene Sollgewicht nicht mehr erreicht. Trotzdem
muß der
Ventilsack vom Füllrohr
abgenommen werden und es schießt
dann ein Teil des Inhalts aus dem Ventil heraus, was zu einer Staubentwicklung
und auch zu einem Verlust an Füllgut
führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs näher
beschriebenen Art zu offenbaren, bei dessen Anwendung sichergestellt ist,
daß das
Füllgut
bereits vor Eintritt in den Ventilsack optimale Fließeigenschaften
aufweist, d.h. der Luftanteil soll nur so groß sein, daß die optimale Fließeigenschaften
des Füllgutes
erreicht wird. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde,
in konstruktiv einfacher Weise eine Füllmaschine so zu gestalten,
daß der
Luftanteil des Füllgutes
im Bereich des Fülltopfes
optimiert ist. Dabei soll der grundsätzliche Aufbau einer Füllmaschine
erhalten bleiben.
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Die auf das Verfahren gerichtete
Aufgabe wird gelöst,
indem mindestens ein für
die Fließfähigkeit
des Füllgutstromes
maßgeblicher
Parameter mittels einer Sensoreinrichtung ermittelt wird, daß dieser Meßwert in
ein Auswertgerät
eingespeist und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird,
und daß bei
Abweichungen vom Sollwert entweder der Luftanteil erhöht oder
das Füllgut
verdichtet wird.
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Der Sollwert muß kein konstanter Wert sein, sondern
er kann innerhalb eines Toleranzfeldes liegen bzw. der Sollwert
kann auch ein konstanter Wert sein und der ermittelte Meßwert kann
davon innerhalb bestimmter Grenzen abweichen. Da nunmehr wenigstens
ein für
die Fließfähigkeit
des Füllgutstromes
maßgeblicher
Parameter ermittelt wird, kann man daraus die Fließfähigkeit
ableiten. Wird eine optimale Fließfähigkeit festgestellt, erfolgt
keine Veränderung
des Füllgutes.
Wird jedoch festgestellt, daß das
Füllgut
im Bereich des Fülltopfes
zu stark verdichtet ist, wird eine Auflockerung durch die Luftzufuhr
herbeigeführt.
Ist jedoch der Luftanteil zu hoch, erfolgt eine Verdichtung. Die
Umsetzung dieses Verfahrens bewirkt eine geringstmögliche Staubentwicklung
während
des Füllvorganges
und exakte Sackgewichte sowie einen geringstmöglichen Luftanteil innerhalb
des Füllgutes
im Inneren des Sackes.
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In bevorzugter Ausführung wird
mittels der Sensoreinrichtung die Partikelreibung des Füllgutes im
Bereich des Fülltopfes
ermittelt, so daß bei
einer gegenüber
dem Sollwert erhöhten
Partikelreibung eine Auflockerung des Füllgutes und bei einer gegenüber dem
Sollwert geringeren Partikelreibung eine Verdichtung des Füllgutes
jeweils im Bereich des Fülltopfes
erfolgt. Die Partikelreibung läßt sich
mit einfachen Sensoren ermitteln, wie nachstehend noch erläutert wird.
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Dies kann beispielsweise erfolgen,
indem die Sensoreinrichtung mit einem elektromotorisch antreibbaren
Fühler
ausgestattet ist, wobei die zugeführte elektrische Energie gemessen
wird und dieser Wert mit einem für
das Füllgut
spezifischen Sollwert verglichen wird und daß daraus die Verdichtung oder die
Auflockerung des Füllgutes
abgeleitet wird. Ist der gemessene Wert für die zugeführte elektrische Energie gegenüber dem
Sollwert erhöht,
kann man daraus schließen,
daß die
Partikelreibung aufgrund einer zu hohen Verdichtung bzw. einer schlechten Fließfähigkeit
des Füllgutes
eine größere Kraft
erfordert. In diesem Fall wird das Füllgut durch Zufuhr von Luft
aufgelockert. Ist der gemessene Wert für die zugeführte elektrische Energie gegenüber dem
Sollwert zu gering, deutet dies darauf hin, daß die Partikelreibung geringer
ist, d.h. das Füllgut
ist zu stark aufgelockert und muß zur Erzielung einer optimalen
Fließfähigkeit
verdichtet werden. In einer bevorzugten Ausführung ist der Fühler als
elektrisch antreibbarer Rotationskörper ausgebildet, beispielsweise
als Rührwerk.
Grundsätzlich
könnte
auch der Fühler
linear bewegbar sein, wobei jedoch aus Gründen der geringeren elektrischen
Energieaufnahme ein Rotationskörper
vorteilhaft ist. Das Drehmoment bzw. die Kraft zum Bewegen des Fühlers ist
für die
verschiedenen Füllgüter unterschiedlich.
Diese könnten
jedoch durch Versuche ermittelt werden.
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Bei vielen Füllmaschinen ist im Fülltopf ein Förderelement
angeordnet. Dies könnte
beispielsweise ein Schaufelrad oder ein Turbinenrad sein. Bei einer
solchen Füllmaschine
ist es dann auch möglich, daß das Förderelement
mittels eines eigenen elektrischen Antriebsmotors antreibbar ist,
und daß die
aufgenommene elektrische Energie des Antriebsmotors gemessen und
mit einem für
das jeweilige Füllgut spezifischen
Sollwert verglichen werden, und daß aus dem Vergleich die Verdichtung
oder Auflockerung des Füllgutes
abgeleitet wird. Damit der einmal ermittelte Sollwert für die verschiedensten
Füllgüter nicht
verlorengeht, ist vorgesehen, daß das Auswertgerät mit einem
Speicher zur Steuerung von füllgutspezifischen
Sollwerten ausgerüstet
ist, der für
das jeweilige abzufüllende
Füllgut
aktivierbar ist.
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Die auf die Füllmaschine gerichtete Aufgabe wird
gelöst,
indem die Füllmaschine
mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet ist, die einen im Bereich
des Fülltopfes
angeordneten, mittels eines elektromotorischen Antriebes bewegbaren
Fühler
aufweist, und daß ein
Auswertgerät
vorgesehen ist, in dem die von dem elektromotorischen Antrieb aufgenommene
Energie von einem Soll-Ist-Wert-Vergleicher verglichen wird, und
daß beim
Abweichen vom Sollwert durch eine Leitung ein Luftstoß in den
Fülltopf
hineingeblasen oder eine Verdichtungseinrichtung aktiviert wird. Gegenüber den
herkömmlichen
Füllmaschinen
wird nunmehr die Luftzufuhr gezielt zugeführt, und zwar in Abhängigkeit
von dem gemessen Parameter. Zusätzlich
wird noch die Verdichtungseinheit im Bereich des Fülltopfes
installiert. Der konstruktive Aufwand dafür ist relativ gering. Eine
konstruktiv einfache Lösung
ergibt sich, wenn der Fühler
zur Ermittlung der Partikelreibung als Rührwerk ausgebildet ist. Dadurch
wird eine geringstmögliche
Kraft bzw. ein geringstmögliches
Drehmoment benötigt.
Die Leitung zur Luftzufuhr ist zweckmäßigerweise im freien Endbereich
als Düse
ausgebildet. Damit im Bedarfsfall das Füllgut verdichtet werden kann,
ist vorgesehen, daß im
Bereich des Fülltopfes
vorzugsweise oberhalb der Luftzuführleitung bzw. im unteren Bereich
des Silos ein Verdichter angeordnet ist. Dieser Verdichter kann
in bevorzugter Ausführung
als Dreh- oder Schiebeelement ausgebildet sein, das mittels eines
Antriebes bewegbar ist, so dass kleine Kanäle gebildet werden, durch die
Luft entweichen kann.
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Anhand der beiliegenden Zeichnung
wird die Erfindung noch näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitende Füllmaschine
in einer Teilansicht und rein schematisch.
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Aus Gründen der vereinfachten Darstellung ist
nur der für
die Erfindung relevante Teil der Füllmaschine dargestellt. Das
in Ventilsäcke 3 abzufüllende Füllgut befindet
sich in einem Silo 1, dessen unterer Bereich als Fülltopf 2 ausgebildet
ist. Der jeweils zu füllende
Ventilsack 3 wird auf das Füllrohr 4 aufgesteckt
und durch den Sackhalter 5 fixiert. Das Füllrohr 4 ist
mittels eines elastischen Schlauchabschnittes 13 mit dem
Auslaufstutzen 6 des Fülltopfes 2 verbunden.
Im Bereich des Auslaufstutzens 6 befindet sich ein quer
zur Längsachse
des Füllrohres 4 verschiebbarer
Schieber 7, um den Füllgutstrom
zu steuern. Im Füllgut 2 befindet
sich das motorisch angetriebene Förderelement in Form des Schaufelrades 8.
Dadurch wird das in seinem Wirkungsbereich befindliche Füllgut beschleunigt,
welches den Fülltopf 2 bei geöffnetem
Schieber 7 in Richtung des Auslaufstutzens 6 verläßt und in
den Ventilsack 3 gelangt. Zu Beginn jedes Füllvorganges
wird der Schieber 7 für den
Füllvorgang
im Grobstrom vollständig
geöffnet. Über die
Wägeeinrichtung 9 wird
laufend das aktuelle Gewicht des Ventilsackes erfaßt, so daß bei Erreichen
eines bestimmten Gewichtes, beispielsweise bei ca. 90 Prozent des
Sollgewichtes der Schieber 7 verfahren wird, so daß die Durchströmöffnung deutlich
verkleinert wird, um mit einem reduzierten Füllgutstrom das gewünschte Endgewicht
des Ventilsackes 3 im Feinstrom zu erreichen. Um den Nachlauf des
Füllgutes
aufgrund von Signallaufzeiten für
die Schließung
des Schiebers 7 von der Wägeeinrichtung 9 richtig
kalkulieren zu können,
ist ein gleichbleibender Füllgutstrom
im Feinstrom unverzichtbar. Um diesen gleichbleibenden Füllgutstrom
sicherzustellen, ist es bei den genannten Füllgütern notwendig, unter Zugabe
von Luft die Fließfähigkeit
herzustellen. Zu diesem Zweck wird das Füllgut im Bereich des Fülltopfes 2 über eine
Düse 10 belüftet. Die
Luftbeimischung muß optimal
bemessen sein. Zu wenig belüftetes
Material neigt zum Stocken des Materialflusses, während zu
stark belüftetes
Material das Sackvolumen bereits ausfüllt, ohne daß das gewünschte Endgewicht
erreicht ist. Erfindungsgemäß ist im
Wirkungsbereich des Schaufelrades 8 ein Sensor 11 in Form
eines Rührwerkes
angebracht, das über
eine Strommeßeinrichtung 12 mit
Energie gespeist wird. Das für
die Drehbewegung notwendige Drehmoment ist abhängig von der Partikelreibung
und wird in der Auswerteeinrichtung 15 aus der Stromaufnahme
des Rührwerkantriebes
abgeleitet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann auf den speziellen Sensor in Form des Rührwerkes 11 verzichtet
werden, wenn das erforderliche Drehmoment des Antriebes 14 für das Schaufelrad 8 ermittelt
wird. Die Signale aus der Strommeßeinrichtung 12a werden
dann ebenfalls der Auswerteeinrichtung 15 zugeführt und
mit einem Sollwert verglichen. Das Auswertgerät 15 ist mit einem
Sollwerteinsteller 17 versehen, um die für die verschiedenen
Füllgüter günstigen
Motorströme
und damit die Partikelreibwerte vorzugeben. Die Auswerteeinrichtung 15 vergleicht
den tatsächlichen
Motorstrom mit dem Vorgabewert und steuert entsprechend die Luftmenge über ein
Steuerventil 16 für
den Lufteintrag durch die Düse 10.
Sofern der Luftanteil im Füllgut
im Bereich des Fülltopfes 2 zu
hoch ist, wird dieses über
einen nicht näher
beschriebenen Verdichter entlüftet
bzw. verdichtet, der entweder ein Dreh- oder ein oszillierend antreibbares
Schiebeelement ist, welches mittels eines Antriebes 18 bewegbar
ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt.
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Wesentlich ist, daß im Bereich
des Fülltopfes 2 ein
Sensor installiert ist, um wenigstens einen Parameter des Füllgutes
zu ermitteln. Dies ist in bevorzugter Ausführung die Partikelreibung.
Wird festgestellt, daß diese
Partikelreibung für
einen gleichmäßigen Füllgutstrom
zu hoch ist, wird über
eine Düse 10 das
Füllgut
aufgelockert, d.h. es wird Luft zugeführt. Wird festgestellt, daß diese
Partikelreibung zu niedrig ist, wird zur Erzielung eines gleichmäßigen Füllgutstromes
ein Antrieb 18 in Betrieb gesetzt, um das Füllgut im
Bereich des Fülltopfes 2 durch
Entweichen von Luft zu verdichten. Die Partikelreibung wird aus elektrischen
Werten ermittelt, beispielsweise aus der dem Antriebsmotor 11, 14 für den Sensor
zugeführten
elektrischen Energie.
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- 1
- Silo
- 2
- Fülltopf
- 3
- Ventilsack
- 4
- Füllrohr
- 5
- Sackhalter
- 6
- Auslaufstutzen
- 7
- Schieber
- 8
- Schaufelrad
- 9
- Wägeeinrichtung
- 10
- Düse
- 11
- Sensor
- 12
- Strommeßeinrichtung
- 12a
- Strommeßeinrichtung
- 13
- Schlauchabschnitt
- 14
- Antrieb
- 15
- Auswerteeinrichtung
- 16
- Steuerventil
- 17
- Sollwerteinsteller
- 18
- Antrieb