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Die Erfindung betrifft eine Füllmaschine
der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.
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Getränkefüllmaschinen dienen der Abfüllung von
Getränken,
wie z.B. Bier oder Limonaden in Getränkebehälter, wie beispielsweise Glasflaschen, Kunststoffflaschen,
Blechdosen und dergleichen mit einer Füllmenge in der Größenordnung
1l. Dabei werden sehr hohe Anforderungen an die Abfüllgenauigkeit
gestellt, wobei Eichvorschriften einzuhalten sind und unnötiger Mehrverbrauch
an Getränk
vermieden werden soll.
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Zu genauer Dosierung der Füllmenge
sind aufwendige Füllorgane
bekannt, in denen das Füllvolumen
vorabgemessen wird.
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Gattungsgemäße Getränkefüllmaschinen steuern jedoch
die Füllcharakteristik
einer den Füllstrom
steuernden Einrichtung und bestimmen auf diese Weise die Füllmenge.
Bei der sogenannten Füllcharakteristik
handelt es sich um die Kurve, die sich bei Auftragen des Füllstromes über der
Zeit ergibt. Das Integral dieser Kurve ist die Füllmenge. Die Füllcharakteristik
kann verändert
werden durch Änderung
des Füllstromes
also der Kurvenhöhe
und durch die Füllzeit.
In Sonderfällen
können
die Kurven z.B. zu unterschiedlichen Zeiten beispielsweise bei Füllbeginn
und bei Füllende
mit anderen Füllgeschwindigkeiten
arbeiten. Im einfachsten Fall eines digital schaltenden Füllventils
handelt es sich bei der Füllcharakteristik
um ein Rechteck, bei dem allein die Füllzeit die Füllmenge
bestimmt.
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Da die den Füllstrom steuernden Einrichtungen,
also beispielsweise Füllventile
ungenau arbeiten und Exemplarstreuungen unterliegen, muß die Füllmenge
gemessen werden. Bekannte gattungsgemäße Konstruktionen benötigen dazu
an jedem Füllorgan
einen Durchflußmesser,
z.B. in der üblichen Ausbildung
als magnetisch induktiver Durchflußmesser, der integrierend das
abgefüllte
Volumen bestimmt und bei Erreichen des abzufüllenden Gesamtvolumens ein
Abschaltsignal erzeugt. Solche Durchflußmesser sind jedoch bei der
erforderlichen Meßgenauigkeit
sehr kostenaufwendig.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine gattungsgemäße Getränkefüllmaschine
bei hoher Füllgenauigkeit
kostengünstiger auszubilden.
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Diese Aufgabe wird mit dem Merkmal
des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird von der Steuerung, die
beispielsweise in Form eines Mikrokomputers an jedem Füllorgan
vorgesehen ist, an jedem Füllorgan eine
vorbestimmte Füllcharakteristik
eingestellt, beispielsweise im Falle eines einfachen digital schaltenden
Füllventils
die Füllzeit
vorgegeben. Die Füllmenge
ist dann aber von Exemplarstreuungen der den Füllstrom steuernden Einrichtungen,
sowie von Parametern der Flüssigkeit,
wie insbesondere deren Viskosität
abhängig.
Daher sieht die Erfindung vor, die gefüllten Getränkebehälter nach Verlassen der Füllmaschine
mit einer Meßeinrichtung
auf die tatsächlich
erreichte Füllmenge
hin zu messen und dieses Meßergebnis
als Regelgröße über eine
geeignete Datenverbindung zum Nachstellen der Füllcharakteristik der Steuerung
desjenigen Füllorgans
zuzuführen,
das den jeweils gemessenen Behälter
gefüllt
hat. Werden auf diese Weise von jedem der Füllorgane gefüllte Behälter überprüft und somit
alle Füllorgane nachgeregelt,
so läßt sich
während
des Betriebs durch laufende Nachregelung der Füllorgane unter Auswertung des
tatsächlichen
Füllergebnisses
eine sehr hohe Füllgenauigkeit
einstellen. Die gefüllten Behälter können dazu
stichprobenartig oder bei ausreichend hoher Meßgeschwindigkeit auch vollständig überprüft werden.
Der erhöhte
Geräteaufwand
durch Vorsehen einer Meßstation
wird weit überkompensiert
durch die erheblichen Einsparmöglichkeiten
an den Füllplätzen, beispielsweise
durch Einsparung hochgenauer Durchflußmesser. Die Erfindung ist
auf Getränkefüllmaschinen
aller Art anwendbar, also auf solche rotierender Bauart oder auch
in linearer Bauart z.B. mit mehreren in parallelen Behälterspuren angeordneten
Füllorganen.
Die Füllcharakteristik kann
durch die erfindungsgemäße Nachregelung
auf unterschiedliche Weise verändert
werden, beispielsweise durch Veränderung
der Öffnungszeit,
Verstellung der maximalen Durchflußgeschwindigkeit oder Kombinationen
hiervon. Im einfachsten Falle eines digital schaltenden Ventils
wird nur die Öffnungszeit verändert. Als
den Füllstrom
steuernde Einrichtungen können
einfache digitale Ventile, im Durchflußquerschnitt verstellbare Ventile
oder auch Einrichtungen mit mehreren Ventilen z.B. unterschiedlichen Durchflusses
verwendet werden.
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Die Meßeinrichtung kann je nach erforderlicher
Kapazität
einen oder mehrere Meßplätze aufweisen
und kann z.B., falls die Getränkebehälter von ausreichender Maßgenauigkeit
sind, auf einfache Weise den Füllpegel
in den Behältern
bestimmen. Bei Behältern
geringer Maßgenauigkeit
kann das Füllvolumen
z.B. mit bekannten Kondensatormeßmethoden bestimmt werden.
Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Über eine
Wägung
läßt sich
bei bekanntem spezifischem Gewicht des Getränks das abgefüllte Volumen
sehr einfach und mit hoher Genauigkeit bestimmen.
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Vorteilhaft sind die Merkmale des
Anspruches 3 vorgesehen. Damit läßt sich
vor der Befüllung das
Leergewicht des Behälters
ermitteln, um die Füllgenauigkeit
weiter zu erhöhen.
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Mit der Erfindung nach Anspruch 1
lassen sich Füllabweichungen
der Füllorgane
durch Nachregelung korrigieren, die zumindest mittelfristig, also über mehrere
aufeinander folgende Füllvorgänge hinweg,
annähernd
konstant bleiben. Dies sind insbesondere Exemplarabweichungen der
Füllorgane oder
sich plötzlich
einstellende, dann jedoch konstante Fehler bzw. Fehler mit einer
langsamen Drift. Die Erfindung bietet unter anderem den wesentlichen Vorteil,
dass eine Füllmaschine
nach Erstmontage bzw. nach Reparatur oder z.B. auch nach Umstellung auf
ein anderes Getränk
bereits nach wenigen Füllvorgängen selbsttätig genau
justiert ist. Mühselige Handeinstellungen
entfallen dadurch.
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Plötzlich, z.B. nur einem Füllvorgang
auftretende Fehler, die sodann wieder verschwinden oder Fehler,
die sich sehr schnell ändern,
können
mit der Erfindung nach Anspruch 1 nicht ausgeregelt werden. daher
sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Ein solcher
Durchflußmesser kann
zusätzlich
zur erfindungsgemäßen Regelung schnelle Änderungen
des Füllstromes
erfassen, also Abweichungen gegenüber der vorgegebenen Füllcharakteristik
und damit solche schnell veränderlichen
bzw. plötzlich
auftretenden Fehler erkennen und der Steuerung melden, damit diese
Fehler ausgeregelt werden.
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In der Zeichnung ist die Erfindung
beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemässe Getränkefüllmaschine und
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2 eine
Seitenansicht eines Füllplatzes der
in 1 dargestellten Maschine.
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In den äußerst stark schematisierten 1 und 2 ist eine Getränkefüllmaschine 1 dargestellt
mit einem in Pfeilrichtung, also im Uhrzeigersinn umlaufenden Rotor 2,
der im Ausführungsbeispiel
acht auf seinem Umfang beabstandet angeordnete Füllplätze 3 aufweist.
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2 zeigt
die Einzelheiten eines solchen Füllplatzes 3 in
Seitenansicht. Mit nicht dargestellten Mitteln, beispielsweise einem
Standteller, einer Halshalterung oder dergleichen ist ein Behälter, im
Ausführungsfall
eine Flasche 4 in der dargestellten Füllstellung gehalten. Ein Füllorgan
weist einen in die Flasche 4 mündenden Auslauf 5,
ein als Einrichtung zur Füllstromsteuerung
dienendes Füllventil 6 und ein
diesem in einer Flüssigkeitszufuhrleitung 7 vorgeschalteten
Durchflußmesser 8 auf.
Dein dargestellten Füllorgan 5 – 8 ist
eine elektronische Steuerung 9, die beispielsweise über einen
Mikrokomputer verfügt, zugeordnet.
Steuerleitungen 10, 11 verbinden die Steuerung 9 mit
dem Füllventil 6 und
dem Durchflußmesser 8.
Jede Steuerung 9 ist über
eine Datenleitung 12 an einen Drehverteiler 13 auf
der Achse des Rotors 2 angeschlossen, von dem die Datenleitungen 12 über eine
Leitung 14 mit einem Zentralrechner 15 verbunden
sind. Die Datenverbindungen zwischen der Steuerung 9 und
dem Zentralrechner 15 können
beispielsweise als Datenbus ausgebildet sein, über den der Zentralrechner
15 einzeln
mit den Steuerungen 9 der verschiedenen Füllplätze 3 kommunizieren
kann.
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Bei jedem Füllplatz 3 ist üblicherweise
eine nicht dargestellte Höhensteuerung
vorgesehen, mit der das Füllorgan 5 – 8 bzw.
die Flasche 4 höhenbewegt
werden können,
um z.B. den in 2 dargestellten
Eingriff des Auslaufes 5 in die Öffnung der Flasche 4 herzustellen
und zum Entfernen der Flasche 4 wieder aufzuheben.
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Die Flaschen 4 werden der
dargestellten rotierenden Getränkefüllmaschine 1 in
deren Abstandsteilung beabstandet mit einem aus zwei Teilen 16a und 16b bestehenden
Zuführtransporteur
in Pfeilrichtung zugeführt.
Zwischen den Teilen 16a und 16b des Zuführtranporteurs
ist eine Waage 17 angeordnet, auf die mit nicht dargestellten
Mitteln die Flaschen 4 gebracht werden. Die Waage 17 ist über eine Datenleitung 18 an
den Zentralrechner 15 angeschlossen.
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Aus der Getränkefüllmaschine 1 werden
die gefüllten
Flaschen 4 über
eine entsprechende Anordnung aus Teilen 19a und 19b eines
Abführtransporteurs
mit zwischengeschalteter Waage 20 in Pfeilrichtung abtransportiert,
wobei die Waage 20 über eine
Leitung 21 ebenfalls an den Zentralrechner 15 angeschlossen
ist.
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Die Transporteure 16a, 16b, 19a, 19b sind stark
schematisiert angedeutet. Anstelle der mit der Füllmaschine 1 übergebend
zusammenarbeitenden Transporteurteile 16b und 19a können vorteilhaft
rotierende Übergabesterne
vorgesehen sein. Die zu- und abtransportierenden Transporteurteile 16a und 19b können z.B.
als Bänder
ausgebildet sein.
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Wie dargestellt, laufen die Flaschen 4 synchron
durch alle in 1 dargestellte
Teile der Anlage. Der Zentralrechner 15 ist daher in der
Lage, aus der Leerwä gung
auf der Waage 17 und der Wägung im gefüllten Zustand auf der Waage 20 das
Füllgewicht,
und daraus bei bekanntem spezifischem Gewicht des Getränks, das
z.B. über
eine Eingabetastatur eingegeben wurde, das Füllvolumen eines Behälters zu
bestimmen. Da die Flaschen 4 synchron zum Umlauf des Rotors 2 laufen,
kann der Zentralrechner 15 ferner bestimmen, auf welchem
der Füllplätze 3 dieser
Behälter
gefüllt
wurde.
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In einer zunächst zu beschreibenden vereinfachten
Ausführungsform
sind die Füllplätze 3 ohne Durchflußmesser 8 ausgebildet.
Die Steuereinrichtung 9 ist dazu ausgebildet, dem Füllventil 6 zunächst ein Öffnungssignal
zu geben. Dieses kann beispielsweise bei einem bestimmten festen
Umfangswinkel der Füllmaschine 1 gegeben
werden, beispielsweise unmittelbar nach ordnungsgemäßer Übergabe
einer leeren Flasche vom Transporteurteil 16b auf einen Füllplatz 3.
Nach einer bestimmten Füllzeit,
die der Steuereinrichtung 9, z.B. als Grundwert eingegeben ist
oder die z.B. als Erfahrungswert über den Zentralrechner 15 voreingestellt
wurde, gibt die Steuerung 9 ein Abschaltssignal über die
Leitung 10 zum Schließen des Füllventils.
Aus der konstruktiv vorgegebenen Füllgeschwindigkeit, die sich
beispielsweise aus der inneren Geometrie der Zufuhrleitung 7 und
des Füllventils 6 sowie
dem Förderdruck
des Getränks und
aus dessen Viskosität
ergibt, errechnet sich zusammen mit der Öffnungszeit des Ventils 6 die
in die Flasche 4 abgefüllte
Füllmenge.
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Im Regelfall entspricht diese nicht
der tatsächlich
erforderlichen Sollmenge. Abweichungen können sich ergeben durch Exemplarstreuungen
des Füllorgans 5 – 7,
aus abweichender Flüssigkeitsviskosität, Fehlstellungen
des Füllventils 6 und
dergleichen.
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Verläßt die auf einem Füllplatz 3 gefüllte Flasche 4 die
Füllmaschine 1 und
gelangt zur Waage 20, so wird hier die tatsächlich gefüllte Menge
gemessen und über
den Zentralrechner 15, der die Zuordnung zwischen den Flaschen 4 und
den Füllplätzen 3 gewährleistet,
der Steuerung 9 desjenigen Füllplatzes 3 rückgemeldet,
der für
die Füllung
der gemessenen Flasche zuständig
war. Gemessene Abweichungen gegenüber der Sollmenge werden vom
Zentralrechner 15 bzw. der Steuerung 9 ausgewertet
und es wird die vorgegebene Öffnungszeit
in der jeweiligen Steuerung 9 entsprechend nachgestellt.
Es können,
wie in 1 dargestellt,
alle gefüllten
Flaschen 4 auf der Waage 20 gewogen werden, so
daß laufend
die Öffnungszeit
an jedem Füllplatz 3 individuell
korrigiert werden kann. Auf dieser Weise werden etwaige Füllschwankungen
während
des Betriebs und Abweichungen einzelner Füllorgane laufend korrigiert.
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Anstelle des erwähnten einfachen, digital schaltenden
Füllventils 6,
das nur die Stellungen "auf' und "zu" besitzt, können auch
andere Einrichtungen zur Steuerung des Füllstromes verwendet werden die
mit komplizierterer Füllcharakteristik
arbeiten also beispielsweise mit einer ansteigenden oder abfallenden
Steuerung des Füllstromes.
Es können
drosselbare Ventile oder Mehrventilanordnungen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Regelung über die nachgeschaltete
Waage kann zur Verstellung der Füllcharakteristik
in gewünschter
Weise dienen, beispielsweise durch Beeinflussung der Füllzeit,
der Stärke
des Füllstromes
oder durch Verstellung der Kurvenform.
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Wenn bei höheren Füllgeschwindigkeiten auf Grund
der Strömungsverhältnisse
in der Zufuhrleitung 7 und im Füllventil 6 zeitlich
instabile Strömungsverhältnisse
auftreten, die unter Umständen über die
gesamte Füllzeit
zu zeitlich sich änderndem Flüssigkeitsdurchsatz
führen,
dann ist vorzugsweise, wie in 2 dargestellt
dem Füllventil 6 ein
Durchflußmesser 8 vorgeschaltet.
Dieser meldet über
die Leitung 11 an die Steuerung 9 die jeweilige
Durchflußgeschwindigkeit,
so daß,
unabhängig
von instabilen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit, durch
die Steuerung 9, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der
Rechenkapazität des
Zentralrechners 15, die Öffnungszeit des Füllventils 6 korrigiert
werden kann und zwar online während
eines Füllvorganges. Da
ohnehin über
die Wägung
auf der Waage 20 für jeden
Füllplatz 3 laufend
die Öffnungszeit
bzw. die Füllcharakteristik
korrigiert wird, reicht ein sehr einfacher und kostengünstiger
Durchflußmesser 8 aus, der
z.B. nur Abweichungen der Strömungsgeschwindigkeit
als Relativwert an die Steuerung 9 meldet.
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In nicht dargestellten Ausführungsvarianten kann
beispielsweise die Waage 17 zur Durchführung von Leerwägungen entfallen,
wenn das Gewicht der Flaschen 4 nur vernachlässigbar
geringen Schwankungen unterliegt. Anstelle der dargestellten Flaschen 4 können auch
sonstige Getränkebehälter, z.B.
Glasflaschen, Kunststoffflaschen, Blechdosen oder dergleichen gefüllt werden.
Anstelle der Waage 20 zur Ermittlung des Füllvolumens
können
andere Meßeinrichtungen
verwendet werden.
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Die tatsächliche Füllmenge der gefüllten Behälter nach
Verlassen der Getränkefüllmaschine 1 kann
anstelle mit der Waage 20 z.B. durch Bestimmung der Masse
der gefüllten
Flüssigkeit
auf elektrischem Wege in einem Kondensator bestimmt werden. Ist
die Geometrie der Getränkebehälter hochkonstant,
so reicht eine Füllpegelmessung
z.B. mit einer Lichtschranke aus.
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Anstelle eines Meßplatzes (Waage 20)
der online von sämtlichen
Behältern
durchlaufen wird, kann auch eine Meßstelle vorgesehen sein, die
neben dem Abführtransporteur 19a, 19b angeordnet
ist und dem die Behälter
nach Ausschleusen aus diesem zugeführt werden. Damit ist eine
langsame Messung bei hoher Tranportgeschwindigkeit möglich, jedoch
nicht für
alle Behälter.
Es können
z.B. statistische Messungen vorgenommen werden, bei denen z.B. nur
jeder fünfte
gefüllte
Behälter
für jeden
der Füllplätze 3 bestimmt
wird.
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Anstelle der dargestellten Leitungsverbindungen
zwischen den Waagen 17, 20, dem Zentralrechner 15 und
den Steuerungen 9 können
z.B. auch geeignete Funkverbindungen eingesetzt werden, wie sie
derzeit für
Datenverbindungszwecke verfügbar sind.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Getränkefüllmaschine 1 in
rotierender Bauart dargestellt. Die Erfindung erläßt sich
auch für
Getränkefüllmaschinen
anderer Bauart verwenden, wie z.B. für Linearfüllmaschinen, bei denen in parallelen
Spuren Behälter
taktweise arbeitenden, den einzelnen Spuren zugeordneten Füllorganen
zugeführt
werden. Die der Füllmaschine
nachgeschaltete Waage kann an dem Abtransportband angeordnet sein,
auf dem die von allen parallelen Spuren zusammengeführten Behälter gemeinsam
laufen. Es können
auch auf allen Spuren, den Füllorganen
nachgeschaltet, entsprechende Waagen angeordnet sein.