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Verfahren und Vorrichtung zum gewichtsgenauen Abfüllen von flüssigem,
plastischem, pulverförmigem, körnigem Material in Verpackungsgefäße Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum gewichtsgenauen Abfüllen
von flüssigem, plastischem, pulverförmigem, körnigem Material in Verpackungsgefäße,
mit denen das Gewicht der Packung durch eine Gewichtskontrolleinrichtung überprüft
und durch ein von der Kontrolleinrichtung beeinflußtes Meß- und Steuersystem die
Einhaltung eines konstanten Abfüllgewichtes geregelt wird.
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Meßverfahren und Vorrichtungen sind bekannt, bei denen das Gewicht
einer Packung auf den Packungsträger derart einwirkt, daß letzterer eine Verformung
oder eine Durchbiegung erleidet, deren Größenordnung durch den Massenanteil der
Packung bestimmt wird. Ein solcher Packungsträger kann ein Förderband sein, unter
welchem eine Druckmeßdose derart angeordnet ist, daß sie unter dem Einfluß einer
durch das Packungsgewicht bewirkten Durchbiegung des Bandes einen bestimmten elektrischen
Meßwert abgibt. Dieser Meßwert kann durch Verstärkung in elektrische Impulse verwandelt
werden, welche das Nachfüllen mindergefüllter Packungen vornehmende mechanische
Einrichtungen beeinflußt.
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Ebenso wie der Durchbiegungsgrad des Förderbandes eine Charakteristik
des Massenanteils der Packung ist, kann auch ein als Packungsträger dienender Ausleger
dazu bestimmt sein, den vom Packungsgewicht abhängigen Verformungsgrad in einen
bestimmten Meßwert darzustellen, welcher auf elektrischem Wege zur Beeinflussung
einer Feinnachfülleinrichtung nutzbar gemacht wird. Sowohl das Förderband als auch
der Ausleger werden mit einem Gewicht belastet und gehören deshalb, da die Auswertung
der Meßgröße für den eigentlichen Nachfüllvorgang auf elektrischem Wege vorgenommen
wird, zu den elektrischen Waagen. Zweifellos ist mit derartigen Waagen eine hohe
Wiegeleistung möglich. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß der Grad der Durchbiegung
oder der Verformung des Paketträgers mit Bezug auf kleine und kleinste Gewichtsdifferenzen
so minimal ist, daß nicht nur ein ungenaues Meßergebnis zu erwarten ist, sondern
dadurch auch die von dem Meßergebnis abhängige Feinnachfüllung verfälscht wird,
so daß eine dem Sollgewicht entsprechende Füllmenge nicht oder nur rein zufällig
erreichbar ist.
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Bei einer weiterhin bekanntgewordenen Wiegeeinrichtung werden zwei
einseitig eingespannte, gleichartige Blattfedern mit je einer Masse belastet, von
denen die eine Feder das zu wiegende Gut und die andere Feder ein Vergleichsgewicht
trägt. Die bei beiden Federn bei gleichen Daten übereinstimmende Schwingungszahl
verändert sich bei Abweichung des Wiegegutes vom Vergleichsgewicht. Die Abnahme
der ermittelten Differenz und deren Auswertung zu Anzeige- und Kontrollzwecken,
wie sie beispielsweise für eine Gewichtskontrolle der Verpackungseinheiten an einer
automatischen Abfüll- und Verpackungsmaschine erforderlich ist, erfolgt auf elektrischem
Wege, d. h., die Gewichtskontrolle geht so schnell vor sich, daß sie mit der Leistung
einer automatischen Verpackungsmaschine durchaus schritthalten kann.
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Als nachteilig wird angesehen, daß zwar zwei gleichartige, jedoch
voneinander getrennt arbeitende Schwingungssysteme verwendet werden, welche im Hinblick
auf die mechanischen Eigenschaften der Blattfedern keine Gewähr dafür bieten, daß
bei gleichen Daten auch die Schwingungszahl der Federn gleich zu sein hat. Abgesehen
davon, daß eine exakte Messung und Kontrolle an der Unzulänglichkeit solcher Blattfedern
scheitert, ist deren Lebensdauer sehr begrenzt, da der Querschnitt dieser Federn
trotz der vollen aufliegenden Last so klein wie möglich gehalten werden muß, damit
auch die feinsten Gewichtsunterschiede sehr genau in Schwingungszahlen wiedergegeben
werden können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum gewichtsgenauen Ab füllen von flüssigem, plastischem, pulverförmigem,
körnigem Material in Verpackungsgefäße zu schaffen, durch welche die vorerwähnten
Nachteile beseitigt werden sollen.
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Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird das Verpackungsgefäß
zur Gewichtskontrolle vor Füllbeginn bzw. vor dem Nachfüllen in an sich bekannter
Weise in Schwingungen versetzt, derart, daß die durch die veränderliche Schwingmasse
der Packung hervor-
gerufene Amplitudenänderung einer erzwungenen
Schwingung von konstanter Frequenz zur Steuerung des Füll- bzw. des Nachfüllvorganges
nutzbar gemacht wird.
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Hierbei wird die erzwungene Schwingung durch eine gedämpfte freie
Schwingung erzeugt. Die sich aus der Weg-Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Amplitude
zusammensetzende Schwingungsfunktion cntspricht hinsichtlich ihrer Größenordnung
der gesamten in Schwingung versetzten Masse. Die Schwingungsfunktion läßt sich mit
einem Meßwert ausdrücken, welcher auf mechanischem oder elektrischem Wege an eine
Schalteinrichtung abgegeben wird, die ihrerseits nach Maßgabe des empfangenen Wertes
auf eine Abfülleinrichtung derart einwirkt, daß letztere vor Erreichen des Sollgewichtes
die Materialzufuhr freigibt und bei Erreichen des Sollgewichtes die Materialzufuhr
unterbricht.
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Die für das Wiegen von sehr kleinen Massen vorgeschlagene Verwendung
von Quarz- oder Magnetostriktionsschwingern, an Stelle der Federn, ergibt zwar geringere
Streuungsmöglichkeit der Meßwerte, erfordert jedoch stets noch den Aufwand von zwei
Schwingern bzw. Meßteilen, während gemäß der Erfindung nur ein Schwingaggregat notwendig
ist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens.
Diese besteht im wesentlichen aus einem in bekannter Weise beim Aufsetzen der leeren
bzw. gefüllten Packung mittels eines Elektromagneten in konstante Schwingungen versetzten
Schwingaggregat, ferner aus einer mit dem Schwingaggregat fest verbundenen Induktionsspule
und einem ortsfesten Dauermagnet, durch den in der Spule eine von der Schwingungsamplitude
abhängige Spannung hervorgerufen und die einer auf einen Sollwert eingestellten
Speicher- und Schalteinrichtung zur Steuerung der Abfülleinrichtung zugeführt wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer der Erfindung
entsprechenden Vorrichtung in schematischer Darstellung.
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Das Schwingaggregat besteht aus einer waagerecht angeordneten Schwingachse
1 und aus zwei Membranfedern 2, welche mit Abstand voneinander auf der Schwingachse
1 befestigt sind. Die Membranfedern 2 sind an ihren Enden in einem gemeinsamen Lager
3 eingefaßt. An dem zwischen den Membranfedern 2 befindlichen Teil der Schwingachse
1 sitzt ein Auflager 4, welches zur Aufnahme einer das Verpackungsgefäß 5 enthaltenen
-Zelle 6 dient. Das aus einem beliebigen Werkstoff, z. B. aus Papier, Karton, Kunststoff
oder Metall, gefertigte Verpackungsgefäß 5 ist bereits mit einem grobdosierten Materialinhalt
versehen, dessen Füllspiegel die ausgezogene Linie anzeigt, während die strichpunktierte
Linie den Füllspiegel des Sollgewichtes veranschaulicht. Das Verpackungsgefäß 5
und mit ihm die Zelle 6 müssen gegen jede Relativbewegung gegenüber dem Auflager
4 gesichert werden. Zu diesem Zweck können an der Sitzfläche der Zelle 6 vorstehende
Zapfen in entsprechende Bohrungen am Auflager 4 eingelassen werden, oder die Sitzfläche
kann aus einem magnetisch nicht neutralen Material gefertigt sein, so daß ein oder
mehrere im Auflager 4 eingelassene Magnete die Zelle 6 mit dem Auflager 4 gegenseitig
verspannen. Durch eine dieser Maßnahmen sind die auf das Auflager 4 aufgesetzten
Teile an dem das Meßergebnis fälschenden Bewegungen ausreichend gehindert.
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An einem der beiden freien, aus den Membranfedern 2 herausragenden
Enden der Schwingachse 1 ist ein Stabmagnet 7 befestigt, der von einer Erreger-
spule
8 umgeben ist. Außerdem ist dem Magnet 7 ein Wirbelstromdämpfer 9 zugeordnet. Der
die elektrische Ausrüstung versorgende Strom wird beispielsweise einer Stromquelle
10 entnommen und über ein Verzögerungsrelais 11 an einen unmittelbar über dem Auflager
4 angeordneten Unterbrecherkontakt 12 geleitet. Eine Stromverbindung besteht außerdem
vom Verzögerungsrelais 11 aus zur Erregerspule 8. Ebenso wie der Stabmagnet 7 an
dem einen Ende, so ist an dem anderen Ende der Schwingachse 1 eine Spule 13 befestigt,
in der durch deren Schwingbewegung in einem ortsfesten Dauermagnet 14 eine niedrige
Wechselspannung erzeugt wird. Diese Spannung wird einem Spannungsverstärker 15 zugeführt,
welcher seinerseits die verstärkte Spannung einer Speichereinrichtung 16, ferner
einer Schalteinrichtung 17 übergibt. Beide Schalteinrichtungen, 16 und 17, welche
aus elektronischen Relais bestehen, arbeiten mit einer Abfülleinrichtung 18 zusammen,
welche ihrerseits nach Maßgabe der von den Schalteinrichtungen 16 und 17 empfangenen
Stromimpulse die Materialzufuhr aus der Abfülleinrichtung freigibt oder unterbricht.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Das beispielsweise
auf einer Abfüll- und Verpackungsmaschine durch Grobdosierung vorgefüllte Verpakkungsgefäß
5 wird im Verlauf einer absatzweisen Schaltbewegung der Verpackungsmaschine mitsamt
seiner Zelle 6 besagter Vorrichtung zugeführt, die als zusätzliche Arbeitsstelle
zwischen Füll- und Verschließstation der Verpackungsmaschine eingebaut sein kann.
Beim Aufsetzen der das Verpackungsgefäß 5 enthaltenen Zelle 6 auf das Auflager 4
des Schwingaggregates, bei der das Verspannen der Zelle 6 mit dem Auflager 4 durchgeführt
wird, wird gleichzeitig durch Niederdrücken des Unterbrecherkontaktes 12 ein mit
der Stromquelle 10 verbundener Stromkreis geschlossen. In diesen Stromkreis ist
weiterhin ein Verzögerungsrelais 11 einbezogen, das erst dann, wenn die durch das
Aufsetzen der Zelle 6 auf das Auflager 4 eventuell in Unruhe versetzte gesamte Schwingmasse
völlig zur Ruhe kommt, die Erregerwechselspannung an die Klemme der Spule 8 legt.
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Durch Erregung des Stabmagneten 7, welcher mit dem Schwingaggregat
fest verbunden ist, wird die gesamte Schwingmasse zunächst in freie Schwingungen
versetzt, die infolge Einwirkung eines dem Magnet 7, 8 zugeordneten Dämpfers 9 in
eine erzwungene Schwingung übergeht. Ihre Größen, die Weg-Geschwindigkeits- und
Beschleunigungs-Amplituden sind bereits ein Maß für das durch Grobdosierung im Verpackungsgefäß
5 enthaltene Materialgewicht. Die Nutzbarmachung erfolgt auf elektrischem Wege,
und zwar durch Induktion, wobei in der an der Schwingachse 1 befestigten Spule 13
infolge ihrer Schwingung in einem ortsfesten Dauermagnet 14 eine niedrige Wechselspannung
hervorgerufen wird. Ein Spannungsverstärker 15, der diese Spannung übernimmt, führt
seinerseits die in ihm verstärkte Spannung einer elektronischen Speicher- und Schalteinrichtung
16, 17 zu. Beide Schalteinrichtungen 16 und 17 beeinflussen die Abfülleinrichtung
in der Weise, daß das Relais 16 die vom Verstärker 15 empfangene Ausgangsspannung
einem der Abfülleinrichtung zugeordneten Steuerkopf zuführt, der seinerseits die
Freigabe der Materialzufuhr aus der Abfülleinrichtung 18 veranlaßt, während das
auf die mit dem Sollgewicht übereinstimmende Sollspannung ansprechende Relais 17
beim Empfang einer der Sollspannung entsprechenden Spannung diese einem zweiten,
mit der Abfülleinrichtung
18 zusammenwirkenden Steuerkopf zuleitet,
der die Unterbrechung der Materialzufuhr veranlaßt.
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Nachdem nunmehr die Füllung abgeschlossen ist, wobei jedes aufeinanderfolgende
Verpackungsgefäß 5 ein sehr genaues Füllgewicht enthält, wird das Verpackungsgefäß
5 in an sich bekannter Weise einer Verschließstation übergeben. In den Fällen, in
welchen durch Grobdosierung bereits ein dem Sollgewicht entsprechendes oder ein
das Sollgewicht übersteigendes Füllgewicht im Verpackungsgefäß enthalten ist, erfolgt
keine Betätigung der Abfülleinrichtung 18.
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Der scheinbar relativ große Zeitaufwand, der zur Durchführung der
geschilderten Maßnahmen erforderlich ist, beträgt in Wirklichkeit weniger als 1
Sekunde, so daß es ohne weiteres möglich ist, eine derartige, zur genauen Gewichtsbestimmung
dienende Vorrichtung einer schnellaufenden Abfüll- und Verpackungsmaschine zuzuordnen.
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Die beschriebene und durch die Zeichnung näher erläuterte Vorrichtung
stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel im Rahmen der Erfindung dar. Von dieser
Vorrichtung abweichend kann z.B. die Anordnung auch so getroffen werden, daß an
Stelle des Magneten 13, 14 ein die Schwingung mitmachendes elektrisches Kontaktglied
tritt, das bei Berührung eines zweiten, ortsfesten Kontaktgliedes einen Stromkreis
schließt.
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Eine durch den Gewichtszuwachs zwangläufig hervorgerufene Veränderung
des Schwingungszustandes führt zu einer stetigen Annäherung der Kontaktglieder,
bis endlich bei Erreichen des Sollgewichts eine Berührung der Kontaktglieder stattfindet.
Hierdurch wird nun der Stromkreis geschlossen, in den auch die Abfülleinrichtung
einbezogen ist, die ihrerseits die Materialzufuhr unterbindet.
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PATENThSSPRCHE: 1. Verfahren zum gewichtsgenauen Abfüllen von flüssigem,
plastischem, pulverförmigem, körnigem Material in Verpackungsgefäße, bei dem das
Gewicht der Packung durch eine Gewichtskontrollein richtung überprüft und durch
ein von der Kontrolleinrichtung beeinflußtes Meß- und Steuersystem die Einhaltung
eines konstanten Abfüllgewichtes geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das
Verpackungsgefäß zur Gewichtskontrolle vor Füllbeginn bzw. vor dem Nachfüllen in
an sich bekannter Weise in Schwingung versetzt wird, derart, daß die durch die veränderliche
Schwing masse der Packung hervorgerufene Amplitudenänderung einer erzwungenen Schwingung
von konstanter Frequenz zur Steuerung des Füll- bzw. des Nachfüllvorganges nutzbar
gemacht wird.