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Abfülleinrichtung für feinkörniges oder flüssiges Gut Es sind Abfülleinrichtungen
bekannt, bei denen das Füllgut dem zu füllenden Behälter zunächst durch eine breite
Auslaßöffnung des Vorratsbehälters zugeführt wird, bis kurz vor dem Erreichen des
Sollvolumens oder des Sollgewichtes eine Umschaltung auf eine enge Auslaßöffnung
erfolgt, durch die Füllgut in den Behälter fließt, bis der Sollwert erreicht ist.
Bei hohen Genauigkeitsanforderungen weist dieses Abfüllverfahren den Nachteil auf,
daß die zugeführte Menge je Zeiteinheit am Ende des Füllvorganges sehr klein sein
muß, die Füllzeit also verhältnismäßig groß wird. Beim gewichtsgesteuerten Abfüllen
treten außerdem durch die dynamische Kraftwirkung des in den Behälter fließenden
Gutes bedingte Meßfehler auf.
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Es sind ferner Abfülleinrichtungen bekannt, bei denen das abzufüllende
Gut aus Meßbehältern zugeführt wird. Bei Änderungen der Abfüllmengen müssen hierbei
jedoch jeweils neue Meßbehälter verwendet werden. Abfüllungen auf ein vorgegebenes
Gewicht sind nicht möglich.
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Die Erfindung bezweckt eine Abfülleinrichtung, mit der eine genaue
volumetrische und/oder gewichtsbestimmte Abfüllung bei beliebiger Abfüllmenge möglich
ist.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß zur volumetrischen
Abfüllung Meßbehälter mit dual abgestuften Rauminhalten vorgesehen sind, deren Auslässe
jeweils von den zugeordneten Stellenwerten (Bits) eines dem gewünschten gesamten
Abfüllvolumen entsprechenden binär kodierten Signals gesteuert werden.
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Ist eine Abfüllung auf genaues Gewicht erwünscht, so ist die Größe
des binär kodierten Signals gleich der Differenz zwischen dem gewünschten Gewicht
und dem nach einer annähernd volumetrischen Vorfüllung gemessenen Gewicht. Die volumetrische
Vorfüllung wird so eingestellt, daß die maximale Zufallschwankung des Gewichtes
(Abweichung vom eingestellten Wert) den Sollgewichtswert nicht übersteigt.
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Soll die Feinabfüllung nicht von einem einzigen, der Gewichtsdifferenz
entsprechenden binären Steuersignal, also nicht volumetrisch, erfolgen, so können
die Auslässe der Meßbehälter in Abhängigkeit von einem sich entsprechend der Verringerung
der ständig ermittelten Gewichtsdifferenz ändernden Steuersignal gesteuert werden.
Man erhält dann eine echte P-Regelung mit einem digital gesteuerten Stellglied,
das einen analog-quantisierten Gesamtausgang hat, dessen einzelne Elemente jedoch
binär arbeiten, d. h. nur öffnen oder schließen. Es sind dann keine konti-
nuierlich
gesteuerten Auslaßblenden erforderlich. Die binären Einzelelemente des Stellgliedes
können einfache Magnetschieber oder Magnetventile aufweisen.
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Die Gewichtsbestimmung kann mit einer ein analoges elektrisches Signal
abgebenden Waage erfolgen.
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Das analoge Signal muß dann in einem Analog-Digital-Umsetzer in binäre
Form umgewandelt werden. Um dies zu vermeiden, kann eine Waage mit binärem Ausgangssignal
Verwendung finden. Derartige Waagen sind an sich bekannt. An ihrem Zeiger ist ein
binär kodierter Raster angeordnet, der sich bei Gewichtsänderung an einer mechanischen,
magnetischen oder foto elektronischen Abtasteinrichtung vorbeibewegt. Der Raster
kann so ausgebildet sein, daß das Ausgangssignal unmittelbar die Differenz zwischen
dem Soll- und dem Istgewicht anzeigt.
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Die Differenzbildung kann jedoch auch mittels einer einfachen digitalen
Recheneinrichtung ermittelt werden, bei der man den Minuend (Sollwert) frei wählen
kann.
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Um eine Beeinflussung der Gewichtsmessung durch dynamische Krafteinwirkung
auf den zu füllenden Behälter auszuschließen, kann der Wiegevorgang von dem Abfüllvorgang
getrennt werden, indem z. B. die Behälter nach der Vorfüllung einer Wiegevorrichtung
zugeführt und nach Gewichtsbestimmung sowie Bildung des der Differenz von Soll-
und Istgewicht entsprechenden binären Signals volumetrisch nachgefüllt werden. Wenn
eine genaue Gewichtsbestimmung
länger dauert als der Abfüllvorgang
selbst, ist es vorteilhaft, mehrere Wiegevorrichtungen vorzusehen, denen die Behälter
nach der Vorfüllung über Weichen zugeführt werden und von wo sie nach erfolgter
Gewichtsbestimmung der Feinabfüllvorrichtung zugeführt werden.
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Sollen Flüssigkeitsströme gesteuert werden, so können Konstantfördereinrichtungen
mit dual abgestuften Fördervolumen vorgesehen sein, die auf eine gemeinsame Förderleitung
arbeiten und einzeln absperrbar sind. Als Konstantfördereinrichtungen eignen sich
insbesondere Zahnradpumpen, die bei Absperrung in den Vorratsbehälter zurückfördern.
Die Auslässe der Meßbehälter bzw. der Konstantstrompumpen können mittels von den
Bits der einzelnen Stellenwerte des binär kodierten Steuersignals unmittelbar oder
über Verstärker gesteuerter Magnetventile betätigt werden.
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Die erfindungsgemäße Abfülleinrichtung eignet sich sowohl für die
Anwendungsgebiete, bei denen homogenes Gut in jeweils gleichen Volumen oder Gewichten
in viele Verpackungsbehälter abgefüllt werden muß, z. B. in der Lebensmittelindustrie,
als auch für Anwendungsgebiete, bei denen die Volumen oder Gewichte häufig wechseln,
wie das z. B. in der chemischen Industrie der Fall ist. Sie ist dort besonders vorteilhaft,
wo die Abfüllung ein Teilvorgang eines automatisch ablaufenden Prozesses ist und
die einzustellenden Abfüllvolumen bzw. -gewichte Ergebnisse von in digitalen Prozeßrechnern
ablaufenden Rechenoperationen sind, z. B. bei der Mischungsregelung.
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Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch eine erfindungsgemäße gewichtsgesteuerte
Abfülleinrichtung in der Seitenansicht, F i g. 2 eine Abfülleinrichtung entsprechend
F i g. 1 in der Aufsicht.
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Die mit feinkörnigem oder flüssigem Gut eines bestimmten Gewichtes
zu füllenden Verpackungsbehälter 1 (Tüten, Konservendosen usw.) werden auf dem Transportband
2 der Abfüllvorrichtung zugeführt, die im wesentlichen aus dem Meßbehälter 3 zur
volumetrischen Vorfüllung der Wiegevorrichtung 19 und der Vorrichtung 5 zur volumetrischen
Feinfüllung besteht. Die Vorrichtung 5 enthält die Meßbehälter 6, 7, 8 und 9, deren
Volumen dual abgestuft sind, sich also wie 1 : 2 : 4: 8 verhalten. Die Auslässe
der Meßbehälter können durch geeignete Antriebsvorrichtungen, z. B. Magnetventile
bzw.
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-schieber, 10, 11, 12, 13 geöffnet und geschlossen werden. Durch die
Antriebsvorrichtungen 14 und 15 werden die Meßbehälter nach jedem Abfüllvorgang
aus den Vorratsbehältern 16 und 17 neu gefüllt.
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Wenn durch die Beschaffenheit des Gutes erforderlich, kann die Bildung
unerwünschter Hohlräume und unvollständige Entleerung der Meßbehälter dadurch in
an sich bekannter Weise vermieden werden, daß Rütteleinrichtungen die Meßbehälter
in Schwingungen versetzen.
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Das Transportband 2 teilt sich an der durch die Stellvorrichtung
22 steuerbaren Weichenanordnung 18 in drei parallele Bänder 2 a, 2 b, 2 c auf, die
ein zeln angetrieben und gesteuert werden. Auf den Waagen 19 a, 19 b, 19 c kann
das Gewicht der vorgefüllten Verpackungsbehälter ermittelt werden. Die
Waagen geben
den Gewichtsmeßwert in binär kodierter Form ab. Die Differenz zu einem Sollgewicht
kann in den Rechnern 20 errechnet oder direkt von der Waage angezeigt werden und
beaufschlagt unmittelbar oder über geeignete Verstärker 21 die Antriebsvorrichtungen
10, 11, 12, 13 der Meßbehälter 6, 7, 8 und 9 für die Feinabfüllung.
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Über die Weiche 23, die mittels der Stellvorrichtung 24 gesteuert
wird, gelangen die Verpackungsbehälter dann zur Feinfülleinrichtung 5. Die Stellvorrichtungen
22 und 24 der Weichen 18 und 23 können Magneten sein, die je nach Polarität der
sie durchfließenden Ströme die Weichen umlegen. Bei fehlender Erregung sind die
Weichen in der dargestellten Lage.
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Ein Abfüllvorgang läuft in folgender Weise ab: Ein Verpackungsbehälter
1 gelangt auf dem Transportband 2 unter den Meßbehälter 3 und betätigt über einen
Kontakt oder kontaktlos, z. B. fotoelektisch oder magnetisch je nach Art des Verpackungsmaterials,
die Antriebsvorrichtung 4 der Auslaßöffnung. Der Inhalt des Meßbehälters, der so
bemessen ist, daß seine zufallsbedingten Schwankungen das Sollgewicht nicht überschreiten,
fällt in den Verpackungsbehälter, der daraufhin weiter transportiert wird. Die Auslaßöffnung
wird von der Antriebsvorrichtung 4 wieder geschlossen, während die Antriebsvorrichtung
14 neues Füllgut aus dem Vorratsbehälter 16 in den Meßbehälter 3 einlaufen läßt.
Nach seiner Füllung wird dieser von 14 auch gegenüber dem Vorratsbehälter 16 wieder
geschlossen und ist damit zur Füllung des folgenden Verpackungsbehälters bereit.
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Der annähernd vorgefüllte Behälter wird über die Weiche 18 zu einer
der Waagen 19... . 19 c geführt, auf der sein Gewicht ermittelt wird. Nach seiner
Wägung wird er über die Weiche 23 zur volumetrischen Feinfüllung der Vorrichtung
5 zugeführt. Steht er unter deren Mündung25, so beaufschlagen die Bits der einzelnen
Stellenwerte des von der Waage oder dem Rechner 20 abgegebenen binären Signals,
das der Differenz zwischen Soll- und gemessenem Istgewicht entspricht, die Antriebsvorrichtungen
derjenigen Meßbehälter, deren Inhalte das gewogene Istgewicht zum Sollgewicht ergänzen.
Ist z. B. ein Sollgewicht von 1000 p vorgeschrieben und hat die Wägung der Vorfüllung
einen Wert von 990p ergeben, so gibt die Waage oder der Rechner 20 das binäre SignalIOIO
ab, das der dezimalen Zahl 10 entspricht. Es erhalten also die Antriebsvorrichtungen
11 und 13 der Meßbehälter 9 und 7, deren Inhalte das achtfache bzw. zweifache des
Inhaltes des kleinsten Meßbehälters von 1 p betragen, einen Öffnungsbefehl, so daß
durch Öffnung 25 die Inhalte von 8 p + 2 p = 10 p in den Behälter 1 fallen. Dieser
wird daraufhin mit dem Sollgewicht auf Transportband 26, z. B. zu einer Verschließmaschine,
weiterbewegt.
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Die Antriebsvorrichtungen 13 und 11 schließen die Auslaßöffnungen
der von ihnen gesteuerten Meßbehälter, die aus dem Vorratsbehälter 17 mittels der
Antriebsvorrichtung 15 wieder neu gefüllt werden und hierauf zu der nächsten Feinfüllung
bereit sind.
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Die gewichtsgesteuerte volumetrische Feinabfüllung gemäß der Erfindung
ist sehr genau, da Zufallsschwankungen in den Inhalten der Meßbehälter 6 ... 9 sich
lediglich als Fehler von Fehlern auswirken.
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Sie hat gegenüber einer voll gewichtsgesteuerten Abfüllung
den
Vorteil der größeren Geschwindigkeit, da ein Wiegevorgang nur einmal erforderlich
ist und der Einfluß der dynamischen, die Wiegegenauigkeit beeinträchtigenden Kraftwirkung
des in den Verpackungsbehälter fließenden Gutes, die durch besondere konstruktive
und zeitraubende Maßnahmen, wie kleine Fallhöhen und kleine Gutströme, kleingehalten
werden muß, ausgeschaltet ist. Außerdem sind Fehler durch nach Schließung des Vorratsbehälters
noch in den Verpackungsbehälter fallende Gutreste zuverlässig vermieden.
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Sehr genau arbeitende Wiegevorrichtungen geben den Meßwert im allgemeinen
erst nach verhältnismäßig langer Zeit ab, während der die Abfülleinrichtung nicht
genutzt ist. Um diesem Übelstande zu begegnen, sind mehrere, in dem dargestellten
Beispiel drei Waagen 19 a, 19 b, 19 c vorgesehen. Während der erste Verpackungsbehälter
nach der Vorfüllung z.B. auf Waagel9a gewogen wird, kann bereits der zweite Behälter
ebenfalls vorgefüllt und dann nach Umsteuern der Weiche 18 der Waage 19 b zugeführt
werden. Während der Wiegezeit der beiden auf den Bandteilstrecken 2 a und 2 b befindlichen
Behälter, kann der dritte Behälter vorgefüllt und dann nach weiterem Umsteuern der
Weiche 18 der dritten Waagel9c zugeführt werden. Der Verpakkungsbehälter, dessen
Wägung beendet ist, wird über die Weiche 23 dem Transportband 26 zugeführt, das
ihn zur Feinabfüllung der Vorrichtung 5 zuführt, die von dem Meßergebnis in der
oben dargestellten Weise gesteuert wird. Die dadurch freigewordene Waage wird von
dem vierten vorgefüllten Behälter besetzt usw.
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Die Abfülleinrichtung kann bei dieser Ausbildungsform der Erfindung
also maximal genutzt werden, obwohl die Gewichtsbestimmungen mit relativ einfachen
Waagen sehr genau vorgenommen werden können. Die Weichenstellvorrichtungen 22 bzw.
24 werden jeweils von einer Logik 27 bzw. 28 gesteuert, deren Eingangswerte von
den Waagen ..... .19 c abgegeben werden.
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Wenn der Wiegevorgang auf einer Waage beendet ist, erhält die Logik
27 bzw. 28 einen Befehl, woraufhin beide Weichen 18 und 23 auf die betreffende Waage
hin umgelegt werden. Der die Waage verlassende Behälter kann dann sein Teilband
verlassen und auf das Transportband 26 gelangen, das ihn zur Vorrichtung5 transportiert.
Gleichzeitig wird der nächste vorgefüllte Behälter über die Weiche 18 auf dieses
Teilband und zur Waage befördert. Außer dem Ausgang für die Logik 27 und 28 überträgt
die Waage - wie schon ausgeführt - noch den Meßwert auf den differenzbildenden Rechner
20 oder -je nach dem Meßsystem - direkt auf den Verstärker 21, der die Antriebsvorrichtungen
9. .13 beaufschlagt.
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Selbstverständlich können die Waagen 19... . 19 c auch analoge Meßwerte
abgeben, die dann in einem Analog-Digital-Umsetzer in binär kodierte digitale Werte
umgewandelt werden.
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Bei rein volumetrischer Abfüllung wird der Meßbehälter 3 zur Vorfüllung
durch weitere, sich an den größten der Meßbehälter 6... 9 anschließende Meßbehälter
mit ebenfalls dualer Stufung der Rauminhalte ersetzt. Der Vorteil einer derartigen
Anordnung liegt darin, daß mittels weniger Behälter jeder Mengenwert praktisch stufenlos
eingestellt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch zur rein gewichtsgesteuerten
Abfüllung geeignet. Hierbei werden die Antriebseinrichtungen 10 . . . 13 der Meßbehälter
6... 9 (und im Bedarfsfall auch die nicht dargestellten Antriebseinrichtungen weiterer
Meßbehälter mit dual gestuftem Volumen) durch die sich bei kontinuierlicher Messung
laufend ändernden Differenzen zwischen Soll- und Istgewicht beaufschlagt.
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Es liegt dann eine Gewichtsregelung mit P-Verhalten vor, deren Stellglied
nach außen analog arbeitet, obwohl es aus binären Einzelelementen besteht, die nur
voll öffnen oder schließen können.
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Eine andere Variante für Flüssigkeitsförderung besteht darin, die
Meßbehälter durch Pumpen mit jeweils konstantem Verdrängungsvolumen je Umdrehung,
sogenannten »Konstantpumpen«, zu ersetzen, deren Verdrängungsvolumen wieder dual
gestuft sind und die auf eine gemeinsame Förderleitung arbeiten. Die einzelnen Pumpen
können durch den Antriebseinrichtungen 10... 13 entsprechende Magnetventile der
gemeinsamen Leitung zu- und von ihr wieder abgeschaltet werden. Der Wiegevorrichtung
entspricht bei dieser Anordnung ein Durchflußmengenmesser, der entweder die gesamte
durch die gemeinsame Leitung geförderte Flüssigkeit oder den jeweiligen Durchfluß
je Zeiteinheit ermittelt. Derartige Anordnungen sind z. B. bei Mischungsregelungen
und Prozessen der chemischen Verfahrenstechnik vorteilhaft, insbesondere da, wo
die Steuerbefehle bereits in digitaler Form vorliegen, z. B. als Ausgänge von digitalen
Prozeßrechnern, die den chemischen Prozeß steuern.