DE19621255C1 - Verfahren zum Steuern eines Abfüllvorganges in einer Füllmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Steuern eines Abfüllvorganges in einer Füllmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei einem aus der DE 43 44 497 A1 bekannten Verfahren dieser Art wird beim Erreichen einer unteren Endposition eines Dosierkolbens einer Dosiereinrichtung ein Signal erzeugt, das das Schließen eines Ventils einleitet. Das Ventil ist zwischen einem Vorratsbehälter und der Dosiereinrichtung angeordnet, und verhindert während des Ausstoßens eines zuvor angesaugten Produktes aus der Dosiereinrichtung in einen zu füllenden Behälter ein Zurückschieben des Produktes durch den Dosierkolben von der Dosiereinrichtung in den Vorratsbehälter. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß zwischen dem Erreichen der unteren Endposition des Dosierkolbens und dem Beginn des Ausschiebens des Produktes in den Behälter eine durch das Schließen des Ventils verursachte relativ lange Totzeit entsteht, in der weder Produkt angesaugt noch ausgestoßen wird. Die Leistung einer nach dem bekannten Verfahren arbeitenden Füllmaschine ist deshalb beschränkt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Abfüllvorganges in einer Füllmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß es besonders schnell arbeitet. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Füllmaschine ist deshalb besonders leistungsfähig. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Schließen des Ventils bzw. der Ventile bereits vor dem Erreichen der unteren Endposition des Dosierkolbens bzw. der Dosierkolben eingeleitet wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern eines Abfüllvorganges in einer Füllmaschine ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Besonders vorteilhaft ist es, kurz nach Beginn des Ansaugtaktes eine Zeitspanne ohne eine Dosierkolbenbewegung anzuschließen. Durch das dadurch stattfindende kurze Ansaugen von Produkt aus der Fülleitung zum Füllkopf bei noch geschlossenem Ventil läßt sich die Dosiergenauigkeit erhöhen.

Bei genauer Kenntnis der Parameter der Ventile ist es bei Verwendung eines einzigen Ventils vorteilhaft, den Schließvorgang des Ventils so frühzeitig einzuleiten, daß das Ventil bereits bei Beendigung des Ansaugtaktes vollständig geschlossen ist. Dadurch ist es möglich, ohne Totzeit direkt vom Ansaugtakt in den Ausschiebetakt überzuleiten.

Die Verwendung eines elektrisch steuerbaren Antriebes für den bzw. die Dosierkolben hat den Vorteil, daß beliebige Bewegungsfunktionen an den Dosierkolben erzeugt werden können, so daß eine optimale Anpassung an das jeweils verwendete Ventil und das Produkt möglich ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Füllmaschine in einer vereinfachten Seitenansicht und teilweise im Schnitt, Fig. 2 eine Darstellung des Schließvorganges von Ventilen, Fig. 3 die Funktion des Dosierkolbenweges eines Dosierkolbens in Abhängigkeit von der Zeit, und die Fig. 4 den Ansteuervorgang eines Ventils.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist mit 10 insgesamt eine Füllmaschine bezeichnet, die zum Abfüllen von fließfähigen Produkten in bereitgestellte Behälter dient. Die Füllmaschine 10 hat einen Vorratstank 11 für das abzufüllende Produkt, der mittels einer Leitung 12 und ein zwischengeschaltetes Ventil 13 mit einem Kolbendosierer 15 verbunden ist. In einem Gestell 16 der Füllmaschine 10 ist ein Antrieb 17 für den Kolbendosierer 15 angeordnet. Der nicht näher dargestellte Antrieb 17 weist bevorzugt einen elektrisch steuerbaren Antrieb, beispielsweise einen Servoantrieb auf, der mittels einer Stange 18 die Auf- und Abbewegung eines Dosierkolbens 19 im Kolbendosierer 15 steuert. Im oberen Bereich des Kolbendosierers 15 zweigt vom Dosierzylinder 21 des Kolbendosierers 15 eine flexible Fülleitung 22 ab, die in einem dem zu befüllenden Behälter zugeordneten, auf- und abbeweglichen Füllkopf 23 mündet.

Der an sich bekannte Füllkopf 23 hat ein Füllventil 24 und ein Füllrohr 25, das zum Abgeben des Produktes in den Kopf des unterhalb des Füllrohres 25 geförderten, nicht dargestellten Behälters zuerst eintaucht, und nach Beendigung des Füllvorganges wieder aus dem Behälterkopf herausgezogen wird.

In der Fig. 1 ist der Einfachheit halber lediglich ein Kolbendosierer 15 mit seinem zugeordneten Ventil 13 dargestellt. Die Füllmaschine 10 hat zur Leistungserhöhung jedoch eine Vielzahl, beispielsweise zehn gleichartige Kolbendosierer 15 mit jeweils einem zugeordneten Ventil 13, die von der Steuereinrichtung der Füllmaschine 10 alle synchron angesteuert werden. Diese gleichartigen Kolbendosierer 15 sind entweder alle mit einem gemeinsamen Vorratsbehälter für das Produkt verbunden, oder jeder Kolbendosierer 15 oder eine Gruppe von Kolbendosierern 15 hat jeweils einen separaten Vorratsbehälter, der wiederum von einem gemeinsamen Vorratsbehälter gespeist wird.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Steuern des Abfüllvorganges in der Füllmaschine 10 ist das Ansteuern des bzw. der Ventile 13. Zur Erläuterung wird dazu auf die Fig. 2 Bezug genommen, für die der Fall dreier Ventile 13a, 13b und 13c in der Füllmaschine 10 angenommen ist, und die den Schließvorgang der Ventile 13a, 13b und 13c über der Zeit t darstellt.

Der Schließvorgang der Ventile 13a, 13b und 13c startet zum Zeitpunkt t = 0. Der zeitliche Verlauf der Schließvorgänge der Ventile 13a, 13b, und 13c setzt sich aus jeweils einem in etwa gleich lang dauernden ersten Anteil 26a, 26b und 26c, sowie unterschiedlich lang dauernden zweiten Anteilen 27a, 27b und 27c zusammen. Die ersten Anteile 26a, 26b und 26c stellen die jeweilige elektrische Ansprechzeit der Ventile 13a, 13b und 13c dar, deren Toleranzen bei Ventilen gleichen Typs untereinander in der Regel vernachlässigbar gering sind. Die zweiten Anteile 27a, 27b und 27c stellen die eigentliche Schaltzeit, d. h. die Zeitdauer dar, in der beispielsweise sich eine Ventilnadel eines Ventils 13a, 13b oder 13c gegen seinen Ventilsitz bewegt, anschließend auf dem Ventilsitz aufsitzt und so das Ventil 13a, 13b, 13c verschließt. Die Zeitdauer der zweiten Anteile 27a, 27b und 27c der einzelnen Ventile 13a, 13b und 13c unterscheiden sich voneinander, da sie u. a. von den jeweiligen geometrischen Verhältnissen, der Genauigkeit der einzelnen Bauteile, des Verschleißes des jeweiligen Ventils 13a, 13b und 13c abhängen. Charakteristisch ist die Zeitspanne Δt1, die sich aus der Differenz der Gesamtschließzeiten zwischen dem "schnellsten" Ventil 13c und dem "langsamsten" Ventil 13b ergibt.

Im Folgenden wird auf den in der Fig. 3 dargestellten Weg bzw. Hub s eines vom Antrieb 17 bewegten Dosierkolbens 19 über der Zeit t eingegangen: Die obere Totlage OT des Dosierkolbens 19 ist durch den Hub 0, und die untere Totlage UT des Dosierkolbens 19 ist durch seinen maximalen Hub s(max) gekennzeichnet. Charakteristisch für die Funktion des Hubs s des Dosierkolbens 19 über der Zeit t ist der Zeitraum Δt2 zwischen t2 und t3 zu Beginn des Ansaugtaktes, und der Zeitraum Δt4 zwischen t4 und t5 zwischen dem Ende des Ansaugtaktes und dem Beginn des Ausstoßtaktes. In den beiden Zeiträumen Δt2 und Δt4 befindet sich der Dosierkolben 19 in relativer Ruhe, d. h. es findet keine Dosierkolbenbewegung statt.

Zuletzt wird auf die Fig. 4 eingegangen, die im Zusammenhang mit der Fig. 3 zeigt, daß das Ansteuersignal a für das dem Dosierkolben 19 zugeordnete Ventil 13 zu einem Zeitpunkt t6 erzeugt wird, der um einen Zeitraum Δt6 vor dem Zeitpunkt t4 liegt. Das bedeutet, daß das Einleiten des Schließvorganges des Ventils 13 bereits vor dem Erreichen der unteren Totlage UT des Dosierkolbens 19 eingeleitet wird.

Die oben beschriebene Füllmaschine 10 arbeitet wie folgt: Zu Beginn des Ansaugtaktes zum Zeitpunkt t = 0 sind das Ventil 13 und das dem Füllkopf 23 zugeordnete Füllventil 24 zuerst geschlossen. Dann wird durch den Antrieb 17 der Dosierkolben 19 aus seiner oberen Totlage OT nach unten bewegt, wo er zum Zeitpunkt t2 stoppt. Das vor dem Zeitpunkt t2 stattfindende kurze Ansaugen dient dazu, einen Unterdruck über die Fülleitung 22 am bevorzugt als Kugelrückschlagventil ausgebildeten Füllventil 24 zu erzeugen. Dadurch wird das Füllventil 24 sicher verschlossen, so daß nachfolgend kein Produkt aus dem Füllrohr 25 entweichen, und insbesondere auch kein Produkt über die Fülleitung 22 in den Kolbendosierer 15 angesaugt werden kann. Dadurch läßt sich die Dosiergenauigkeit des Abfüllverfahrens erhöhen.

Anschließend wird zum Ansaugen des Produktes aus dem Vorratstank 11 das Ventil 13 geöffnet. Der Zeitpunkt des Einleitens des Öffnens des Ventils 13 durch einen entsprechenden Ansteuerimpuls durch die Steuereinrichtung der Füllmaschine 10 ist von der Öffnungscharakteristik des Ventils 13 abhängig. Je nach Ventil 13 muß der Ansteuerimpuls bereits vor dem Zeitpunkt t2 erzeugt werden. Spätestens zum Zeitpunkt t3 muß das Ventil 13 jedoch zumindest teilweise geöffnet sein.

Nach dem Zeitpunkt t3 wird die Abwärtsbewegung des Dosierkolbens 19 in Richtung seiner unteren Totlage UT fortgesetzt. Vor Erreichen der unteren Totlage UT des Dosierkolbens 19 zum Zeitpunkt t4 wird zum Zeitpunkt t6 das Ansteuersignal a für das Schließen des Ventils 13 erzeugt. Das Schließen des Ventils 13 beginnt somit noch während des Ansaugens von Produkt aus dem Vorratstank 11. Der Schließvorgang des Ventils 13 ist spätestens zum Zeitpunkt t5 abgeschlossen. Ab dem Zeitpunkt t5 beginnt der Dosierkolben 19 mit seiner Ausstoßbewegung in Richtung OT. Während der Ausstoßbewegung durch den Dosierkolben 19 ist bei nunmehr geöffnetem Füllventil 24 das Ventil 13 vollständig verschlossen, so daß das zuvor in dem Kolbendosierer 15 angesaugte Produkt ausschließlich über die Fülleitung 22 und den Füllkopf 23 in den bereitgestellten Behälter abgegeben wird, und kein Produkt über das Ventil 13 in den Vorratstank 11 zurückgeschoben wird.

Wesentlich bei der gleichzeitigen Verwendung mehrerer Ventile 13a, 13b und 13c ist, daß der Zeitpunkt t6 bzw. der Zeitraum Δt6 so gewählt ist, daß unter Berücksichtigung sämtlicher ventilbehafteter Toleranzen, d. h. unter Beachtung der Zeitspanne Δt1 zwischen dem langsamsten und dem schnellsten Ventil zum Zeitpunkt t5 alle Ventile vollständig geschlossen sind. Idealerweise wird die Zeitspanne Δt6 für das Einleiten des Schließvorganges der Ventile so gewählt, daß zum Zeitpunkt t5 das "langsamste" Ventil sicher verschlossen ist, wobei sich die Zeitspanne Δt6 gleichzeitig auch am "schnellsten" Ventil orientiert, so daß die Zeitspanne Δt6 nicht länger gewählt wird als die Schließzeit des "schnellsten" Ventils.

Die Auslösung des Ansteuersignals a für die Ventile kann mittels eines mit einem Masterdosierkolben in Wirkverbindung angeordneten Sensors erfolgen. Bevorzugt wird das Ansteuersignal bei einem elektrisch steuerbaren Antrieb 17 jedoch über das Steuerprogramm des Antriebs 17 erzeugt.

Zusätzlich wird bemerkt, daß es beim Vorhandensein lediglich eines Kolbendosierers 15 auch denkbar ist, bei genauer Kenntnis der Gesamtschließzeit seines Ventils 13 direkt von Ansaug- in den Ausschubtakt überzuwechseln, d. h. ohne die Pause Δt4.

Auch ist es denkbar, anstelle der im Ausführungsbeispiel als Nadelventile ausgebildeten Dosierventile Dosierventile anderer Bauart zu verwenden. Besonders vorteilhaft sind je nach Anwendungsfall insbesondere Membranventile.

Claims (7)

1. Verfahren zum Steuern eines Abfüllvorganges in einer Füllmaschine (10), bei dem ein fließfähiges Produkt mittels wenigstens einer einen Dosierzylinder (21) und einen Dosierkolben (19) aufweisenden Dosiereinrichtung (15) aus einem Vorratstank (11) angesaugt, und anschließend in einen bereitgestellten Behälter abgefüllt wird, wobei beim Abfüllen des Produktes in den Behälter ein zwischen dem Vorratstank (11) und der Dosiereinrichtung (15) geschaltetes Ventil (13, 13a, 13b, 13c) vollständig geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließvorgang des Ventils (13, 13a, 13b, 13c) zu einem Zeitpunkt (t6) eingeleitet wird, der vor dem Zeitpunkt (t4) des Erreichens eines unteren Totpunktes (UT) des Dosierkolbens (19) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das Erreichen des unteren Totpunktes (UT) des Dosierkolbens (19) eine Zeitspanne (Δt4) ohne eine Dosierkolbenbewegung anschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließvorgang des Ventils (13, 13a, 13b, 13c) zu einem Zeitpunkt (t5) am Ende der Zeitspanne (Δt4) ohne Dosierkolbenbewegung abgeschlossen ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorhandensein von mehreren Ventilen (13, 13a, 13b, 13c) der Zeitpunkt (t6) des Einleitens der Schließvorgänge der Ventile (13, 13a, 13b, 13c) in Abhängigkeit von der kürzesten Schließzeit der Ventile (13, 13a, 13b, 13c) erfolgt, so daß eine zweite Zeitspanne (Δt6) zwischen dem Zeitpunkt (t6) des Einleitens der Schließvorgänge der Ventile (13, 13a, 13b, 13c) und dem Erreichen der unteren Totlage (UT) des Dosierkolbens (19) der kürzesten Schließzeit der Ventile (13, 13a, 13b, 13c) entspricht.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn eines Ansaugtaktes nach Verlassen einer oberen Totlage (OT) des Dosierkolbens (19) ein Zeitraum (Δt2) ohne eine Dosierkolbenbewegung stattfindet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öffnen des Ventils (13, 13a, 13b, 13c) für das Ansaugen des Produktes vor dem Zeitraum (Δt2) eingeleitet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosierkolben (19) vom einem Ansaugtakt direkt, ohne eine Zeitraum ohne Dosierkolbenbewegung, in einen Ausstoßtakt wechselt.