DE19726108A1

DE19726108A1 - Sackfüllmaschine

Info

Publication number: DE19726108A1
Application number: DE1997126108
Authority: DE
Inventors: Andreas Kays; Heinz-Dieter Waeckerle
Original assignee: Knaup Maschf & Co GmbH
Current assignee: Knaup Maschf & Co GmbH
Priority date: 1997-06-19
Filing date: 1997-06-19
Publication date: 1998-12-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Sackfüllmaschine, mit der pulver- oder granulatförmiges Füllgut mit Druckluft fließfähig gemacht, durch einen Füllrohr gefördert und in Säcke abgefüllt wird. Hierzu wird Luft durch eine nach unten geneigte und Belüftungs öffnungen aufweisende Bodenplatte in eine Vorratskammer geblasen, in der sich das abzufüllende Füllgut befindet. Das Füllgut wird durch ein im unteren Bereich der Vorratskammer angebrachtes Füllrohr und in einen auf das Füllrohr aufgesteckten Sack getrieben. Dabei komprimiert der entstehende Überdruck das Material in dem Sack. Das mit Luft fluidisierte Füllgut weist ähnliche Fließeigenschaften wie Flüssigkeiten auf.

Das Fließverhalten unterschiedlicher Stoffe, z. B. Mehl und PVC- Pulver, kann durch Variation der eingeblasenen Luftmenge beein flußt werden. Herkömmlicherweise erfolgt die Einstellung des Fließverhaltens per Hand aufgrund der Erfahrung eines Experten, indem Ventile für die Luftzufuhr und der Druck eines Luftdruck kompressors geregelt werden. Die Einstellungen bleiben solange unverändert, bis ein neuer Stoff abzufüllen ist.

Eine entsprechende Sackfüllmaschine ist z. B. in der DE-PS 35 40 505 C2 dargestellt. Die Bodenplatte der Sackfüllmaschine besteht aus mindestens drei aneinander anschließenden Segmenten, deren Luftzufuhr gegeneinander abgedichtet und jeweils unabhängig voneinander regelbar ist. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Füllgut wird der Luftdruck für die einzelnen Segmente vom Fachmann derart eingestellt, daß ein toter Winkel an der der Füllröhre gegenüberliegenden Wand vermieden wird. Die Sackfüllmaschine gewährleistet eine gute Strömung des geförderten Füllgutes und führt zu einer Verminderung der in der Füllröhre und dem Vorratsbehälter enthaltenen Restmenge des Füllgutes.

Erfindung

Aufgabe der Erfindung war es, eine Sackfüllmaschine zu schaffen, mit der die Füllzeiten verkürzt werden und die sich automatisch an wechselnde Materialeigenschaften anpaßt.

Die Aufgabe wird durch die Sackfüllmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch die Sackfüllmaschine mit den Merk malen des Anspruchs 5 gelöst.

Bei der automatischen Steuerung der zugeführten Luftmengen besteht das Problem, daß die Fließeigenschaften von Material größen wie Kompression, Rest feuchte und innerer Reibung des Füllgutes abhängig sind. Diese werden durch Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lagerungsdauer beeinflußt, so daß die Füllvorgänge selbst bei gleichartigem Schüttgut variieren können. Zudem besteht keine lineare Abhängigkeit der Befüllungszeiten von dem Sackgewicht, so daß ein konstanter Massestrom nicht unbedingt eine optimale Füllzeit gewährleistet.

Es wird vorgeschlagen, die Luftdrücke in der Vorratskammer während des Füllvorgangs basierend auf dem leicht zu ermittelnden Befüllungsgrad zu regeln. Damit kann die Füllzeit reduziert und auf unterschiedliches Fließverhalten des Füllgutes reagiert werden, wobei unterschiedliche Stoffe mit den gleichen Regelungsmodalitäten abfüllbar sind.

Mit Hilfe einer Regelungsschaltung für ein Belüftungsventil im oberen Bereich der Vorratskammer wird der Kammerdruck konstant gehalten. Hierzu wird vorteilhafterweise ein PI-Regler ver wendet, der als Sollwert die einzustellende Druckdifferenz zwischen dem Druck im oberen Bereich der Vorratskammer und dem Druck am Boden der Behälterkammer erhält. Als Istwert wird die Differenz der mit dem Drucksensor im oberen Bereich der Vorratskammer (im folgenden "oberer Druck") und der mit dem Drucksensor in dem mittleren, d. h. des unter dem Zentrum der Bodenplatte gelegenen, Belüftungstopf (im folgenden "unterer Druck") gemessenen Druckwerte verwendet. Dadurch folgt der obere Druck dem unteren Druck mit einem über den Sollwert wählbaren Abstand und es entsteht eine Nachlaufregelung. Die Berücksichtigung des Druckes in dem mittleren Belüftungstopf ist deshalb vorteilhaft, weil dieser nicht auf örtlich begrenzte Störungen am Vorratskammerausgang reagiert. Dadurch kann Schwingungsverhalten des Reglers reduziert werden. Andererseits werden vom Vorratskammerausgang ausgehende, global wirkende Druckänderungen schneller erfaßt als in dem Bereich der Vorratskammer, der dem Füllrohr diametral gegenüberliegt.

Durch die Trennung der Druckregelung in der Vorratskammer in eine gewichtsabhängige und eine materialunabhängige Regelung der unteren Luftzufuhrventile und eine materialabhängige Regelung der Druckdifferenz durch das obere Belüftungsventil werden die material- und gewichtsabhängigen Regelungsanteile entkoppelt. Zudem werden die materialabhängigen Parameter auf eine Größe, den Soll-Differenzdruck, reduziert.

Zeichnungen und Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht der Sackfüll maschine;

Fig. 2 Materialfluß und Ventilstellungen bei einer herkömm lichen Sackfüllmaschine mit Kreide als Füllgut;

Fig. 3 Materialfluß und Ventilstellungen bei einer geregelten Sackfüllmaschine mit Kreide als Füllgut.

In der Fig. 1 ist eine Sackfüllmaschine dargestellt, die eine Vorratskammer 1 mit einer Belüftungsöffnungen aufweisenden Bodenplatte 2 und ein Füllrohr 3 im unteren Bereich der Vorratskammer 1 hat. Auf das Füllrohr 3 wird ein zu befüllender Sack 4 aufgesteckt. Die Abdichtung und Befestigung des Sackes 4 kann zum Beispiel mit einem bekannten Blähschlauch erfolgen. Unterhalb der Bodenplatte 2 sind Belüftungstöpfe 5a, 5b, 5c angeordnet, die jeweils eine durch ein Luftzufuhrventil 6a, 6b, 6c regelbare Luftzufuhr haben. Dadurch ist es möglich, den Druck in den verschiedenen Segmenten der Bodenplatte 2 individuell zu regeln und ein optimiertes Fließen zu erreichen. Der Sack 4 ist zur kontinuierlichen Messung des Sackgewichtes auf einer Waage 7 gelagert. Im oberen Bereich 8 der Vorrats kammer 1 ist ein Belüftungsventil 9 und ein oberer Drucksensor 10 vorgesehen. Zur Messung des Drucks in den Belüftungstöpfen 5a, 5b und 5c ist jeweils ein unterer Drucksensor 11a, 11b und 11c vorhanden. Weiterhin ist ein regelbares Absperrventil 12 zur kontrollierten Abgabe von Füllgut am Füllrohr 3 vorgesehen.

Die durch die Waage 7 kontinuierlich gemessenen Sackgewichte SW werden in eine erste Schaltung 13 zur Regelung der Luftzufuhr ventile 6a, 6b und 6c geleitet. Weiterhin ist an der ersten Schaltung 13 eine Eingabeeinheit für das gewünschte Endgewicht EW des Sackes 4 vorgesehen. Die Schaltung bestimmt den Befüllungsgrad als Verhältnis zwischen dem aktuellen Sack gewicht SW und dem Endgewicht EW und regelt die Luftzufuhr ventile 6a, 6b und 6c in Abhängigkeit von diesem Wert. Hierzu kann vorteilhafterweise eine mit Fuzzy-Logik arbeitende Regelung eingesetzt werden. Bei der Verwendung von drei Belüftungstöpfen 5a, 5b, 5c wird die in der Tabelle 1 darge stellte Regelbasis für die entsprechenden Luftzufuhrventile 6a, 6b und 6c vorgeschlagen.

Fuzzy-Logik-Regelbasis für die relative Ventil stellung

Die Ventilstellung bezeichnet hierbei den Öffnungsgrad des jeweiligen Luftzufuhrventils 6a, 6b und 6c, wobei die Zuordnung der absoluten Ventilstellung zu der relativen Ventilstellung von der Sackfüllmaschine und der Position des jeweiligen Luftzufuhrventils 6a, 6b, 6c abhängt. Beispielhaft wurden für die Relation zwischen relativer und absoluter Ventileinstellung in der beschriebenen Sackfüllmaschine die in der Tabelle 2 aufgeführten Werte ermittelt:

Relation zwischen relativer und absoluter Ventil stellung

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, bei ansteigendem Sackgewicht SW das vordere Luftzufuhrventil 6a immer weiter zu schließen, hingegen das mittlere Luftzufuhrventil 6b weiter zu öffnen. Das hintere Luftzufuhrventil 6c bleibt während der gesamten Füllphase vollständig geöffnet.

Die Meßwerte des oberen Drucksensors 10 und des mittleren Drucksensors 11b werden in eine Steuerung zur Regelung des Belüftungsventils 9 geleitet. Diese vergleicht die Differenz der Meßwerte mit einem materialabhängigen Soll-Differenzwert SD und regelt diesen Soll-Differenzwert SD ein. Vorteilhafterweise hat die Schaltung einen PI-Regler zur Schaffung einer Nachlauf regelung.

Ein Füllvorgang wird in drei Phasen durchgeführt. In der Grobstromphase wird möglichst viel Füllgut in möglichst kurzer Zeit abgefüllt, wobei das Füllgut stark komprimiert in den Sack 4 gelangt. Hierzu muß das Füllgut zunächst fluidisiert werden, indem es durch einen Luftstrom von unten nach oben durchströmt wird. Dabei baut sich eine Druckdifferenz innerhalb des Füll gutes auf und es findet noch kein Materialfluß statt. Nachdem die Druckdifferenz an einem sogenannten Fluidisierungspunkt überschritten ist, lösen sich die Teilchen des Füllgutes voneinander und das Material beginnt zu fließen. Die Druck differenz steigt jedoch noch solange an, bis sich die Teilchen voneinander abheben. Erst dann fällt die Druckdifferenz wieder auf den Wert am Fluidisierungspunkt ab. In der Grobstromphase treten erhebliche Masseströme auf, wodurch eine Regelung der Abfüllmenge nicht mit einer ausreichenden Genauigkeit möglich ist.

Daher ist eine zweite Phase, die Feinstromphase, mit einem reduzierter Materialfluß vorgesehen. Hierzu wird kurz vor Erreichen eines definierten Sollgewichtes des Sackes der Quer schnitt des Füllrohrs 3 durch das Absperrventil 12 reduziert. Dann fließt das Füllgut im Feinstrom solange weiter, bis das Sollgewicht erreicht ist. Dabei wird der Materialfluß möglichst konstant auf einem definierten Sollwert gehalten.

Nach dem Beenden der Feinstromphase durch vollständiges Absper ren des Füllrohrs 3 befindet sich noch Material in dem Füllrohr 3. Es ist somit eine Nachstromphase erforderlich, in der abgewartet wird, bis der Materialfluß abgeschlossen ist, und das Füllrohr 3 anschließend ausgeblasen wird.

Die Regelung der Luftdruckverhältnisse in der Vorratskammer 1 erfolgt ausschließlich in der Grobstromphase. Während der nach folgenden Feinstromphase wird eine feste Einstellung der Ventile 6a, 6b, 6c und 9 gewählt und in der Nachstromphase wird der Luftdruck vollständig abgebaut.

Nachfolgend werden anhand der Fig. 2 und 3 beispielhaft die Ventileinstellungen und der Massestrom des Füllgutes bei der Abfüllung von Kreide mit einer herkömmlichen Referenzein stellung und der geregelten Sackfüllmaschine dargestellt.

In der Fig. 2 ist die Ventileinstellung und der Massestrom verlauf in der Grobstromphase mit herkömmlicher Referenz einstellung dargestellt. Die Luftzufuhrventile 6a, 6b und 6c und das Belüftungsventil 9 sind auf einen festen Öffnungsgrad konstant eingestellt. Der Massestrom verläuft nach einer kurzen Fluidisierungsphase nichtlinear. Nach ca. 7,4 Sekunden ist die Grobstromphase mit Erreichen eines definierten Befüllungsgrades abgeschlossen.

Durch die beschriebene Regelung der Ventile während der Grobstromphase kann, wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, die Abfüllzeit erheblich reduziert werden. Die Grobstromphase ist bereits nach ca. 5,2 Sekunden abgeschlossen. Das Luftzufuhrventil 6c des hinteren Belüftungstopfes 5c ist während des gesamten Füllvorganges vollständig geöffnet. Das mittlere Luftzufuhrventil 6b des mittleren Belüftungstopfes 5b wird entsprechend der beschriebenen Regeln für die Schaltung 13 von einem Öffnungsgrad von 40% auf 60% geöffnet. Das vordere Luftzufuhrventil 5a wird hingegen von 30% auf 10% geschlossen. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Druckdifferenz zwischen dem oberen Druck und dem unteren Druck wird das Belüftungsventil 9 von einem anfänglichen Öffnungsgrad von 20% auf ca. 50% geöffnet. Die zum Abschluß der Grobstromphase herrschenden Einstellungen der Ventile 6a, 6b, 6c und 9 wird in der Feinstromphase beibehalten.

Mit der beschriebenen Sackfüllmaschine konnte bei sehr schwierig abzufüllenden Stoffen wie Mehl oder Kreide eine Produktivitätssteigerung bis zu 25% erzielt werden. Zudem kann mit der geregelten Sackfüllmaschine auf Fehler bei der Abfüllung durch Verstopfen der Sackfüllmaschine oder Platzen des Sackes 4 reagiert werden.

Claims

1. Sackfüllmaschine mit einer Vorratskammer (1) für Füllgut, wobei die Vorratskammer (1) eine Belüftungsöffnungen aufweisende Bodenplatte (2) und ein Füllrohr (3) für einen zu füllenden Sack (4) hat und wobei mindestens ein Belüftungstopf (5) unter der Bodenplatte (2) angeordnet ist, der jeweils ein Luftzufuhrventil (6) zur Regelung der Luftzufuhr in den Belüftungstopf (5) hat, und mit einer Waage (7) zur kontinuierlichen Messung des Sackgewichtes (SW), gekennzeichnet durch eine erste Schaltung (13) zur Regelung des mindestens einen Luftzufuhrventils (6) während eines Füllvorganges in Abhängigkeit von dem Befüllungsgrad als Verhältnis zwischen dem kontinuierlich ermittelten Sackgewicht (SW) und einem festgelegten Endgewicht (EW).

2. Sackfüllmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (13) den Öffnungsgrad des mindestens einen Luftzufuhrventils (6) bis zum Erreichen eines definierten Befüllungsgrades regelt und anschließend den Öffnungsgrad des mindestens einen Luftzufuhrventils (6) auf einem festgelegten Wert hält.

3. Sackfüllmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei ausgehend von dem Füllrohr (3) in eine dem Füllrohr (3) diametral gegenüberliegende Richtung mindestens ein vorderer Belüftungstopf (5a), ein mittlerer Belüftungstopf (5b) und ein hinterer Belüftungstopf (5c) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (13) bei ansteigendem Befüllungsgrad das vordere Luftzufuhrventil (6a) des vorderen Belüftungstopfes (5a) weiter schließt und das mittlere Luftzufuhrventil (6b) des mittleren Belüftungstopfes (5b) weiter öffnet.

4. Sackfüllmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltung (13) den Öffnungsgrad des hinteren Luftzufuhrventils (6c) während des Füllvorgangs konstant hält.

5. Sackfüllmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch

- ein Belüftungsventil (9) in dem oberen Bereich (8) der Vorratskammer (1) zur Einstellung eines Luftdrucks,
- einen oberen Drucksensor (10) zur Messung des Drucks in dem oberen Bereich (8) der Vorratskammer (1) und
- eine zweite Schaltung (14) zur Regelung des Belüftungsventils (9) in Abhängigkeit von dem durch den oberen Drucksensor (10) gemessenen Druck.

6. Sackfüllmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer Drucksensor (11) zur Messung des Drucks in dem unteren Bereich der Vorratskammer (1) vorgesehen ist und die Regelung des Belüftungsventils (9) in Abhängigkeit von der Differenz der von dem oberen Drucksensor (10) und von einem unteren Drucksensor (11) gemessenen Druckwerte erfolgt.

7. Sackfüllmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Belüftungsventils (9) in Abhängigkeit von der Differenz der von dem oberen Drucksensor (10) und von einem unteren Drucksensor (11b), der in einem unter dem Zentrum der Bodenplatte (2) befindlichen Belüftungstopf (5b) angeordnet ist, gemessenen Druckwerte erfolgt.

8. Sackfüllmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (14) die gemessene Druckdifferenz mit einer Soll-Druckdifferenz (SD) vergleicht und die Soll-Druckdifferenz (SD) einregelt, wobei die Soll-Druckdifferenz in Abhängigkeit von dem Füllgut gewählt wird.

9. Sackfüllmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (14) einen PI-Regler hat.

10. Sackfüllmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen nach einem der Ansprüche 5 bis 9.