DE19951555A1 - Einrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit in Behälter - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit in Behälter (12) umfasst eine Druckmesseinrichtung (20) für die abzufüllende Flüssigkeit sowie eine die Befüllung der Behälter (12) steuernde Dosiersteuereinrichtung (18). Diese ist dazu ausgebildet, zur Befüllung eines Behälters (12) in einer Zeit-Druck-Dosierbetriebsart einen Flüssigkeitsstrom in diesen Behälter (12) für eine vom gemessenen Flüssigkeitsdruck abhängige Zeitdauer freizugeben. Um Unterdosierungen zu vermeiden, wenn ein die abzufüllende Flüssigkeit enthaltender Vorrat (10) nahezu leer ist, dennoch aber der Vorrat (10) rückstandslos geleert werden soll, ist ferner eine Wiegeeinrichtung (24) vorgesehen, um während der Befüllung eines Behälters (12) dessen Gewicht zu messen, wobei die Dosiersteuereinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, in einer wahlweise einstellbaren Wäge-Dosierbetriebsart den Flüssigkeitsstrom in einen der Gewichtsmessung unterzogenen Behälter (12) in Abhängigkeit vom gemessenen Gewicht dieses Behälters (12) und einem vorbestimmten Soll-Gewicht dieses Behälters (12) zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit in Behälter, mit einer Druckmesseinrichtung für die abzufül­ lende Flüssigkeit und einer die Befüllung der Behälter steuernden Dosier­ steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, zur Befüllung eines Behälters in einer Zeit-Druck-Dosierbetriebsart einen Flüssigkeitsstrom in diesen Behälter für eine vom gemessenen Flüssigkeitsdruck abhängige Zeitdauer freizugeben.

Abfüllanlagen, die nach dem Zeit-Druck-Dosierprinzip arbeiten, sind weithin bekannt. Bei diesem Dosierprinzip wird die Öffnungsdauer eines Füllventils der Abfüllanlage rechnerisch ermittelt. Die Berechnung erfolgt auf Grundlage des gemessenen Flüssigkeitsdrucks und gegebenenfalls weiterer Parameter, wie etwa der Temperatur der Flüssigkeit bzw. deren Viskosität. In den Druckmesswert gehen der hydrostatische Flüssigkeits­ druck und gegebenenfalls auch ein Gasdruckanteil ein, sofern die ab­ zufüllende Flüssigkeit in einem Druckbehälter unter einen Gasdruck gesetzt ist. Zusammen mit anlagentechnischen Parametern, wie etwa dem Durchlassquerschnitt des Füllventils, läßt sich hieraus die notwen­ dige Öffnungsdauer des Füllventils ermitteln, um eine gewünschte Flüssigkeitsmenge in den Behälter einzufüllen.

Derartige Zeit-Druck-Abfüllanlagen erlauben eine sehr rasche Befüllung der Behälter und zeichnen sich dementsprechend durch einen hohen Durchsatz und eine gute Wirtschaftlichkeit aus. Obwohl die erzielbaren Dosiergenauigkeiten in aller Regel ausreichend gut sind, können Probleme auftreten, wenn mit der Gefahr gerechnet werden muss, dass z. B. Dichteschwankungen der Flüssigkeit oder Ablagerungen im Abfüllsystem, die den Querschnitt einer Abfüllleitung verändern, auftreten oder dass zusammen mit der Flüssigkeit Gasanteile in die Behälter gelangen, etwa weil die Flüssigkeit zur Schaumbildung neigt oder weil der Flüssigkeits­ strom Gasblasen mitreißt. Hieraus können Fehldosierungen entstehen, die beim Zeit-Druck-Dosierprinzip in situ nicht korrigiert werden können, da die Berechnung der Öffnungsdauer des Füllventils Faktoren wie Schaum­ bildung und mögliche Gaseinschlüsse nicht berücksichtigt und gar nicht berücksichtigen kann. Zwar ist es bekannt, das Taragewicht der leeren Behälter und das Bruttogewicht der fertig befüllten Behälter zu messen und das Nettogewicht zu berechnen und aus etwaigen Abweichungen von einem Soll-Nettogewicht einen Korrekturfaktor zu ermitteln, mit dem die Öffnungsdauer des Füllventils korrigiert wird. Allerdings wirkt sich diese Korrektur erst bei nachfolgenden Behältern aus; diejenigen Behälter, deren gemessenes Gewicht zur Grundlage der Öffnungsdauerkorrektur gemacht wurde, bleiben unkorrigiert und damit mit einem Dosierfehler behaftet. Es wird insoweit bis zum jeweils folgenden In-Prozess-Kontroll­ wägeschritt, der die Richtigkeit der vorgenommenen Korrektur bestätigt, Ausschuss produziert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zur Zeit-Druck-Dosierung geeignete Flüssigkeitsabfüllanlage bereitzustellen, die auch dann eine präzise Dosierung ermöglicht, wenn die Gefahr besteht, dass Unregelmäßigkeiten während des Abfüllvorgangs im Dosierstrom auftreten können, etwa weil z. B. zusammen mit der abzufüllenden Flüssigkeit Gasanteile in die Behäl­ ter gelangen, oder Dichteschwankungen, Viskositätsschwankungen und dgl. auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Einrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit in Behälter erfindungsgemäß vorgesehen, dass ferner eine Wiegeeinrichtung vorgesehen ist, um während der Befüllung eines Behälters dessen Gewicht zu messen, wobei die Dosiersteuereinrichtung dazu ausgebildet ist, in einer wahlweise einstellbaren Wäge-Dosierbetriebsart den Flüssigkeitsstrom in einen der Gewichtsmessung unterzogenen Behälter in Abhängigkeit vom gemesse­ nen Gewicht dieses Behälters und einem vorbestimmten Soll-Gewicht dieses Behälters zu steuern.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen Abfüllbetrieb wahlweise nach dem Zeit-Druck-Dosierprinzip oder nach dem Wäge-Dosierprinzip. Bei Letzterem wird das Gewicht eines Behälters während der Befüllung fortlaufend überwacht. Sobald ein gewünschtes Nettogewicht erreicht ist, wird der Flüssigkeitsstrom in den Behälter gestoppt. Etwaige Gasein­ schlüsse in der eingefüllten Flüssigkeit oder Dichteschwankungen des Abfüllgutes können bei der Wäge-Dosierung das Dosierergebnis nicht verfälschen. Es wird somit ausschließlich die tatsächlich eingefüllte Flüssigkeitsmenge erfasst. Es läßt sich so eine stets hochpräzise Dosie­ rung erzielen, auch dann, wenn kein homogener Flüssigkeitsstrom in die Behälter fließt, sondern zusätzlich Gasanteile etc. vom Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden oder in die Behälter gedrückt werden.

Durch die Wahlfreiheit des Dosierprinzips bietet die erfindungsgemäße Abfülleinrichtung eine hohe Universalität und Einsatzbreite, die es für jeden Einzelfall erlauben, auf das jeweils günstigere Dosierprinzip zurück­ zugreifen. Solange die Gefahr ausgeschlossen werden kann, dass mit dem Flüssigkeitsstrom unerwünschte Gasanteile etc. in die Behälter gelangen oder ähnliche Unregelmäßigkeiten, etwa Dichteschwankungen der Flüssigkeit, auftreten, wird man wegen der hohen Abfüllgeschwindig­ keit zweckmäßigerweise die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart wählen. Muss jedoch damit gerechnet werden, dass der Flüssigkeitsstrom Gasblasen mitreißt oder ähnliche Unregelmäßigkeiten auftreten, wird es aus Grün­ den der Dosiergenauigkeit zweckmäßig sein, auf die Wäge-Dosierbe­ triebsart zurückzugreifen, wenngleich dabei aufgrund der Messträgheit der Waagen oftmals nicht so hohe Abfüllgeschwindigkeiten wie bei der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart erzielbar sind.

Die Dosiersteuereinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den gesamten Füllvorgang eines jeweiligen Behälters wahlweise in der Zeit- Druck-Dosierbetriebsart oder in der Wäge-Dosierbetriebsart zu steuern.

Bei manchen Flüssigsubstanzen wird man bestrebt sein, das Vorrats­ behältnis, aus dem die jeweilige Flüssigsubstanz abgefüllt wird, rück­ standslos zu entleeren. Dies gilt beispielsweise für sehr hochwertige und dementsprechend teure Substanzen, etwa aus dem pharmazeutischen Bereich, von denen bereits einige Gramm so viel kosten können, dass Rückstände im Vorratsbehältnis zu einer erheblichen Einschränkung der Wirtschaftlichkeit führen können. Auch bei hochtoxischen Substanzen wird man auf eine vollständige Entleerung des Vorratsbehältnisses dringen, um bei der Reinigung des Vorratsbehältnisses die toxische Belastung des Reinigungspersonals und der verwendeten Reinigungs­ mittel möglichst gering zu halten. Wenn in solchen Fällen der Füllstand im Vorratsbehältnis bereits so weit abgesunken ist, dass sich nur noch Restbestände der Flüssigkeit im Vorratsbehältnis befinden, besteht die große Gefahr, dass kein homogener Flüssigkeitsstrom mehr erhalten wird, der in die zu befüllenden Behälter strömt, sondern dass die Flüssig­ keit stattdessen nur als unterbrochener Strahl aus dem Vorratsbehältnis herausfließt oder gar nur noch tröpfchenweise in die zu befüllenden Behälter gelangt. Die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart alleine kann dann keine akzeptablen Dosierergebnisse mehr gewährleisten. Um dennoch auch bei den Restbeständen der Flüssigkeit im Vorratsbehältnis eine hohe Dosier­ genauigkeit zu erzielen, sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfin­ dung vor, dass eine Füllgradüberwachungseinrichtung Informationen über den Füllgrad eines die abzufüllende Flüssigkeit enthaltenden Vorrats an die Dosiersteuereinrichtung liefert und dass die Dosiersteuereinrichtung oberhalb eines vorbestimmten Füllgrads des Vorrats den gesamten Füllvorgang jedes Behälters in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart steuert und bei Unterschreiten dieses vorbestimmten Füllgrads bzw. bei Unter­ schreiten einer vorbestimmten Restmenge zumindest eine Endphase des Füllvorgangs jedes nachfolgenden Behälters in der Wäge-Dosierbetriebs­ art steuert. Unter den Begriff Füllgradüberwachung im Sinne der vor­ liegenden Anmeldung soll jede Art der Überwachung des Unterschreitens einer bestimmten Restmenge an Flüssigkeit im Vorrat fallen, so z. B. durch die Überwachung des Gewichts des Vorratsbehälters, oder durch Zählung der Abfüllvorgänge seit dem letzten Befüllen des Vorratsbehäl­ ters etc.

Die unterhalb des vorbestimmten Füllgrads bzw. der vorbestimmten Restmenge des Vorrats zum Einsatz kommende Wäge-Dosierbetriebsart stellt sicher, dass die für jeden Behälter gewünschte Gesamtfüllmenge präzise eingehalten wird. Dies gilt unabhängig davon, ob die Flüssigkeit noch als homogener Strom oder schon als unterbrochener Strahl oder nur noch quasi tröpfchenweise in die Behälter gelangt. Der vorbestimmte Füllgrad des Vorrats wird zweckmäßigerweise so gewählt werden, dass oberhalb dieses Füllgrads mit hoher Gewissheit ein homogener Flüssig­ keitsstrom aus dem Vorrat in die Behälter erhalten wird, der in der Zeit- Druck-Dosierbetriebsart hinreichend gute Dosiergenauigkeiten ermöglicht. Steuerungstechnisch besonders einfach ist es, wenn die Dosiersteuer­ einrichtung bei Unterschreiten des vorbestimmten Füllgrads des Vorrats von der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart auf die Wäge-Dosierbetriebsart umschaltet und den gesamten Füllvorgang jedes nachfolgenden Behälters in der Wäge-Dosierbetriebsart steuert.

Zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms ist es bekannt, ein Schlauch­ quetschventil vorzusehen, mittels dessen der Durchlassquerschnitt eines Füllschlauchs veränderbar ist. Das Schlauchquetschventil weist dabei ein Schlauchquetschorgan auf, das mittels eines von der Dosiersteuereinrich­ tung steuerbaren Antriebs verstellbar ist. Eine besonders präzise und jederzeit reproduzierbare Einstellung des Schlauchquetschorgans lässt sich dann dadurch erreichen, dass der Antrieb ein relativ zu dem Schlauchquetschorgan verstellbares Antriebsorgan aufweist, welches in einer Nockenbahn-Bahnfolger-Verbindung mit dem Schlauchquetschorgan steht. Insbesondere in der Wäge-Dosierbetriebsart ist es erwünscht, den Flüssigkeitsdurchsatz durch den Füllschlauch variieren zu können, etwa zu Zwecken der Grob- und der Feindosierung. Die Nockenbahn bietet dabei eine einfache Möglichkeit, um den Durchsatz zu variieren. Durch geeignete Gestaltung der Nockenbahn sind beliebige Durchsatzprofile mit stetiger oder stufenweiser Durchsatzänderung realisierbar.

Zweckmäßigerweise wird das Schlauchquetschorgan durch eine Schließ­ feder in Richtung auf eine den Füllschlauch vollständig abquetschende Sperrstellung hin vorgespannt sein, wobei es durch den Antrieb gegen die Wirkung der Schließfeder zu öffnen ist. Konstruktionstechnisch einfach ist es, wenn das Antriebsorgan quer zur Verstellrichtung des Schlauchquetschorgans linear verstellbar ist. Wenngleich zur Verstellung des Antriebsorgans verschiedenste Antriebskonzepte denkbar sind, etwa hydraulische, pneumatische oder elektromagnetische, ist das Antriebs­ organ bevorzugt elektromotorisch verstellbar, insbesondere mittels eines Linearmotors. Auf diese Weise sind große Verstellwege bei hoher Dyna­ mik möglich. Zudem sind Elektromotoren präzise regelbar, wobei darüber hinaus insbesondere Linearmotoren kostengünstig sind.

Für die Idee der Nockenbahn-Bahnfolger-Verbindung zwischen dem Schlauchquetschorgan und dem Antriebsorgan wird unabhängig von der Wahlmöglichkeit zwischen Zeit-Druck-Dosierbetriebsart und Wäge- Dosierbetriebsart selbständiger Schutz vorbehalten.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Dosier­ steuereinrichtung Mittel zur Erfassung der Abfüllzeit in Abhängigkeit von der jeweiligen gewichtsmäßig mittels der Wiegeeinrichtung bestimmten Abfüllmenge auf und ist dazu eingerichtet, die ermittelten Abfüllzeit- Abfüllmengen-Informationen auszuwerten, um Soll-Abfüllzeiten für die Befüllung von Behältern in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart zu bestim­ men. Die Zeiterfassungsmittel können in verschiedenen Kalibrierungsmodi der Abfülleinrichtung zum Einsatz gebracht werden. Der einfachste Kalibrierungsmodus ist dadurch charakterisiert, dass während des Wäge- Dosierbetriebs Dosierzeiten in Abhängigkeit vom Wägeergebnis ermittelt werden und diese Dosierzeit-Gewichtsinformationen zur Bestimmung von Sollwerten für die Zeit-Steuerung im nachfolgend einzustellenden Zeit- Druck-Dosierbetrieb ausgewertet werden. Dieser Kalibrierungsmodus hat den Vorteil, dass auch während der Ermittlung der Soll-Abfüllzeiten die Behälter stets korrekt gefüllt werden und somit kein Ausschuss produ­ ziert wird. Entsprechendes gilt für andere Zeitkalibrierungsmodi, bei denen der jeweilige Abfüllvorgang bei Erreichen des Sollgewichts des Behälters beendet wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine Schemaskizze eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abfülleinrichtung,

Fig. 2a den zeitlichen Öffnungsverlauf eines Schlauch­ quetschventils der Abfülleinrichtung der Fig. 1 in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart,

Fig. 2b den zeitlichen Öffnungsverlauf des Schlauchquetsch­ ventils in der Wäge-Dosierbetriebsart der Abfüllein­ richtung und

Fig. 3 schematisch eine mögliche Konstruktion des Schlauchquetschventils.

Die in Fig. 1 gezeigte Abfülleinrichtung dient zum Abfüllen einer Flüssig­ keit aus einem Verteiler 10 in Behälter 12, beispielsweise Ampullen, Vials, Flaschen oder dergleichen. Die Behälter 12, von denen in Fig. 1 nur einer gezeigt ist, werden mittels einer nicht näher dargestellten Trans­ porteinrichtung zu einer Füllstation der Abfülleinrichtung transportiert, wo sie befüllt werden, und anschließend zur Weiterverarbeitung abtrans­ portiert. Die Transporteinrichtung kann zum Transport der Behälter 12 beispielsweise gegenläufig rotierende Transportschnecken aufweisen, deren Schneckengänge Aufnahmen für die Behälter 12 bilden. Einzel­ heiten einer solchen Schnecken-Transporteinrichtung können der WO 83/03235 entnommen werden.

Die Abfülleinrichtung ist zur gleichzeitigen Befüllung mehrerer Behälter 12 ausgebildet, die demgemäß gruppenweise zur Füllstation antransportiert und von dort abtransportiert werden. An den Verteiler 10 sind mehrere Füllschläuche 14 angeschlossen, über die die abzufüllende Flüssigkeit aus dem Verteiler 10 in die Behälter 12 geleitet wird. Die Füllschläuche 14 können in an sich bekannter Weise an ihren freien Enden mit Füllnadeln bestückt sein, die in die Behälter 12 hineingetaucht werden können. Zur Steuerung des Flüssigkeitsstroms durch die Füllschläuche 14 ist jedem der Füllschläuche 14 ein Schlauchquetschventil 16 zugeordnet, mittels dessen durch Quetschung des jeweiligen Füllschlauchs 14 dessen Durchlassquerschnitt veränderbar ist.

Die Schlauchquetschventile 16 sind von einer Steuereinheit 18 steuerbar. Diese kann in zwei verschiedenen Betriebmodi arbeiten, nämlich einer Zeit-Druck-Dosierbetriebsart und einer Wäge-Dosierbetriebsart. In der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart öffnet sie die Schlauchquetschventile 16 für eine Ventilöffnungsdauer, die sie aus der gewünschten Gesamtfüllmenge jedes Behälters 12, dem Flüssigkeitsdruck und weiteren Parametern berechnet, die sich auf die Temperatur und die Viskosität der Flüssigkeit und auf die konstruktiven Gegebenheiten der Abfüllanlage beziehen. Zur Messung des Flüssigkeitsdrucks ist ein Drucksensor 20 vorgesehen, dessen Druckmesswert sich aus dem hydrostatischen Druckanteil der Flüssigkeit und aus einem Gasdruckanteil zusammensetzt, der aus der Unterdrucksetzung des als Druckbehälter ausgebildeten Verteilers 10 mittels einer Gasdruckquelle 22 resultiert.

Fig. 2a zeigt den Zeitverlauf des Durchlassquerschnitts D der Schlauch­ quetschventile 16 in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart. Die Schlauch­ quetschventile 16 werden auf einen konstant bleibenden Durchlassquer­ schnitt D₁ geöffnet und anschließend wieder geschlossen. Die Schräg­ flanken der Kennlinie der Fig. 2a zu Beginn und Ende der Ventilöffnungs­ dauer sind auf die endlichen Öffnungs- und Schließzeiten der Schlauch­ quetschventile 16 zurückzuführen. Die Schrägflanken der Kennlinie sollten gut reproduzierbar sein, um die gewünschten Dosiertoleranzen zu erreichen. Aus diesem Grunde werden bei Zeit-Druck-Füllsystemen in der Regel schnellschließende Ventile eingesetzt.

In der alternativ wählbaren Wäge-Dosierbetriebsart wird die Öffnungs­ dauer der Schlauchquetschventile 16 nicht rechnerisch ermittelt. Statt­ dessen werden die Schlauchquetschventile 16 abhängig vom kontinuier­ lich erfassten Momentangewicht der Behälter 12 gesteuert. Hierzu weist die Abfülleinrichtung den an der Füllstation zur Befüllung bereitstehenden Behältern 12 einzeln zugeordnete Wiegeeinheiten 24 auf, von denen in Fig. 1 nur eine schematisch angedeutet ist. Jede Wiegeeinheit 24 meldet das gemessene Gewicht des auf sie gestellten Behälters 12 an die Steuereinheit 18. Diese vergleicht den aktuellen Gewichtsmesswert mit einem gewünschten Erdgewicht des Behälters 12 und steuert in Ab­ hängigkeit von der auszugleichenden Gewichtsdifferenz das zugehörige Schlauchquetschventil 16. Einzelheiten der Gewichtsmessung und der gewichtsabhängigen Steuerung der Schlauchquetschventile 16 können wiederum der WO 83/03235 entnommen werden.

Fig. 2b zeigt den zeitlichen Öffnungsverlauf der Schlauchquetschventile 16 in der Wäge-Dosierbetriebsart. Zunächst erfolgt eine Öffnung der Schlauchquetschventile 16 auf einen großen Durchlassquerschnitt D₂. Dies entspricht einer Phase der Grobdosierung. Daran schließt sich eine Phase der Feindosierung an, in der der Durchlassquerschnitt auf einen kleineren Wert D₃ reduziert wird. Der Übergang von Grob- auf Feindosie­ rung kann gewichtsabhängig erfolgen, beispielsweise wenn das gemes­ sene Momentangewicht der Behälter einen vorbestimmten Prozentsatz des gewünschten Endgewichts erreicht hat. Denkbar ist auch ein zeit­ abhängiger Wechsel von Grob- auf Feindosierung, nämlich in der Weise, dass dieser Wechsel zu einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Beginn der Grobdosierung stattfindet. Es versteht sich, dass dieser vorbestimmte Zeitpunkt so gewählt werden wird, dass die zum Ende der Phase der Grobdosierung erreichte Füllmenge in den Behältern 12 in jedem Fall geringer als die gewünschte Gesamtfüllmenge ist.

Statt einer stufenweisen Änderung des Durchlassquerschnitts der Schlauchquetschventile ist es selbstverständlich auch möglich, den Durchlassquerschnitt in der Wäge-Dosierbetriebsart kontinuierlich zu ändern. Es sind an sich beliebige Verläufe der zeitlichen Öffnungskenn­ linie der Schlauchquetschventile 16 denkbar.

Die Grundbetriebsart der Abfüllanlage der Fig. 1 ist die Zeit-Druck-Dosier­ betriebsart. Dies hängt damit zusammen, dass in der Zeit-Druck-Dosierbe­ triebsart eine sehr rasche Befüllung der Behälter 12 möglich ist. Bei einigen Substanzen, etwa sehr teuren oder hochtoxischen Substanzen, ist es in der Regel erwünscht, nahezu jeden Tropfen der im Verteiler 10 befindlichen Flüssigkeit in die Behälter 12 abzufüllen. Wenn der Füllstand im Verteiler 10 aber schon so weit abgesunken ist, dass der Verteiler 10 fast leer ist, besteht die Gefahr, dass in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart während der Ventilöffnungsdauer nicht mehr genügend Flüssigkeit in die Behälter 12 strömt, um die gewünschte Gesamtfüllmenge zu erreichen. Stattdessen kann es vorkommen, dass der Flüssigkeitsstrom durch die Füllschläuche 14 mehr oder weniger große Gasblasen mitreißt oder dass der Flüssigkeitsstrom abreißt, weil sich nicht mehr genügend Flüssigkeit im Verteiler 10 befindet. Um der Gefahr von Fehldosierungen zu entge­ hen, die sich in diesem Stadium in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart einstellen können, wird rechtzeitig, bevor aufgrund zu starken Absinkens des Füllstands im Verteiler 10 die Gefahr solcher Fehldosierungen auftritt, von der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart auf die Wäge-Dosierbetriebsart umgeschaltet. Diese Umschaltung kann selbstverständlich vom Bedie­ nungspersonal der Abfülleinrichtung initiierbar sein, wobei dann aber das Bedienungspersonal fortlaufend den Füllstand im Verteiler 10 im Auge behalten muss. Bevorzugt erfolgt deswegen eine automatische Um­ schaltung durch die Steuereinheit 18. Den geeigneten Zeitpunkt zum Betriebsartwechsel kann die Steuereinheit 18 beispielsweise aus den Signalen eines Füllstandssensors 26 ermitteln, der den Füllstand der Flüssigkeit im Verteiler 10 überwacht. Der Füllstandssensor 26 kann so ausgebildet sein, dass er den Ist-Füllstand im Verteiler 10 fortlaufend messen kann und diesen an die Steuereinheit 18 meldet. Zweckmäßiger­ weise wird er aber als Schwellen-Sensor ausgebildet sein, der ein Warn­ signal an die Steuereinheit 18 sendet, wenn der Flüssigkeitspegel im Verteiler 10 eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet. Eine solche Schwelle ist in Fig. 1 mit einer gestrichelten Linie 28 im Verteiler 10 schematisch angedeutet. In Antwort auf das Warnsignal des Füllstands­ sensors 26 schaltet die Steuereinheit 18 dann von der Zeit-Druck-Dosier­ betriebsart auf die Wäge-Dosierbetriebsart um. Es versteht sich, dass diese Umschaltung bereits so früh erfolgen kann, dass noch ein aus­ reichendes Sicherheitspolster besteht, bevor tatsächlich die Gefahr der angesprochenen Fehldosierungen auftritt. Anstelle der Füllstandsüber­ wachung kann irgendeine andere Restmengenüberwachung vorgesehen sein, die zur Erfassung des Unterschreitens einer bestimmten Restmenge im Vorrat geeignet ist.

Nach Umschaltung auf die Wäge-Dosierbetriebsart ist eine vollständige, rückstandsfreie Entleerung des Verteilers 10 möglich, da in der Wäge- Dosierbetriebsart die Schlauchquetschventile 16 nicht für eine vorbe­ stimmte Zeitdauer geöffnet werden, sondern so lange geöffnet bleiben, bis die gewünschte Flüssigkeitsmenge durch die Füllschläuche 14 geflos­ sen ist. Dies kann besonders dann, wenn sich nur noch geringe Flüssig­ keitsreste am Boden des Verteilers 10 befinden, vergleichsweise lang dauern, ermöglicht aber, dass nahezu jeder Tropfen der ursprünglich in den Verteiler 10 eingefüllten Flüssigkeit in die Behälter 12 abgefüllt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist der Verteiler 10 aus einem Ansatzbehälter 30 über ein steuerbares Ventil 32 befüllbar. Es versteht sich, dass das soeben erläuterte Prinzip der Umschaltung von Zeit-Druck- Dosierbetriebsart auf Wäge-Dosierbetriebsart auch dann angewendet werden kann, wenn die Flüssigkeit nicht aus einem Verteiler mit mehre­ ren Füllschläuchen abgefüllt werden soll, sondern aus einem Gefäß, das nur eine einzelweise Befüllung der Behälter 12 erlaubt.

Das in Fig. 3 gezeigte Schlauchquetschventil 16 weist ein im Wesentli­ chen senkrecht zur Längsrichtung des zu quetschenden Füllschlauchs 14 verstellbares Schlauchquetschorgan 34 mit einer in die Wand des Füll­ schlauchs 14 hineindrückenden Quetschklinge 36 auf. Eine Stützbacke 38 stützt den Füllschlauch 14 ab, so dass er bei Annäherung der Quetschklinge 36 nicht ausweicht. Das Schlauchquetschorgan 34 ist durch eine Schließfeder 40 in Richtung auf eine Sperrstellung hin vor­ gespannt, in der es den Füllschlauch 14 vollständig abquetscht und ein Flüssigkeitsstrom durch den Füllschlauch 14 nicht möglich ist. Das Schlauchquetschorgan 34 mit seiner Quetschklinge 36 und die Stütz­ backe 38 können nach Art einer Quetschzange ausgebildet sein, wie sie in der WO 83/03235 gezeigt ist. Der bewegliche Teil der Quetschzange ist dort mittels einer Elektromagnetanordnung gegen die Kraft der Schließfeder verstellbar. Im Unterschied zu einer solchen elektromagneti­ schen Betätigung und auch im Unterschied zu einer denkbaren pneumati­ schen oder hydraulischen Betätigung ist bei dem Schlauchquetschventil 16 der Fig. 3 das Schlauchquetschorgan 34 mittels eines elektromotori­ schen Nockenantriebs 42 betätigbar, um das Schlauchquetschventil 16 zu öffnen und die Quetschung des Füllschlauchs 14 zu reduzieren oder aufzuheben, so dass Flüssigkeit durch den Füllschlauch 14 in den jeweils zu befüllenden Behälter fließen kann. Der Nockenantrieb 42 weist einen von der Steuereinheit 18 steuerbaren Elektromotor 44 auf, mittels dessen ein Nockenelement 46 in einer zur Verstellrichtung des Schlauchquetsch­ organs 34 im Wesentlichen senkrechten Richtung geradlinig verstellbar ist. Das Nockenelement 46 weist eine Nockenbahn 48 auf, an der ein Bahnfolger 50 beispielsweise in Form einer am Schlauchquetschorgan 34 drehbar gelagerten Scheibe anliegt. Durch die Schließfeder 40 und die hieraus resultierende Vorspannung auf das Schlauchquetschorgan 34 wird der Bahnfolger 50 in ständigem Eingriff mit der Nockenbahn 48 gehalten. Bei einer Verstellung des Nockenelements 46 in der mit einem Pfeil 52 bezeichneten Richtung rollt der Bahnfolger 50 an der Nocken­ bahn 48 ab und bewirkt eine gleichzeitige Verstellung des Schlauch­ quetschorgans 34 in der durch einen Pfeil 54 bezeichneten Richtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 weist die Nockenbahn 48 eine zur Verstellrichtung 52 schräg geneigte Rampenfläche 49 auf. Es ist denkbar, dass die beiden Ventilendstellungen, also die Sperrstellung des Schlauchquetschorgans 34 und die den Füllschlauch 14 vollständig freigebende Öffnungsstellung des Schlauchquetschorgans 34, im Bereich der Rampenfläche 49 liegen, d. h. dass der maximale Bewegungshub des Nockenelements 46 so eingestellt ist, dass der Bahnfolger 50 stets im Bereich der Rampenfläche 49 bleibt und diese nie verlässt. Falls der Bahnfolger 50, das Nockenelement 46 und der Elektromotor 44 nicht in selbsthemmender Verbindung stehen und der Elektromotor 44 keine ausreichende Haltekraft besitzt, müsste dann aber der Elektromotor 44 ständig bestromt werden, um das Schlauchquetschorgan 34 konstant in einer den Füllschlauch 14 mindestens teilweise öffnenden Stellung halten zu können. Dies kann dadurch vermieden werden, dass die Rampenfläche 49 durch mindestens eine im Wesentlichen parallel zur Verstellrichtung 52 verlaufende, geradlinige Stufenfläche 56 ergänzt wird, die eine Raststellung für das Schlauchquetschorgan 34 definiert. Wenn der Bahnfolger 50 an einer solchen Stufenfläche 56 anliegt, kann der Elek­ tromotor 44 stromlos gemacht werden; dennoch wird das Schlauch­ quetschorgan 34 in der zugehörigen Raststellung gehalten. Wenn in der Wäge-Dosierbetriebsart eine stufenweise Änderung des Durchsatzes durch den Füllschlauch 14 gewünscht ist, können durchaus mehrere solcher Stufenflächen 56 am Nockenelement 46 vorgesehen werden, die durch Rampenflächenabschnitte miteinander verbunden sind. In der den Füllschlauch 14 vollständig abquetschenden Sperrstellung des Schlauch­ quetschorgans 34 kann der Kontakt zwischen dem Bahnfolger 50 und der Nockenbahn 48 aufgehoben sein, da die zum Abquetschen des Füllschlauchs 14 notwendige Kraft vollständig von der Schließfeder 40 aufgebracht wird und der Nockenantrieb 42 nur zum Öffnen des Schlauchquetschventils 16 benötigt wird.

Es versteht sich, dass an sich beliebige Gestaltungen der Nockenbahn 48 möglich sind, mit denen sich verschiedenste Abhängigkeiten zwischen der Position des Nockenelements 46 und dem resultierenden Öffnungs­ grad des Schlauchquetschventils 16 realisieren lassen.

Der Nockenantrieb 42 hat den Vorteil, dass sich mit ihm das Schlauch­ quetschventil 16 sehr genau, schnell und mit hoher Reproduzierbarkeit in eine gewünschte Stellung einstellen lässt. Die elektromotorische Betäti­ gung ermöglicht eine hohe Dynamik. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Elektromotor 44 von einem Linearmotor gebildet ist. Es versteht sich jedoch, das auch andere Motortypen verwendet werden können, etwa ein Servomotor.

Es sei darauf hingewiesen, dass das Nockenelement 46 gemäß Fig. 3 bei einer abgewandelten Ausführungsform durch ein anderes Nockenelement ersetzt sein kann, welches zur Steuerung des Schlauchquetschorgans 34 beispielsweise eine Drehbewegung um eine betreffende Drehachse oder ggf. eine hin- und hergehende Schwenkbewegung ausführt.

Ein Schlauchquetschventil nach der Erfindung, insbesondere in der Bauart gemäß Fig. 3 oder ggf. in der vorstehend angesprochenen abgewandel­ ten Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Schließvorgang und der Öffnungsvorgang sehr schnell ablaufen können, was insbesondere für die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart wichtig ist, damit enge Dosiertoleranzen eingehalten werden können. Darüber hinaus bietet das Schlauchquetsch­ ventil nach der Erfindung die Möglichkeit, den Durchlassquerschnitt des Füllschlauchs präzise und reduzierbar vom Maximalwert auf einen kleine­ ren Wert einzustellen, was für die Wäge-Dosierbetriebsart von Bedeutung ist, um eine "Füllkennlinie" realisieren zu können, wie sie z. B. in Fig. 2b dargestellt ist.

Die Einrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit nach der Erfin­ dung kommt somit für beide Dosierbetriebsarten, nämlich Zeit-Druck- Dosierbetriebsart und Wäge-Dosierbetriebsart, mit einem steuerbaren Ventil, vorzugsweise Schlauchquetschventil 16 nach der Erfindung pro Abfüllstelle aus. Hierin liegt insofern eine Besonderheit, als bisherige Systeme für Wäge-Dosierung mit anderen Füllventilkonstruktionen ausgerüstet wurden, als Zeit-Druck-Dosiersysteme. Die konventionell für die Wäge-Dosierung verwendeten insbesondere zweistufigen Ventile weisen zwar eine relativ gute Wegsteuerungsgenauigkeit bzw. Quer­ schnittsdrosselungsgenauigkeit auf, nicht jedoch die für die Zeit-Druck- Dosierung erforderliche Dynamik bzw. Schnelligkeit beim Öffnungs- und Schließvorgang. Andererseits konnten mit den für das Zeit-Druck-Dosie­ ren optimierten schnell schließenden Ventilsystemen üblicherweise keine Querschnittsdrosselungsgenauigkeiten erzielt werden, wie sie für das Wäge-Dosieren gefordert sind.

Durch die Verwendung jeweils ein und desselben Ventils pro Abfüllstelle für beide wahlweise einstellbaren Dosierbetriebsarten wird folgende Verfahrensweise nach der Erfindung möglich. Zu Beginn des Abfüllens eines Ansatzes oder einer Charge in Behälter 12 wird zunächst die Wäge- Dosierbetriebsart gewählt, wobei die Dosiersteuereinrichtung die jeweilige Füllzeit betreffender Behälter 12 in Abhängigkeit von den beim Wäge- Dosieren eingestellten Zuständen des betreffenden Dosierventils 16 und ggf. weiterer Parameter, etwa den mit dem Sensor 20 gemessenen Druck erfasst, um auf der Basis dieser Zeiterfassungs- und Ventilzustandsinfor­ mationen die Steuerzeiten für die nachfolgend einzustellende Zeit-Druck- Dosierbetriebsart zu berechnen und die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart dann entsprechend durchzuführen. Dem vorstehend genannten Aspekt der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass in der Wäge-Dosierbetriebsart Systemparameter ermittelt werden können, die dann zur Steuerung der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart auf ein und derselben Dosiereinrichtung genutzt werden können.

Wie erwähnt, bietet es sich an, beim Abfüllen einer jeweils neuen Charge zunächst die Wäge-Dosierbetriebsart zu wählen, um gleich zu Beginn korrekte Dosierergebnisse ohne Ausschussproduktion zu erhalten und gleichzeitig Informationen für eine optimierte Steuerung des folgenden Zeit-Druck-Dosierens zu gewinnen. Andererseits ist es auch möglich, die zunächst gewählte Zeit-Druck-Dosierbetriebsart zu unterbrechen, um zwischenzeitlich die Wäge-Dosierbetriebsart zu nutzen, um die Parameter für die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart zu überprüfen und ggf. zu korrigieren, so dass dann wieder die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart mit entsprechend korrigierten Steuerungsparametern ablaufen kann.

Eine weitere Verfahrensvariante zur Ermittlung von Prozesssteuerungs­ parametern für die Zeit-Druck-Dosierbetriebsart besteht darin, einen betreffenden Behälter während eines bestimmten Zeitintervalls unter definierten Ventilöffnungsbedingungen (normalerweise maximale Ventil­ öffnung) zu befüllen, wobei jedoch noch nicht die Soll-Füllmenge erreicht werden soll. Das Zeitintervall kann beispielsweise so abgeschätzt sein, dass unter den gegebenen Bedingungen maximal 80% der Soll-Füllmenge des betreffenden Behälters erreicht wird. Nach Ablauf dieses Zeitinter­ valls erfolgt dann unter Kontrolle der Dosiersteuereinrichtung eine Brutto­ wägung des Behälters, um die Gewichtszunahme aufgrund der Befüllung während des bestimmten Zeitintervalls festzustellen. Sofern nicht von einem im Voraus bekannten Taragewicht der Behälter ausgegangen werden kann, wird der Befüllung des betreffenden Behälters in der hier beschriebenen Betriebsart eine Tarawägung vorauszustellen sein. Aus dem Ergebnis der Bestimmung des Gewichts der während des bestimm­ ten Zeitintervalls in den betreffenden Behälter eingefüllten Flüssigkeits­ menge und ggf. weiterer Systemparameter, wie etwa dem Abfülldruck der Flüssigkeit, ermittelt die Dosiersteuereinrichtung dann die Ventilöff­ nungszeiten für die nachfolgend einzustellende Zeit-Druck-Dosierbetriebs­ art. Der während des bestimmten Zeitintervalls nur teilweise, beispiels­ weise bis auf 80% der Soll-Füllmenge aufgefüllte Behälter wird schließ­ lich in der Wäge-Dosierbetriebsart bis auf den Dosiersollwert gefüllt, so dass die zuvor geschilderte Ermittlung von Steuerparametern für die Zeit- Druck-Dosierbetriebsart nicht mit Ausschussproduktion verbunden ist. Normalerweise wird man mehrere Behälter 12 in der vorstehend be­ schriebenen Weise behandeln, um eine statistische Auswertung der dabei erhaltenen Ergebnisse zum Zwecke der Bestimmung von Steuerparame­ tern durchführen zu können.

Die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung erlaubt somit die Durchführung unterschiedlicher Verfahren, bei denen bei der Abfüllung einer Charge oder eines Vorrats die Dosierbetriebsart gewechselt wird, um von den oben beschriebenen Vorteilen Gebrauch zu machen.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die vorhandenen Waagen bei der Dosiereinrichtung nach der Erfindung auch in konventioneller Weise zur In-Prozess-Kontrolle beim Zeit-Druck-Dosieren verwendet werden können. Dabei wird stichprobenweise eine Tarawägung und eine Bruttowägung an den betreffenden Behältern durchgeführt. Falls das Wägeergebnis eine Abweichung vom Sollwert ergibt, korrigiert die Dosiersteuereinrichtung die Ventilöffnungszeiten in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart in der Weise, dass einer solchen Abweichung entgegengewirkt wird.

Claims (10)

1. Abfülleinrichtung zum dosierten Abfüllen einer Flüssigkeit in Behäl­ ter (12), mit einer Druckmesseinrichtung (20) für die abzufüllende Flüssigkeit und einer die Befüllung der Behälter steuernden Dosier­ steuereinrichtung (18), welche dazu ausgebildet ist, zur Befüllung eines Behälters (12) in einer Zeit-Druck-Dosierbetriebsart einen Flüssigkeitsstrom in diesen Behälter (12) für eine vom gemessenen Flüssigkeitsdruck abhängige Zeitdauer freizugeben, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Wiegeeinrichtung (24) vorgesehen ist, um während der Befüllung eines Behälters (12) dessen Gewicht zu messen, wobei die Dosiersteuereinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, in einer wahlweise einstellbaren Wäge- Dosierbetriebsart den Flüssigkeitsstrom in einen der Gewichts­ messung unterzogenen Behälter (12) in Abhängigkeit vom gemes­ senen Gewicht dieses Behälters (12) und einem vorbestimmten Soll-Gewicht dieses Behälters (12) zu steuern.

2. Abfülleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiersteuereinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, den gesamten Füllvorgang eines Behälters (12) wahlweise in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart oder in der Wäge-Dosierbetriebsart zu steuern.

3. Abfülleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiersteuereinrichtung (18) dazu ausgebildet ist, eine erste Phase des Füllvorgangs eines Behälters (12) in der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart und eine an­ schließende Restphase des Füllvorgangs dieses Behälters (12) in der Wäge-Dosierbetriebsart zu steuern.

4. Abfülleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllgradüberwachungsein­ richtung (26) Informationen über den Füllgrad eines die abzufül­ lende Flüssigkeit enthaltenden Vorrats (10) an die Dosiersteuer­ einrichtung (18) liefert und dass die Dosiersteuereinrichtung (18) oberhalb eines vorbestimmten Füllgrads des Vorrats (10) den gesamten Füllvorgang jedes Behälters (12) in der Zeit-Druck-Do­ sierbetriebsart steuert und bei Unterschreiten dieses vorbestimm­ ten Füllgrads zumindest eine Endphase des Füllvorgangs jedes nachfolgenden Behälters (12) in der Wäge-Dosierbetriebsart steu­ ert.

5. Abfülleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiersteuereinrichtung (18) bei Unterschreiten des vorbestimmten Füllgrads des Vorrats (10) von der Zeit-Druck-Dosierbetriebsart auf die Wäge-Dosierbetriebsart umschaltet und den gesamten Füllvorgang jedes nachfolgenden Behälters (12) in der Wäge-Dosierbetriebsart steuert.

6. Abfülleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung des Durchlass­ querschnitts eines Füllschlauchs (14) ein Schlauchquetschventil (16) vorgesehen ist, dessen Schlauchquetschorgan (34) mittels eines von der Dosiersteuereinrichtung (18) steuerbaren Antriebs (42) verstellbar ist, wobei der Antrieb (42) ein relativ zu dem Schlauchquetschorgan (34) verstellbares Antriebsorgan (46) aufweist, welches in einer Nockenbahn-Bahnfolger-Verbindung (48, 50) mit dem Schlauchquetschorgan (34) steht.

7. Abfülleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchquetschorgan (34) durch eine Schließfeder (40) in Richtung auf eine den Füllschlauch (14) vollständig abquetschende Sperrstellung hin vorgespannt ist und durch den Antrieb (42) gegen die Wirkung der Schließfeder (40) zu öffnen ist.

8. Abfülleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (46) quer zur Verstellrichtung (54) des Schlauchquetschorgans (34) linear ver­ stellbar ist.

9. Abfülleinrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsorgan (46) elektromo­ torisch verstellbar ist, insbesondere mittels eines Linearmotors (44).

10. Abfülleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiersteuereinrichtung (18) insbesondere in der Wäge-Dosierbetriebsart einzusetzende Mittel zur Erfassung der Abfüllzeit in Abhängigkeit von der jeweiligen gewichtsmäßig mittels der Wiegeeinrichtung (24) bestimmten Abfüllmenge aufweist und dazu eingerichtet ist, die ermittelten Abfüllzeit-Abfüllmengeninformationen auszuwerten, um Soll-Abfüll­ zeiten für die Befüllung von Behältern (12) in der Zeit-Druck-Do­ sierbetriebsart zu bestimmen.