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Heinz Till
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Fischbacher Weg 28 6238 Hofheim Volker Till Eichendorffstr. 17 6238
Hofheim "Verfahren zur Bestimmung und/oder Messung der Füllung von flüssigkeitsgefüllten
Behältern und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens" Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Messung der Füllung von flüssigkeitsgefüllten
Behälter} z.B. zylindrischen Behältern wie KEGs.
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In den verschiedensten Industriezweigen werden verschiedenartige
Behälter, z.B. Metallfässer wie KEGs, mit Flüssigkeiten gefüllt.
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In vielen Fällen ist eine Inhaliskontrc? - h dem Füllvorgang notwendig
oder erwünscht, aber wegen der Endurchsichtigkeit des Materials schwierig.
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Es ist bekannt, die Füllhöhen- oder Inhaltskontrolle durch Wiegen
vorzunehmen. Dabei ist es jedoch, um die Füllmenge feststellen zu können, erforderlich,
das Taragewicht der Behälter zu kennen.
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Außerdem erfordert die Ausführung der Füllhöhen- oder Inhaitskontrolle
mittels Wiegen umständliche Manipulationen, weil sowohl die Feststellung des Taragewichtes
als auch die Feststellung des Füllgewichtes zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen
Orten innerhalb einer Abfüllinie geschieht.
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Vielfach soll jedoch lediglich festgestellt werden, ob der gesamte
Innenraum des Behälters mit Flüssigkeit gefüllt ist. Hierzu ist vorgeschlagen worden,
eine Kontrolle mittels Gammastrahlen oder Ultraschall auszuführen. Die Anwendung
von Gammastrahlen ist in der Lebensmittelindustrie wegen der Gefahr von Unfällen
oder der Notwendigkeit von aufwendigen Strahlenschutzmaßnahmen unerwünscht. Die
Messung mittels Ultraschall, insbesondere im Durchlaufverfahren, bei welchem in
einer Zeiteinheit sehr viele Behälter überprüft werden sollen, ist deswegen unbefriedigend,
weil die Durchführung des Meßvorganges sehr umständlich und aufwendig ist und andererseits
durch die Höhentoleranzen des zu messenden Gebindes nicht die gewünschten Ergebnisse
erzielt werden oder die Wandstärken des Behälters keine hinreichende Durchdringung
zulassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches und sicheres
Verfahren zur Bestimmung und/oder Messung der Füllung von . flüssigkeitsgeeüllten
Behältern unter Vermeidung der zuvor erwähnten Nachteile, sowie eine Vorrichtung
zur Durchführung eines solchen Verfahrens, vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man an dem
in einer zu der symmetrischen Ausgangslage um einen Winkel verschwenkten Neigungslage
befindlichen Behälter den von derD z.B. stirnseitigen, Aufstandsfläche des Behälters
auf wenigstens einen, vorzugsweise außermittigen Unterstützungspunkt der Aufstandsfläche
ausgeübten Druck mißt und aus der Abweichung des Druckmeßwertes von einem Bezugswert
die Füllhöhe bestimmt.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Erkenntnis ausgenutztv daß
ein eine Unterfüllung aufweisender Behälter in der symmetrischen Ausgangslage an
allen Punkten seiner Aufstandsfläche im wesentlichen den gleichen Druck auf seine
Unterlage ausübt5 da der von
der Flüssigkeit nicht erfüllte Innenraum
des Behälters im wesentlichen symmetrisch zu der auf der Aufstandsfläche senkrechten
Mittelachse liegt. Beim Kippen oder Schwenken des Behälters in eine Neigungslage
weist dagegen der Unterfüllungsraum, wenn die Schwenkung um einen außerhalb des
Mittelpunktes des Behälters liegenden Punkt oder um den Mittelpunkt, der Behälter
aber Kugelsymmetrie nicht aufweist, aus seiner symmetrischen Lage zur Mittelachse
ausweicht, so daß der von der Aufstandsfläche auf seine Unterlage ausgeübte Druck
je nach Lage des Unterstützungspunktes und Schwenkwinkel von dem Wert in der symmetrischen
Ausgangslage abweicht. Das Maß der Abweichung ist bei vorgegebener Behältergestalt
und -ausbildung und vorgegebenem Schwenkwinkel ein reproduzierbares Maß für den
Füllungsgrad.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß man den Druck bzw. die Abweichung der jeweiligen Druckwerte von einem
jeweiligen Bezugswert an zwei, vorzugsweise außermittigen und diametral zur Behälterachse
liegenden Unterstützungspunkt mißt und die Füllhöhe aus der Differenz bzw. dem Verhältnis
der Druckmeßwerte bzw. der Druckabweichungsmeßwerte voneinander bzw. zueinander
bestimmt. Bei der Messung des Aufstandsdruckes in der symmetrischen Ausgangslage
erhält man dabei, wenn es sich um einen axial-symmetrischen Behälter handelt, an
beiden Unterstützungspunkten den gleichen Druckwert, ihre Differenz wäre gleich
Null, ihr Verhältnis gleich Eins. Nach der Schwenkung des Behälters um einen vorgegebenen
Winkel weichen die an den beiden Unterstützungspunkten gemessenen Druckwerte sowohl
von den Druckwerten in der symmetrischen Ausgangslage als auch voneinander ab. Ihre
Differenz wäre größer oder kleiner als Null, ihr Verhältnis größer oder kleiner
als Eins. Diese Abweichung in der Differenz bzw. im Verhältnis untereinander und/oder
die Differenz bzw. das Verhältnis zu dem jeweiligen Ausgangswert in der Symmetrielage
bzw. die Differenz oder das Verhältnis zu den jeweiligen Werten in der Symmetrielage
stellen ein Maß für den Füllungsgrad dar.
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Besonders signifikante Werte erhält man bei einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn man an dem in der symmetrischen
Ausgangslage befindlichen Behälter den von der Aufstandsfläche des Behälters auf
wenigstens einen Unterstützungspunkt der Aufstandsfläche ausgeübten Druck als den
Bezugswert mißt.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann beispielsweise gekennzeichnet sein durch eine vorzugsweise als Transportbahn,
z.B. Rollentransporter ausgebildete, um eine im wesentlichen horizontale, z.B. seitlich
angeordnete Achse, mit Hilfe einer z.B. als Kolben- Zylinder-Anordnung ausgebildeten
Schwenkeinrichtung schwenkbare Meßplattform mit einem der Aufstandsfläche des Behälters
zuordenbaren, sich auf wenigstens ein z.B. piezoelektrisches Druckmeßelement abstützendes
Druckübertragungselement. Wenn die Transportbahn beispielsweise ein Rollentransporter
ist, kann das Druckübertragungselement von einer oder mehreren Rollen des Rollentransporters
gebildet sein, wobei die Rollenlager sich auf das Druckmeßelement abstützen.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann aber beispielsweise auch gekennzeichnet sein durch eine, vorzugsweise als Transportbahn,
z.B. Rollentransporter, ausgebildete im wesentlichen feststehende Meßplattform mit
wenigstens einer, außermittig an der Aufstandsfläche des Behälters angreifenden
z. B. als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildeten Schwenkeinrichtung, welche in
ihrer Angriffsfläche mit der Aufstandsfläche des Behälters ein, z. B. piezoelektrisches,
Druckmeßelement trägt. Bei dieser Ausgestaltung wird also der Behälter von der Transportbahn
selbst abgehoben und in die gewünschte Neigungslage gebracht.
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Sowohl in der symmetrischen Ausgangslage als auch der Neigungslage
kann durch den Angriff der Schwenkeinrichtung an der Aufstandsfläche des Behälters
selbst die notwendige Druckmessung erfolgen.
Weitere Merkmale, Vorteile
und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung.
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Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale
für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren
Rückbeziehung.
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Es zeigt: Fig. 1 bis 3 einen auszumessenden Behälter in einer symmetrischen
Ausgangslage (Fig. 1) und zwei unterschiedlichen Neigungslagen (Fig. 2 und 3) zur
Erläuterung des erfindungsgemäßen Meßprinzips, Fig. 4 schematisch eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 5 eine
andere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Nach Fig. 1 befindet sich ein Behäl er 1 n diesem rall ein KU zur
Aufnahme von Flüssigkeiten, z. ~~ ~ .,nr aikonelfreien tränken in einer symmetrischen
Ausgangslage, bei welcher sich seine Aufstandsfläche 8 in einer horizontalen Ebene
befindet. In dem dargestellten Fall ist der Innenraum des Behälters 1 nicht vollständig
gefüllt, sondern er weist einen (gestrichelt dargestellten ) Unterfüllungsraum 13
auf, in welchem sich also keine Flüssigkeit befindet. In der symmetrischen Lage
von Fig. 1 liegt der Unterfüllungsraum 13 symmetrisch zur Mittelachse B des im wesentlichen
zylindrischen Behälters 1. Die an den mit Pfeil markierten äußeren Unterstützungspunkten
der Aufstandsfläche 8 auf deren Unterlage ausgeübten Drucke A1 und A2 werden in
diesem Fall einen im wesentlichen gleichen Wert oder einen durch die Behälterkonstruktion
bedingten
Differenzwert haben. Nach dem Kippen oder Schwenken des Behälters 1 um den Mittelpunkt
M (Fig.2) bzw. den mittleren Aufstandspunkt S (Fig. 3) um einen Winkel X bzw. Y
liegt der Unterfüllungsraum 13 asymmetrisch zur Behälterachse B. Offensichtlich
weichen nunmehr die an den genannten Unterstützungspunkten gemessenen Druckwerte
N1 und N2 bzw. N1, und N2' voneinander deutlich jeweils untereinander als auch von
dem Ausgangswert A1 bzw. A2 ab. Sowohl ihr Absolutwert als auch ihre jeweilige Differenz
bzw. ihr jeweiliges Verhältnis bilden ersichtlich ein Maß für den Füllungsgrad.
Der genauere Zusammenhang zwischen den jeweiligen Absolutwerten der in den Unterstützungspunkten
gemessenen Druckwerte N1, N2; N1', N2, in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel X
bzw. Y bei vorgegebener Behälterkonstruktion und vorgegebener Flüssigkeit läßt sich
auf einfache Weise experimentell bestimmen. Jeweils einer der Druckwerte N1, N2
bzw. N1, oder N2, kann seinem Absolutbetrag bereits ein Maß für den Füllungsgrad
sein. Mißt man aber zunächst die Ausgangswerte A1 und/oder A2 und subtrahiert diese
von den Druckmeßwerten N1 bzw. N2, so können dadurch Unregelmäßigkeiten der Behälter
konstruktion und/oder der Flüssigkeitsbeschaffenheit berücksichtigt werden. Aus
dem Vergleich der Zeichnungen von Fig. 2 und Fig. 3, d.h. insbesondere dem Flüssigkeitsanteil
der jeweils links bzw.
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rechts von der vertikalen Symmetrieachse V zu liegen kommt, ergibt
sich bereits optisch, daß bei gleichem Neigungswinkel X=Y bei einer Schwenkung gemäß
Fig. 3 ein günstigerer Meßwert erzielbar ist als gemäß Fig.2.
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Das erfindungsgemäße Meßprinzip hängt jedoch nicht von der genauen
Lage der Schwenkachse ab. So zeigt beispielsweise Fig. 4 eine Vorrichtung, bei der
der Behälter 1 auf einer als Rollentransporter ausgebildeten Meßplattform 2 mit
seiner stirnseitigen Aufstandsfläche 8 stehend um eine seitliche horizontale Achse
3 eines Untergestells 7 geschwenkt wird. Zu diesem Zweck greift an der der Achse
3 gegenüberliegenden Seite der Meßplattform 2 von unten eine als
Kolben-Zylinder-Anordnung
ausgebildete Schwenkanordnung 4 an.
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In der dargestellten Neigungslage kann eine seitliche Anschlagleiste
9 ein Abrutschen des Behälters 1 verhindern. Wenigstens eine der Rollen 5 im Bereich
der Aufstandsfläche 8 weist Rollenlager 14 auf, welche sich auf piezoelektrische
Druckmeßelemente 6 abstützen. Diese Rolle 5 wird dabei als Druckübertragungselement
zur Übertragung des Druckes der Aufstandsfläche 8 auf die Druckmeßelemente 6 verwendet.
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Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 5 befindet sich die Meßplattform 2
auf dem Untergestell 7 in einer im wesentlichen feststehenden horizontalen Lage.
Auch hier ist die Meßplattform 2 als Rollentransporter ausgebildet. Unterhalb der
Meßplattform 2 befindet sich eine in diesem Fall drei Kolben-Zylinder-Anordnungen
10, 11 und 12 aufweisende Schwenkeinrichtung 4. Die Kolben-Zylinder-Anordnungen
können bei ihrer Längenverstellung zwischen den Rollen 5 hindurch an der Aufstandsfläche
8, in diesem Falle winkelsymmetrisch (um 1200 versetzt) jeweils am äußeren Rand
der Aufstandsfläche 8 angreifen und bei gleichmäßiger Verlängerung den Behälter
1 in die symmetrischen Ausgangslage von den Rollen 5 nach oben abheben. Wenigstens
die Kolben- Zylinder-Anordnungen 10 und 12 haben in ihren der Aufstandsfläche 8
des Behälters 1 zugewandten Angriffsflächen piezoelektrische Druckmeßelemente 6.
Mit Hilfe dieser Druckmeßelemente 6 kann der von der Aufstandsfläche 8 ausgeübte
Druck sowohl in der symmetrischen Ausgangslage als auch in einer nachfolgenden Neigungslage
nach beispielsweise einer entsprechenden Verkürzung der Kolben-Zylinder-Anordnung
10 und Verlängerung der Kolben-Zylinder-Anordnung 12 und damit Schwenkung des Behälters
1 um den Aufstandsmittelpunkt S um einen Winkel Y, der jeweilige Aufstandsdruck
über die Druckmeßelemente 6 der Kolben-Zylinder-Anordnungen 10 und 12 gemessen werden,
welche, wie auch die entsprechenden Druckmeßelemente 6 gemäß Fig. 4 ihre Meßwerte
an eine (nicht dargestellte) elektrische Vergleichs- und Auswerteschaltung liefern.
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Es sei darauf hingewiesen, daß, erfolgt ein Vergleich der jeweiligen
Druckmeßwerte mit einem Druckbezugswert, dieser Druckbezugswert nicht derjenige
der symmetrischen Ausgangslage zu sein braucht, sondern beispielsweise auch die
an ein und demselben Unterstützungspunkt bei einer Neigung des Behälters nach einer
Seite um einen geringen Winkel oder auch einer Neigung nach der gegenüberliegenden
Seite gemessenen Druckwerte sein können.
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Bezugszeichenliste: 1 Behälter, insbesondere KEG 2 Maßplattform 3
Achse 4 Schwenkanordnung 5 Druckübertragungselement 6 Druckmeßelement 7 Untergestell
8 Aufstandsfläche 9 Anschlagleiste 10 Kolben-Zylinder-Anordnung 11 Kolben-Zylinder-Anordnung
12 Kolben-Zylinder-Anordnung 13 Unterfüllungsraum 14 Lager
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