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Die
Erfindung betrifft eine Maschine zur gewichtsabhängigen Füllung von Behältern, das
heißt eine
Maschine, bei der das Ende des Füllens
des Behälters
in Abhängigkeit
vom Gewichtsverlauf des Behälters
bestimmt wird, um eine vorbestimmte Produktmenge darin zu erhalten.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung eine Maschine zur gewichtsabhängigen Füllung jener
Art, bei der ein zu füllender
Behälter
von einer Greifvorrichtung getragen wird, die durch einen Kraftsensor
gestützt
wird, und jener Art, bei der der Kraftsensor aus einem verformbaren
Teil besteht, das ein mit einem Rahmen verbundenes Basisende und
ein Grenzflächenende,
an dem die Greifvorrichtung befestigt ist, aufweist.
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Eine
solche Maschine wird zum Beispiel in der Patentschrift FR-A-2.770.292
beschrieben.
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Bei
dieser Maschinenart wird der Behälter von
einer Greifvorrichtung getragen, bei der es sich um eine Zange handeln
kann, die den Behälter
am Hals ergreifen kann, wie in der oben genannten Schrift, oder
um einen Sattel, auf den der Behälter angeordnet
wird. In den beiden Fällen
weist die Greifvorrichtung allgemein komplementäre Mittel zur Führung des
Behälterkörpers auf,
um eine genaue Positionierung zu gewährleisten.
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Natürlich muss
die Vorrichtung zum Greifen des Behälters durch den Kraftsensor
gestützt
werden, damit dieser Letztere vollständig dem Gewicht des Behälters unterworfen
wird, ohne das er dort nicht auf andere Teile der Maschine einwirken
kann.
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Des
Weiteren werden alle Kräfte,
die die Greifvorrichtung beaufschlagen, vollständig auf den Sensor übertragen.
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Es
kann jedoch zu Fehlfunktionen der Behälterübertragungsmittel kommen, die
es gestatten, den leeren Behälter
auf die Greifvorrichtung zuzuführen und
nach Beendigung des Füllens
wieder davon zurückzuziehen.
Solche Fehlfunktionen können
dann darin zum Ausdruck kommen, dass große Kräfte auf die Greifvorrichtung
und somit auf den Sensor ausgeübt
werden. Es ist aber ein Kraftsensor vorgesehen, der Kräfte bezüglich des
Gewichts der Behälter,
das er misst, aufnehmen kann. Darüber hinaus kann er nicht umkehrbare
Verformungen erfahren, die ihn funktionsunfähig machen und sogar zu seinem
Bruch führen
können.
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Somit
besteht ein Gegenstand der Erfindung in der Bereitstellung eines
neuen Konzepts für
eine Maschine zur gewichtsabhängigen
Füllung,
die es gestattet, den Sensor wirksam zu schützen, ohne in keiner Weise
seine Messgenauigkeit zu beeinträchtigen.
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Gemäß diesem
Ziel stellt die Erfindung eine Maschine der oben beschriebenen Art
bereit, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung über elastische
Mittel mit dem Grenzflächenende verbunden
ist, wobei die elastischen Mittel die Greifvorrichtung in eine Normalstellung
vorbelasten, in der sie an einer Stützfläche anliegt, die mit dem Grenzflächenende
verbunden ist, und dass sich die Greifvorrichtung bezüglich des
Grenzflächenendes
entgegen den elastischen Mitteln in eine Schutzrichtung bis in eine
Anschlagstellung bewegen kann, in der sie mit einer mit dem Rahmen
verbundenen Anschlagsfläche
in Kontakt kommt.
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Gemäß weiteren
Merkmalen der Erfindung:
- – ist die Greifvorrichtung
so am Grenzflächenende angebracht,
dass sie sich bezüglich
des Grenzflächenendes
in einer Schutzrichtung zwischen ihrer Normalstellung und ihrer
Anschlagstellung verschieben kann;
- – verläuft die
Schutzrichtung im Wesentlichen horizontal;
- – erstreckt
sich die Greifvorrichtung von dem Grenzflächenende in Schutzrichtung
so, dass der Behälter
bezüglich
des Sensors freitragend ist;
- – ist
die Greifvorrichtung verschiebbar an einer fest mit dem Grenzflächenende
des Sensors verbundenen zylindrischen Führungsstange angebracht;
- – sind
Mittel zur Verhinderung einer Drehung der Greifvorrichtung bezüglich des
Sensors um die Achse der Führungsstange
vorgesehen;
- – ist
der Gewichtssensor ein Kunstantmoment-Sensor, der in Form eines
Körpers
ausgebildet ist, der mit mindestens einer mittleren Aussparung versehen
ist, so dass die beiden Enden durch im Wesentlichen parallele Querträger miteinander
verbunden sind, deren Verbindungsstellen mit den Enden verformbar
sind, um Gelenkpunkte zu bilden, und dass die Querträger im Wesentlichen
parallel zur Schutzrichtung verlaufen;
- – begrenzen
die Greifvorrichtung und der Rahmen zwischen sich eine dichte Kammer,
in der der Kraftsensor angeordnet ist;
- – wird
die Dichtigkeit der Kammer durch einen Faltenbalg gewährleistet,
der die Greifvorrichtung mit dem Rahmen verbindet.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei Lektüre der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung
sowie in den beigefügten
Zeichnungen offensichtlich; darin zeigen:
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1 eine
auseinander gezogene perspektivische Ansicht der Hauptelemente einer
Wägestation
für eine
Füllmaschine
gemäß den Lehren
der Erfindung;
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2 und 3 Schnittansichten
der Wägestation
nach 1, wobei sich diese in normaler Gebrauchsstellung
bzw. in Schutzstellung befindet.
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In
den 1 bis 3 sind die Hauptelemente einer
Wägestation
für eine
Maschine zur gewichtsabhängigen
Füllung
von Behältern
dargestellt. Die Maschine kann zum Beispiel eine rotierende Karussellmaschine
sein, bei der das Karussell mit mehreren Stationen zum Füllen von
Behältern
ausgestattet ist, wobei jede Füllstation
insbesondere eine Wägestation,
einen Füllausguss
und einen Verteilkreis mit einem Ventil aufweist, das in Abhängigkeit
von dem Gewicht des Behälters
gesteuert wird.
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Die
Wägestation
weist im Wesentlichen eine Vorrichtung 50 zum Greifen des
Behälters 52 auf,
der über
einen Kraftsensor 10 an einem Rahmenelement des Karussells
befestigt ist.
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Der
Kraftsensor 10 ist ein Sensor mit verformbarem Körper der
als „Konstantmoment"-Sensor bezeichneten
Art.
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Dieser
Sensor weist einen Metallkörper 12 auf,
der im Wesentlichen die Form einer Platte besitzt und mit einer
mittleren Aussparung 14 versehen ist. Diese Aussparung 14 begrenzt
im Körper 12 vier
Seiten, zwischen denen eine Basisstütze 16, die die Befestigung
des Sensors an einem Rahmenelement des Karussells gewährleistet,
und eine Grenzflächenstütze 18,
die mit der Vorrichtung 50 zum Greifen des zu wiegenden
Behälters 52 verbunden
werden soll, gebildet wird.
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Die
beiden Stützen 16, 18 sind
vorzugsweise im Wesentlichen vertikal ausgerichtet. Die beiden anderen
durch die Aussparung 14 begrenzten Seiten bilden im Wesentlichen
horizontale Querträger 20, die
die beiden Stützen
miteinander verbinden. Die Aussparung 14 ist derart ausgebildet,
dass die Verbindungsbereiche 22 zwischen den Querträgern 20 und
den Stützen 16, 18 verdünnt und
somit besonders verformbar bezüglich
der anderen Seiten sind, von denen man zum Vergleich annehmen kann,
dass sie formstabil sind.
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Der
Körper 12 des
Sensors bildet somit ein Viereck, das sich wie ein Parallelogramm
verformen kann, wenn an die Grenzflächenstütze 18 eine Last angelegt
wird.
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Der
Körper 12 des
Sensors ist in einer vertikalen Ebene angeordnet, und der Sensor
verformt sich unter der Wirkung des Gewichts des Behälters nur
in seiner Ebene. Bei einem solchen Sensor können Dehnungsmessstreifen auf
den verdünnten
Bereichen 22 angeordnet werden, die ein Gelenk bilden, um
in Abhängigkeit
von ihrer Verformung die Größe der an
den Sensor angelegten Kraft, im vorliegenden Fall dem Gewicht des
Behälters,
ableiten zu können.
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Die
Greifvorrichtung 50 weist unter anderem einen Behälterhalter 54,
der an die Form des zu füllenden
Behälters 52 angepasst
ist, ein Verbindungslager 56, das die Verbindung zwischen
der Greifvorrichtung und dem Sensor gestattet, und einen zwischen
dem Behälterhalter 54 und
dem Verbindungslager 56 angeordneten Zwischenkopf 58 auf.
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Eine
mittlere Stange 60 ist so in die Grenzflächenstütze 18 des
Sensors geschraubt, dass sie sich horizontal entlang seiner Achse
A1 in der Ebene des Sensors und nach vorne davon, das heißt in der
zum Rahmen entgegengesetzten Richtung, erstreckt. Diese Stange 60 weist
freitragend bezüglich
des Sensors zwei rotationszylindrische Lagerflächen 62 auf, die durch
einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 64 horizontal
getrennt sind.
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Das
Verbindungslager 56 ist im Wesentlichen rotationszylindrisch
und mit einer mittleren Bohrung 65 versehen, die seine
Montage an der Stange 60 gestattet. Vorzugsweise wird diese
Montage durch Zwischenschaltung eines Rings 66 mit geringem
Reibungskoeffizienten durchgeführt,
der zusammen mit dem Vorhandensein zweier Lagerflächen 62 mit
verminderter Länge
eine große
Bewegungsfreiheit des Verbindungslagers 56 auf der Stange 60 gewährleisten
kann. Das Lager 56 kann somit axial auf der Stange 60 gleiten.
Die Rückseite 68 des
Lagers 56 weist zwei Aufnahmen 70 auf, die auf
beiden Seiten der Achse A1 in einer vertikalen Ebene angeordnet
sind und elastische Stopfen oder Druckfedern 72 aufnehmen
sollen. Die elastischen Stopfen sind größer bemessen als die Aufnahmen 70,
so dass sie sich axial nach hinten über die Rückseite 68 des Lagers
hinaus erstrecken, um am Vorderrand 74 der Grenzflächenstütze 18 des
Sensors 10 zur Anlage zu kommen.
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Somit
neigen die elastischen Stopfen dazu, das Lager axial nach vorne
vorzubelasten. Unter der Wirkung der Stopfen 72 befindet
sich das Lager 56 somit durch seine Vorderseite 76 axial
in Anlage an einem elastischen gespaltenen Ring 78, der
in einer Kehle am vorderen Ende der Stange 60 angebracht ist
und eine mit der Stange 60 und somit mit der Grenzflächenstütze 18 des
Sensors 10 verbundene Stützfläche bildet.
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Um
jegliche Drehung des Lagers 56 um die Achse A1 der Stange 60 zu
vermeiden, ist zu sehen, dass der vordere Rand 74 des Sensors
die Form eines vertikal länglichen
Parallelepipeds aufweist und so eine Art Zapfen 73 bildet,
der in einer komplementären
vertikalen Kehle 75, die in der Rückseite 68 des Lagers 56 ausgebildet
ist, aufgenommen werden soll. Der Zapfen 73 ist als ein
eine verminderte Dicke aufweisendes Vorderende des Körpers 12 des
Sensors ausgestaltet. Der Zapfen 73 und die Kehle 75 verhindern
jegliche Drehung des Lagers bezüglich des
Sensors 10 um die Achse A1, ohne dass dadurch das relative
axiale Gleiten der beiden Teile verhindert wird.
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Für die Verbindung
zwischen dem Lager 56 und der Stange 60 und für die drehsichere
Verbindung zwischen dem Zapfen 73 und der Kehle 75 versucht
man, das Betriebsspiel zu begrenzen, ohne dadurch eine merkliche
Spannkraft einzuführen.
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Der
Zwischenkopf 58 der Greifvorrichtung 50 ist durch
ein beliebiges geeignetes Mittel, zum Beispiel mit Hilfe von einfachen
Schrauben, an der Vorderseite 76 des Lagers 56 befestigt.
Der Behälterhalter 54 wiederum
ist vorzugsweise mit Hilfe von Schnellbefestigungsmitteln, wie zum
Beispiel einer „Vierteldrehungs"-Schraube 80,
an der Vorderseite des Zwischenkopfs 58 befestigt. Diese
Befestigungsart gestattet einen schnellen Wechsel des Behälterhalters 54,
wenn die Form der zu füllenden
Behälter gewechselt
werden soll.
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In
dem dargestellten Beispiel handelt es sich bei den zu füllenden
Behältern
um PET-Flaschen (PET – Polyethylenterephthalat),
deren Hals mit einem Bund und über
dem Bund mit einer Greifkehle versehen ist. Der Behälterträger 54 weist
dann eine obere Zange 82 auf, die den Hals der Flasche
durch Ineingriffnahme des Greifbunds ergreift, so dass die Flasche
aufgehängt
ist. Des Weiteren weist der Behälterhalter
einen Führungsbügel 84 auf,
der mit dem Flaschenkörper
dahingehend zusammenwirkt, ihn direkt in der Lotrechten der oberen
Zange 82 zu halten.
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Jedoch
könnte
die Erfindung auch mit einem Behälterhalter
in Form eines Sattels durchgeführt werden,
auf den der zu füllende
Behälter
einfach angeordnet wird. Der Sattel könnte natürlich auch einen Bügel zur
Führung
des Körpers
aufweisen und vorteilhafterweise mit einer am Hals wirkenden Zentriereinrichtung
versehen sein.
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Infolge
der gerade beschriebenen Montage versteht sich, dass sich die ganze
Vorrichtung 50 zum Greifen der Behälter wie ein einstückiges Teil verhält, das
sich bezüglich
des Sensors 10, jedoch entgegen der Wirkung der elastischen
Stopfen 72, axial bewegen kann.
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Es
werden vorzugsweise Stopfen 72 ausgewählt, deren Steifigkeit dazu
ausreicht, das Lager 56 dauerhaft während des normalen Betriebs
der Maschine, einschließlich
des Moments des Ineingriffbringens und des Außereingriffbringens des Behälters an/von
der Greifvorrichtung, am elastischen Ring 78 zu halten.
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Die
gesamten Kräfte,
mit denen die Greifvorrichtung beaufschlagt wird, werden jedoch
entweder durch die Vorbelastung der elastischen Stopfen 72 oder
durch die Vorbelastung der Stange 60 auf den Sensor übertragen.
Deshalb kann der Sensor das Gewicht des Behälters messen, der von der Greifvorrichtung
getragen wird, und er gestattet somit die Bestimmung der Produktmenge,
die durch den Füllausguss
in den Behälter
eingegossen wird.
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Wenn
jedoch an der Greifvorrichtung eine zu große Kraft angelegt wird und
diese Kraft eine große Komponente
entlang einer Richtung aufweist, die dazu neigt, die Greifvorrichtung
zurückzubewegen, kann
sich Letztere auf der Stange 60 axial nach hinten verschieben.
Dadurch komprimiert sie die Stopfen 72.
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Gemäß der Erfindung
kann sich die Greifvorrichtung somit so weit zurückbewegen, bis sie an eine
Anschlagsfläche
stößt, die
mit dem Rahmen des Karussells verbunden ist.
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Im
vorliegenden Fall ist zu sehen, dass die Wägestation ein Gehäuse 86 aufweist,
das rotationsröhrenförmig zur
Achse A1 und an seinem vorderen Ende offen ist. Das Gehäuse 86 ist
so am Rahmen 85 befestigt, dass es ein Element dieses Rahmens
bildet.
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Der
Sensor 10 ist im Inneren der zylindrischen Kammer 94 aufgenommen,
die so im Inneren des Gehäuses 86 begrenzt
wird und deren Basisstütze 16 an
einer hinteren Wand 88 des Gehäuses 86 befestigt
ist. Zur ordnungsgemäßen Positionierung des
Sensors 10 bezüglich
des Gehäuses 86 und
des Rahmens 85 ist zu sehen, dass die Basisstütze 16 des
Sensors einen Positionieransatz 89 aufweist, der unter
Festklemmen in einer komplementären
Aussparung 91 der hinteren Wand 91 des Gehäuses 86 aufgenommen
ist.
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Es
ist zu sehen, dass sich nur der als Zapfen 73 ausgebildete
Vorderteil des Sensors 10 außerhalb des Gehäuses 86 vor
einem kreisförmigen
Vorderrand 90 davon erstreckt.
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Wie
in 2 zu sehen, besteht in vorgerückter Position der Greifvorrichtung
ein Axialspiel „j" zwischen der Rückseite 68 des
Lagers 86 und dem Vorderrand 90 des Gehäuses 86.
Wenn sich die Greifvorrichtung jedoch um einen Abstand „j" zurückbewegt
hat, liegt das Lager am Gehäuse
und somit am Rahmen an, wie dies in 3 dargestellt
ist. Wenn sich das Lager erstmal in dieser Stellung befindet, kann
es nicht weiter zurückbewegt
werden, aber insbesondere wird fast die ganze überschüssige Kraft gemäß der horizontalen
Komponente auf das Gehäuse
und nicht auf den Sensor übertragen.
In Horizontalrichtung wird der Sensor somit nur mit der Kraft der
elastischen Stopfen 72 beaufschlagt.
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Dank
der Erfindung ist der Sensor somit gegen anomale Kräfte, die
in eine solche Richtung ausgerichtet sind, dass die Querträger des
Sensors druckbelastet werden würden,
geschützt.
Genau in dieser Richtung sind die Verbindungsbereiche 22 des Sensors
am schwächsten.
Sie können
sich nämlich durch
Knicken nicht umkehrbar verformen.
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Vorteilhafterweise
wird vorgesehen, das Gehäuse 86 durch
eine flexible, zylindrische Membran 96 mit dem Lager 56 zu
verbinden, die als Faltenbalg dient, um die Kammer 94,
in der der Sensor enthalten ist, dicht zu verschließen, wodurch
der Sensor sowohl bei Füllphasen
als auch bei Phasen der Maschinenreinigung vor jeglichen Spritzern
geschützt
wird.
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Des
Weiteren sind Mittel vorgesehen, die den Schutz des Sensors 10 vor
in Vertikalrichtung ausgerichteten übermäßigen Kräften gestatten. Dazu ist der
Sensor mit zwei Anschlagsfingern 24, 26 versehen,
die sich jeweils von einer der Stützen 16, 18 horizontal
erstrecken. Die Finger 24, 26 weisen einen rechteckigen
Querschnitt auf und bilden jeweils einen Schenkel eines Winkelelements 28, 30,
das an einer lateralen Seite der entsprechenden Stütze 16, 18 befestigt
ist. Natürlich
können
die Winkelelemente auch an der gleichen Seite des Sensors 10 befestigt
sein. Es ist zu sehen, dass jedes Winkelelement auf einfache Weise
durch zwei senkrecht zur Ebene des Sensors verlaufende Schrauben
befestigt werden soll, wodurch die Zugänglichkeit und Einfachheit
der Montage gewährleistet
wird.
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Die
beiden Finger 24, 26 erstrecken sich somit in
einer gleichen Vertikalebene, die in Querrichtung zur Vertikalebene
des Sensors versetzt ist. Sie sind in Vertikalrichtung zueinander
versetzt, und ihre Längen
sind derart, dass sich die Finger in Horizontalrichtung zumindest
teilweise überlappen,
damit sich ihre Enden in Vertikalrichtung gegenüber einander befinden. Wenn
sich der Sensor in Vertikalrichtung verformt, verschiebt sich der
Finger 26 somit mit der Grenzflächenstütze 18, wobei diese
Verschiebung im Wesentlichen vertikal bezüglich des Fingers 24 ist,
der festgelegt ist, da er von der Basisstütze 16 getragen wird.
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In
dem dargestellten Beispiel ist der mit der Grenzflächenstütze 18 verbundene
bewegliche Finger 26 über
dem mit der Basisstütze 16 verbundenen festgelegten
Finger 24 angeordnet.
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Am
Ende eines der Finger, im vorliegenden Fall des mit der Grenzflächenstütze 18 verbundenen Fingers 26,
ist eine sich vertikal erstreckende Gewindestange befestigt worden.
Diese Gewindestange ist hier in Form einer Schraube 36 ausgebildet,
die durch das Ende des Fingers 26 geschraubt und somit ihn
bezüglich
festgelegt ist. Der Kopf der Schraube 36 liegt an einer
Oberseite des beweglichen Fingers 26 an, während sich
ihr Gewindeteil unter dem Finger 26 und durch eine in dem
Ende des festgelegten Fingers 24 ausgebildete glatte Bohrung 38 erstreckt. Wenn
sich der Sensor verformt, kann der Gewindeteil der Schraube frei
in der Bohrung 38 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung
gleiten, wenn man die durch die Kinematik des Parallelogramms erzeugte Horizontalbewegung
außer
Acht lässt.
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An
der Schraube 36 sind zwei Folgen 40, 42 von
zwei Muttern angebracht, von denen eine 40 sich über dem
festgelegten Finger 24 und die andere 42 darunter
befindet. In jeder Folge sind die beiden Mitttern gegeneinander
festgespannt, um eine Mutter-/Gegenmutter-Einheit zu bilden, deren
Position entlang der Schraube festgelegt ist. Jede der beiden Folgen 40, 42 von
Muttern kann somit an dem festgelegten Finger 24 bzw. an
der Oberseite 44 und Unterseite 46 davon zur Anlage
kommen, wobei die Ober- und die Unterseite somit Anschlagsflächen bilden. Natürlich ist
der Durchmesser der Bohrung 38 kleiner als der der Muttern 40, 42,
damit diese als mit dem beweglichen Finger 26 verbundene
Anschlagsflächen
dienen können.
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Wie
in 2 zu sehen, sind die beiden Folgen 40, 42 von
Muttern so auf der Schraube 36 angeordnet, dass sie bei
Fehlen jeglicher Last am Sensor jeweils vertikal von ihrer entsprechenden
Anschlagsfläche 44, 46 entfernt
werden. Auf diese Weise kann sich der Sensor von dieser Stellung
aus unter der Wirkung einer nach unten oder nach oben angelegten
Last frei verformen. Die Abstände
zwischen den beiden Folgen von Muttern und ihrer entsprechenden Anschlagsfläche können unterschiedlich
sein.
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Unter
der Wirkung einer übermäßigen Last nach
oben oder nach unten kommt eine der Folgen von Muttern an der entsprechenden
Anschlagsfläche des
Fingers 24 zur Anlage. Nach Erreichen einer solchen Anlage
verhindert der Finger 26, dass sich die Grenzflächenstütze 18 weiter
in Kraftanlegungsrichtung verschiebt, wodurch die Verformungsgrenze des
Sensors festgelegt wird.
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Natürlich ist
diese Grenze durch eine einfache Änderung der axialen Position
einer der Folgen von Muttern auf der Schraube 36 einstellbar.
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Wie
zu bemerken, ist die erfindungsgemäße Maschine mit einer Wägestation
versehen, bei der der Sensor 10 besonders gut gegen anomale
große Kräfte und
Spritzer verschiedener Produkte geschützt ist.