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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Füllmaschinen
für partikelförmige Produkte
zur Verpackung von Lebensmittelprodukten oder dergleichen. Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Mitläufersystem für einen
Füller
für partikelförmige Produkte,
das höhere
Produktionsliniengeschwindigkeiten unter Beibehaltung volumetrischer
Genauigkeit erlaubt.
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2. Stand der Technik
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Partikelförmige Produkte
umfassen typischerweise eine Vielzahl individueller Teile, die zusammengemischt
sind, manchmal mit einer Flüssigkeit
oder Soße.
Beispiele partikelförmiger
Lebensmittelprodukte umfassen gekochten Reis, geschnittenes Gemüse, gefriergetrocknetes
Gemüse,
Fruchtstücke
oder Fruchtcocktails und verschiedene Pastagerichte. In der Nahrungsmittel
verarbeitenden Industrie können
diese Produkte in einer großen
Vielzahl von Behältern
verpackt werden wie Tassen, Trays, Flaschen, Beuteln, etc., die
aus Papier, Kunststoff oder Folien sind. Die Verpackung von partikelförmigen Nahrungsmittelprodukten
macht jedoch besondere Sorgfalt nötig, um zu verhindern, dass
große
Stücke – z. B.
die Nudeln, das Obst oder Gemüse
etc. – während der
Verpackung zerkleinert oder zerdrückt werden. Aus diesem Grund
werden viele dieser Nahrungsmittelprodukttypen nach wie vor von
Hand portioniert und verpackt. Ein derartiger Vorgang benötigt typischerweise
eine große
Anzahl von Arbeitern, von denen jeder einen Löffel oder Schöpfer verwendet,
um eine einzelne Portion des Lebensmittels in jeden Behälter einzubringen,
während
dieser auf einem Förderband vorbeiläuft. Ganz
offensichtlich hat dieses Verfahren mehrere Nachteile. Es benötigt erhebliche
Arbeitskosten; die Portionen neigen dazu, ungleichmäßig zu sein;
es besteht eine höhere
Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung des Lebensmittelprodukts
durch Arbeitspersonenkontakt als bei mechanischen Verfahren; und
es besteht eine Wahrscheinlichkeit der Ermüdung und Verletzungen bei den
Arbeitspersonen aufgrund monotoner Bewegungen.
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Um
diese Art von Problemen zu vermeiden, wurden für partikelförmige Nahrungsmittelprodukte
mechanische Mess- und Füllmaschinen
entwickelt. Diese Maschinen verwenden typischerweise einen Mess-
und Abgabekopf, der oberhalb einer Fördervorrichtung angeordnet
ist, beispielsweise einem Förderband.
Der Förderer
bewegt leere offene Behälter
unter dem Abgabekopf mit einer gewissen konstanten Rate und das
Produkt wird portioniert und in jeden Behälter bei dessen Durchlauf fallengelassen.
Die Behälter
können
entlang mehr als einer solcher Maschinen laufen, wenn eine Mehrzahl
von Produkten hierin anzuordnen ist und dann bewegen sie sich typischerweise
zu einer zusätzlichen
Maschine weiter, die eine obere Versiegelung oder Kappe auf dem
Behälter
anordnet, um diesen zu verschließen. Diese Typen von Füllmaschinen
für partikelförmige Produkte
helfen bei der Sicherstellung präziser
Portioniermessungen und vermeiden auch Kosten-, Reinheits- und weitere
Nachteile der Handverpackung.
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Jedoch
leiden herkömmliche
bekannte Verpackungsmaschinen für
partikelförmige
Produkte an mehreren Nachteilen. Zunächst ist es zur Vermeidung
von Schäden
am Produkt für
gewöhnlich
erlaubt, dass dieses von der Maschine in die offene Verpackung rein
unter Schwerkrafteinfluss fließt.
Da eine direkte mechanische Kraft zur Bewegung des Produktes nicht
verwendet wird, ist die Geschwindigkeit, mit der das Produkt im Behälter anordenbar
ist, somit durch die physikalischen Eigenschaften des Produkts begrenzt.
Beispielsweise entleert sich ein viskoses Produkt wie Spaghetti
von der Maschine relativ langsam. Die Produktionsliniengeschwindigkeit
und Output-Rate sind somit begrenzt, da der Förderer, der die Behälter trägt, sich in
Richtung Maschinenauslass nicht schneller bewegen kann, als jede
einzelne Portion des Produkts herabfallen kann. Selbst wenn ein
Luftstrom oder andere Mittel verwendet werden, um die Abgabe des
Produkts von der Abgabeöffnung
zu unterstützen,
besteht nach wie vor eine relativ niedrige Geschwindigkeitsgrenze
der Produktionsrate.
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Um
ein Arbeitsbeispiel zu geben, so beträgt bei Verwendung herkömmlicher
Füllmaschinen
für partikelförmige Produkte
zur Anordnung von gekochtem Reis mit einer gegebenen Konsistenz,
Klebrigkeit etc. in Behältern
mit einer 12,7 cm (5'') langen Öffnung,
wobei die Behälter
entlang eines Förderbands
im Abstand von 25,4 cm (10'') liegen, die Höchstgeschwindigkeit
der Linie bei annähernd
73 Behältern
pro Minute. Jegliche höhere
Geschwindigkeit beginnt, Verschütten
zu verursachen, was nicht nur eine Verunreinigung der Arbeitsumgebung
verursacht, sondern, was weit wichtiger ist, den Behälterrand
verunreinigt, was eine richtige Abdichtung verhindert und zu einem
Ausschussprodukt führt.
Offensichtlich erhöht
diese Geschwindigkeitsbegrenzung die Kosten und verringert die Profitabilität von Verpackungsvorgängen partikelförmiger Produkte.
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Um
den Prozess zu beschleunigen, wurden Abfüllmaschinen für partikelförmige Produkte
entwickelt, welche ein Behältermitläufersystem
verwenden, das auch als "Walking
Beam-" oder "Walking Head-System" bekannt ist. Diese
Maschinen werden oftmals verwendet, um bestimmten Nahrungsmittelprodukten
Soßen hinzuzufügen und
umfassen typischerweise eine Anordnung von Gefäßen oder eine andere Abgabemaschine, die
einem Behälter über eine
bestimmte Zeitdauer hinweg folgen, wenn sich dieses entlang des
Förderers
bewegt. Indem dem sich bewegenden Behälter kurz gefolgt wird, wird
das Zeitfenster zur Abgabe relativ zur Förderergeschwindigkeit erhöht, was
eine höhere
Liniengeschwindigkeit erlaubt.
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Gefäßmitläufersysteme
lösen jedoch
nicht alle Probleme, die sich bei partikelförmigen Produkten ergeben und
verursachen darüberhinaus
einige zusätzliche
Probleme. Zunächst,
obgleich Gefäßmitläufersysteme
schneller arbeiten können
als statische Systeme, können
sie dies nicht und dabei gleichzeitig eine saubere Abgabe liefern,
insbesondere bei klebrigen Produkten wie gekochtem Reis oder Spaghetti.
Zweitens sind Gefäßmitläufersysteme
unflexibel, da sie auf mechanische Weise mit der Förderlinie
verbunden sind und alleine in Antwort auf die Geschwindigkeit der
Förderlinie
schneller oder langsamer werden. Aufgrund dieses Zustands setzen
sie das Produkt im Behälter
stets an der gleichen Stelle ab. Eine Änderung der Produktanordnung
würde die
Entfernung und den Austausch vieler mechanischer Bauteile wie Nocken,
Ritzel, Zahnräder etc.
notwendig machen. Zusätzlich
kann ihre Geschwindigkeit nicht basierend auf beispielsweise einer
plötzlichen Änderung
in dem Behälterabstand
eingestellt werden, die auftreten kann, wenn eine von zwei Linien,
welche leere Behälter
dem Förderer
zuführen,
abschaltet. Drittens können
Gefäßmitläufersysteme
Gefäße in der Größenordnung
von 2 bis 20 oder mehr verwenden, die alle routinemäßig gereinigt
werden müssen
und die jeweils entfernt und ersetzt werden müssen, wann immer ein Produkt
oder Behälter
geändert
wird, da jede unterschiedliche Behältergröße und -form ein anderes Gefäß notwendig
macht. Dies macht die Umschaltung von einem Produkt auf ein anderes
sehr zeitaufwendig.
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Die
US-A-4678015 (Raque
et. al.) beschreibt ein Mitläufersystem,
das abgegebene Produkte in einen sich bewegenden Behälter führt, nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
wäre damit
wünschenswert,
eine Füllvorrichtung
für partikelförmige Produkte
zu haben, welche die Abgabegeschwindigkeitsbegrenzungen bekannter
Abfüllmaschinen
für partikelförmige Produkte
beseitigt und auch die Reinheits- und Flexibilitätsprobleme von Gefäßmitläufersystemen
vermeidet. Eine derartige Maschine könnte schnellere Liniengeschwindigkeiten
für alle
Arten von partikelförmigen
Produkten abdecken, ohne dass das Produkt beschädigt oder eine unsaubere Umgebung
erzeugt werden würde.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Füllvorrichtung
für partikelförmige Produkte
zu schaffen, welche höhere
Produktionsliniengeschwindigkeiten für alle Arten von partikelförmigen Produkten
und alle Arten von Behältern
abdecken kann, ohne dass das Produkt beschädigt oder die Verpackung verunreinigt werden
würde.
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Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Füllvorrichtung für partikelförmige Produkte
zu schaffen, bei der das Abgabezeitverhalten computergesteuert ist,
um sich ändernde
Liniengeschwindigkeiten und Behälterabstände während eines
Produktionslaufs ohne Schäden
am Produkt oder Verunreinigungen an der Verpackung abzudecken.
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Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Füllvorrichtung für partikelförmige Produkte
zu schaffen, bei der das Abgabezeitverhalten computergesteuert ist,
um eine selektive Anordnung des Produkts innerhalb des Behälters zu
erlauben.
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Es
ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Füllvorrichtung für partikelförmige Produkte
zu schaffen, bei der die Abgabecharakteristika einfach bei einer
Umschaltung von eine Produkttyp oder Behälter auf einen anderen modifizierbar
sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Behältermitläufersystem
geschaffen, wie es zumindest in Anspruch 1 offenbart ist.
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Die
obigen und andere Aufgabe werden in einer bevorzugten Ausführungsform
eines Behältermitläufersystems
realisiert zur Verwendung bei einer Mess- und Abgabemaschine für partikelförmige Produkte
mit einer Abgabeöffnung,
die erlaubt, dass abgemessene Mengen eines partikelförmigen Produkts
hiervon in einen sich bewegenden Behälter fallen. Eine mitlaufende
Tasche ist unterhalb der Abgabeöffnung
der Mess- und Abgabemaschine für
partikelförmige
Produkte und oberhalb eines Förderers
zur Bewegung zu füllender
Behälter
angeordnet. Die mitlaufende Tasche weist eine im wesentlichen vertikale Öffnung auf,
deren Formgebung so ist, dass das von der Abgabeöffnung abgegebene partikelförmige Produkt
durch die Öffnung
fällt,
bevor es in den zu füllenden
Behälter
fällt.
Die Öffnung
kann in verschiedene Formen gebracht werden, um Behälter unterschiedlicher
Formen abzudecken. Die mitlaufende Tasche ist so gestaltet, dass
sie gleitbeweglich in einer Richtung im wesentlichen parallel zur
Bewegungsrichtung des Behälters
mittels eines pneumatischen Stellglieds hin- und herbewegbar ist,
das bevorzugt von einer Mikroprozessorsteuerung gesteuert wird,
die auch die Produktmess- und -abgabemaschine steuert. Die Steuerung
veranlasst, dass die mitlaufende Tasche sich in Bewegungsrichtung
des Behälters
bewegt, während
das partikelförmige
Produkt von der Abgabeöffnung
abgegeben wird und durch die Öffnung
tritt, so dass das partikelförmige
Produkt veranlasst wird, sich in Richtung des sich bewegenden Behälters zu
bewegen, während
es aus der Abgabeöffnung
fällt.
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Einige
der obigen Aufgaben werden auch in einer Mess- und Abgabemaschine
für partikelförmige Produkte
gelöst,
bei der das pneumatische Antriebssystem variabel betätigbar ist,
so dass seine Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung und Hublänge von
der Mikroprozessorsteuerung präzise
steuerbar sind. Die Mikroprozessorsteuerung kann selektiv eingestellt
werden, um Geschwindigkeit und Zeitverhalten der Hin- und Herbewegung
der mitlaufenden Tasche und der Betätigungsmittel synchron mit
der Arbeitsweise der Mess- und Abgabemaschine für das partikelförmige Produkt
zu steuern, so dass das partikelförmige Produkt präzise an
einem gewünschten
Ort innerhalb des Behälters
abgesetzt wird. Sensoren können
auch vorgesehen werden, um die Position eines zu befüllenden
Behälters
relativ zu der Füllmaschine
für partikelförmige Produkte
und zu der mitlau fenden Tasche zu erkennen, wobei der Mikrocomputer
ein Signal von den Sensoren empfängt,
das die Position des Behälters
wiedergibt, um eine Einstellung der Bewegung der Betätigungsmittel
relativ zu den sich bewegenden Behälter und der Füllmaschine
für partikelförmige Produkte
zu ermöglichen,
so dass eine präzise Ablage
des partikelförmigen
Produkts an einem gewünschten
Ort innerhalb des Behälters
erlaubt ist.
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Diese
und weitere Aufgaben werden auch durch ein Verfahren zum Füllen von
Behältern
mit einem partikelförmigen
Produkt mittels der Mess- und Abgabemaschine für partikelförmige Produkte gelöst. Weitere Einzelheiten
und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem Fachmann
auf diesem Gebiet auf der Grundlage der nachfolgenden Beschreibung
in Zusammenschau mit der beigefügten
Zeichnung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 zeigt
eine Mess- und Füllmaschine
für partikelförmige Produkte
in betrieblicher Beziehung zu einem Zufuhrförderer und Behälterförderer;
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2A ist
eine Querschnittsdarstellung des Mitläufersystems für partikelförmige Produkte
der vorliegenden Erfindung, wobei die mitlaufende Tasche gezeigt
ist, die zurückgezogen
ist, um zur Aufnahme des Produkts zu Beginn der Abgabe vorbereitet
zu sein;
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2B ist
eine Schnittdarstellung durch das Mitläufersystem für partikelförmige Produkte
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die mitlaufende Tasche gezeigt ist, die während der
Abgabephase teilweise ausgefahren ist, um dem Produktbehälter zu
folgen;
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2C ist
eine Schnittdarstellung durch das Mitläufersystem für partikelförmige Produkte
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei die mitlaufende Tasche gezeigt ist, die während der
Abgabephase vollständig ausgefahren
ist, um zu ermögli chen,
dass die gesamte Produktportion in den sich bewegenden Produktbehälter fällt;
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3 zeigt
eine bildliche und teilweise geschnittene Darstellung einer mitlaufenden
Tasche gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4A zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen dreieckförmigen
Produktmasse mittig im rechten Abteil eines rechteckförmigen Trays
mit zwei Abteilen unter Verwendung einer mitlaufenden Tasche mit
einem Hub von 1,27 cm (0,5'');
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4B zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen dreieckförmigen
Produktmasse mittig im rechten Abteil eines rechteckförmigen Trays
mit zwei Abteilen unter Verwendung einer mitlaufenden Tasche mit
einem Hub von 2,54 cm (1'');
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5A zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen langgestreckten Produktmasse auf einer Seite
im linken Abteil eines rechteckförmigen
Trays mit zwei Abteilen unter Verwendung einer mitlaufenden Tasche
mit einem Hub von 1,27 cm (0,5'');
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5B zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen langgestreckten Produktmasse auf einer Seite
im linken Abteil eines rechteckförmigen
Trays mit zwei Abteilen unter Verwendung einer mitlaufenden Tasche
mit einem Hub von 2,54 cm (1'');
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6A zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen langgestreckt/dreieckförmigen Produktmasse im engen
Bodenabteil eines runden Trays mit zwei Abteilen unter Verwendung
einer mitlaufenden Tasche mit einem Hub von 1,27 cm (0,5'');
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6B zeigt
die Zunahme im Fallfenster und der Liniengeschwindigkeit zur Anordnung
einer im wesentlichen langgestreckt/dreieckförmigen Produktmasse im engen
Bodenabteil ei nes runden Trays mit zwei Abteilen unter Verwendung
einer mitlaufenden Tasche mit einem Hub von 2,54 cm (1'').
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezug
genommen wird nun auf die Zeichnung, wo die verschiedenen Elemente
der vorliegenden Erfindung mit Bezugszeichen versehen sind und wo
die Erfindung erläutert
wird, um es dem Fachmann auf diesem Gebiet zu ermöglichen,
die Erfindung nachzuvollziehen und anzuwenden. Es versteht sich,
dass die nachfolgende Beschreibung für die Grundsätze der
vorliegenden Erfindung lediglich beschreibend ist und nicht als für die folgenden
Ansprüche
einschränkend
zu sehen ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist am besten geeignet für eine Verwendung zusammen
mit einem Füllsystem
für partikelförmige Produkte,
wie in 1 gezeigt, aufweisend eine Mess- und Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte,
einen Zufuhrförderer 12 und
einen Behälterförderer 14.
In der Ansicht von 1 ist die Füllmaschine in Längsschnittdarstellung
gezeigt, wobei der Schnitt senkrecht zur Förderrichtung des Behälterförderers 14 geht,
die sich in die Zeichnungsebene hinein oder aus dieser heraus bewegt.
Wie dargestellt, ist der Zufuhrförderer 12 an
einem beweglichen Rahmen 16 angeordnet, mit dem auch die
Mess- und Füllmaschine
in Verbindung ist. Diese Konfiguration erlaubt, dass eine Mehrzahl
von Füllmaschinen 10 auf
bequeme Weise relativ zu dem Behälterförderer angeordnet
oder neu angeordnet werden kann, um Abläufe wie die Abgabe einer Mehrzahl
von Produkten in Behälter
mit mehreren Abteilen etc. abzudecken, wie es in der Industrie allgemein
bekannt ist.
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Der
Pfad des partikelförmigen
Produkts während
der Arbeitsweise der Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte
ist durch Pfeile 18 angegeben. Im Betrieb zieht der Förderer 12 ein
Produkt aus einem Zufuhrtrichter 20 und wirft es in eine
Füllröhre 22 ab,
die das Produkt in den Einlass 24 der Mess- und Füllmaschine 10 führt. Die
Füllmaschine
misst auf mechanischem Weg eine bestimmte Menge des Produkts und
erlaubt dann, dass das Produkt über
eine Abgabeöffnung
oder Abgabetasche 30 in einen Behälter 32 fällt, der
direkt unterhalb des Behälterförderers 14 liegt.
Die Arbeitsweise der verschiedenen Bestandteile dieser Produktmess-
und -füllmaschine
kann durch direkte mechanische Verbindung der Bauteile gesteuert
werden, um eine synchrone Arbeitsweise wie in einem Uhrwerk sicherzustellen.
Alternativ können
die Bestandteile durch eine Kombination von Servosystemen, Detektoren
und Stellgliedern gesteuert werden, was einen synchronen Betrieb
erlaubt. Eine weitere und bevorzugte Alternative besteht darin,
dass die verschiedenen Bestandteile von einem Mikroprozessor 80 gesteuert
werden, wie nachfolgend noch näher
erläutert
wird.
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Wie
sich nachfolgend noch näher
ergeben wird, kann die Mess- und
Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte
eine Vielzahl von Ausgestaltungen erhalten, die anders als wie dargestellt
sind. Weiterhin benötigt
das Mitläufersystem
für partikelförmige Produkte
gemäß der vorliegenden
Erfindung keine mechanische Mess- und Füllvorrichtung für das Produkt,
sondern kann anstelle hiervon mittels Handarbeit mit dem partikelförmigen Produkt
versorgt werden, wobei Arbeitspersonen eine abgemessene Portion
des Produkts direkt in eine Auslassleitung einbringen.
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Unter
der Voraussetzung der obigen Elemente nach dem Stand der Technik
und der Annahme, dass der Produktzufuhrförderer 12 und die
Mess- und Abgabemaschine 10 für partikelförmige Produkte in der Lage sind,
im wesentlichen mit jeder gewünschten
Geschwindigkeit zu arbeiten, so ergibt sich, dass die Geschwindigkeit,
mit der die Behälter
gefüllt
werden können,
von der maximalen Geschwindigkeit abhängt, mit der das Produkt von
der Abgabetasche 30 fallen kann. Wie oben erwähnt, ist
diese Fallgeschwindigkeit eine Eigenschaft des Produkts selbst und
begrenzt somit die maximale lineare Geschwindigkeit der Behälterförderlinie 14.
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Vorteilhafterweise
weist anstelle der rein ortsfesten Auslassleitung wie im Stand der
Technik die vorliegende Erfindung weiterhin eine mitlaufende Taschenanordnung 11 auf,
die unterhalb der Abgabetasche 30 angeordnet ist und das
Produkt zu dem Behälter
führt und
ein schnelleres Füllen
der Behälter
erlaubt, wobei nach wie vor eine saubere Abgabe und genaue Füllposition
im Behälter
gegeben ist. Die genauere Arbeitsweise dieser mitlaufenden Tasche
wird im Detail unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C beschrieben,
welche Querschnittsdarstellungen des Mitläufersystems für partikelförmige Produkte
entlang Linie 2-2 durch die Mitte der Abgabetasche 30 gemäß 1 zeigen.
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Wie
in 2A gezeigt, weist die mitlaufende Taschenanordnung 11 eine
hin- und herbewegliche mitlaufende Tasche 44 auf, die sich
in Richtung des Behälterförderers 14 gemäß dem Pfeil 15 während der
Abgabephase der Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte
zu bewegen vermag. 2A zeigt die mitlaufende Tasche 44 in
zurückgezogener
Position, um zur Aufnahme des Produkts von der Abgabetasche 30 zu
Beginn der Abgabephase vorbereitet zu sein. 3 zeigt
eine bildliche teilweise geschnittene Darstellung einer mitlaufenden
Tasche 44 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die mitlaufende Tasche 44 weist allgemein einen im
wesentlichen massiven rechteckförmigen
Körper
mit einem Flansch 70 entlang des oberen Umfangs und einer
Abgabeöffnung 65 in
der Mitte auf. Die mitlaufende Tasche 44 sitzt mit ihrem
Flansch 70 auf einer Leiste 68, die in einer Öffnung 67 in
der Basis 17 der mitlaufenden Tasche ausgebildet ist. Die Öffnung 67 ist
länger als
die mitlaufende Tasche 44, wie durch die Linie 78 in 3 gezeigt,
um Raum für
eine Hin- und Herbewegung hierin zu schaffen.
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Zurückkehrend
zu 2A, so wird eine hin- und hergehende lineare Bewegung
der mitlaufenden Tasche 44 innerhalb der Öffnung 67 durch
ein Stellglied 60 erzeugt, das eine Welle 62 bewegt,
die sich durch eine Öffnung
in der Seite der langgestreckten Basis erstreckt und lösbar mit
der mitlaufenden Tasche 44 verbunden ist. Diese Ausgestaltung
erlaubt eine rasche einfache Entfernung und einen Austausch der
mitlaufenden Tasche 44, beispielsweise wenn die Linie umgerüstet wird,
um zur Verpackung eines neuen Produktes vorbereitet zu werden. Ein
Austausch der mitlaufenden Tasche 44 benötigt für gewöhnlich weniger
als eine Minute, wohingegeben der Austausch einer Mehrzahl von Gefäßen an einer
Gefäßmitläufermaschine
mehr als eine Stunde dauern kann, so dass ziemlich teure Stillstandszeiten
verursacht werden.
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Das
Stellglied 70 ist bevorzugt ein Pneumatikzylinder, wie
in 3A gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass
andere lineare Betätigungsvorrichtungen
bei dieser. Erfindung verwendet werden können, die ebenfalls eine unabhängige Steuerung
erlauben, beispielsweise ein elektrischer Servomotor mit einem Kugelspindelmechanismus,
ein Elektromagnet, Hydraulikzylinder, eine Motor- und Nockenanordnung
oder andere elektrische oder mechanische Vorrichtungen. Die mitlaufende
Tasche kann auch mechanisch mit dem Förderer 14 verbunden
sein, um eine synchrone Hin- und Herbewegung sicher zu stellen.
Von allen möglichen
Alternativen ist jedoch ein pneumatisches Stellglied momentan bevorzugt,
da es hohe Ansprechgeschwindigkeit und niedrige Betriebstemperatur
hat und da seine Bewegung präzise
steuerbar ist.
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Der
Pneumatikzylinder 60 ist mit einem pneumatischen Stellglied 61 verbunden,
das wiederum von der Steuerung 80 gesteuert wird, wie nachfolgend
noch näher
beschrieben wird. Das Zeitverhalten, die Hublänge s (die Länge der
Hin- und Herbewegung der mitlaufenden Tasche 44) und die
Bewegungsgeschwindigkeit der mitlaufenden Tasche werden bevorzugt
selektiv von der Steuerung 80 für eine Synchronisation mit
den anderen Bestandteilen des Füllsystems 11 gesteuert.
Es versteht sich, dass dieses Zeitverhalten von der Länge L des
zu füllenden
Behälters
und dem Abstand P zwischen Behältern
auf dem Förde rer,
der Abmessung D der Abgabetasche 30 und der Fallhöhe h, gemessen
von der Oberseite der mitlaufenden Tasche 44 zum Boden
des Behälters 32 abhängt. Die
Messungen all dieser physikalischen Parameter sind in 2A gezeigt.
Es versteht sich, dass die Hublänge
s der mitlaufenden Tasche von der Gesamtlänge der Öffnung 67 und dem Punkt
abhängt,
wo die Ausfahrung der pneumatischen Welle von der Steuerung 80 veranlasst
wird, zu stoppen.
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Die
Abgabetasche 30 kann von jeglicher Form sein, wie kreisförmig, elliptisch,
oval, rechteckförmig etc.
im Querschnitt. Es versteht sich, dass die Abgabetasche bevorzugt
die gleiche Form wie die Füllröhre 22 hat,
beispielsweise mit einer kreisförmigen
Abmessung D, die einen Durchmesser wiedergibt, wie in 2A gezeigt.
Der Querschnitt der Abgabetascheöffnung
wird durch die verdeckte Linie 30 in 3 wiedergegeben. Die
mittige Öffnung 65 der
mitlaufenden Tasche 44 weist jedoch bevorzugt an ihrer
Oberseite eine Langlochform 74 auf, die in Bewegungsrichtung
des Förderers 14 langgestreckt
ist. Das untere Ende 76 der Öffnung 65 kann von
jeder gewünschten
Form sein, beispielsweise rund, wie in 3 gezeigt.
Es versteht sich, dass die Enden der Langlochöffnung 74 einen Radius
gleich dem Radius der Abgabetasche 30 haben sollten. Diese Formgebung
erlaubt, dass die Öffnung 65 der
mitlaufenden Tasche in allen Stufen der Hin- und Herbewegung an
die Abgabetasche 30 angepasst ist.
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Es
ist offensichtlich, dass, wenn die Oberseite 74 der Öffnung 65 eine
unterschiedliche Form zum Boden 76 hat, dann die Seiten 66 der
mittigen Öffnung 65 auf
bestimmte Weise schräg
sind. Die Innenseiten 66 der Öffnung 65 haben bevorzugt
vordere und hintere Seiten, die in Richtung Mitte der mitlaufenden
Tasche von oben nach unten gesehen geneigt sind, wie in den Querschnittsdarstellungen
der 2A bis 2C zu
sehen ist. Diese Formgebung wirkt dahingehend, das fallende Produkte 42 zu
Beginn der Abgabephase entgegen der Bewegungs richtung des Förderers 14 zu
richten, wenn der Behälter
im wesentlichen hinterhalb der Abgabeöffnung liegt (2A)
und hilft dahingehend, das fallende Produkt zu Ende der Abgabephase
in Bewegungsrichtung des Förderers 14 zu
schieben, wenn der Behälter
vorderhalb der Abgabeöffnung
ist (2C). 2B zeigt die mitlaufende Tasche 44,
die während
der Abgabephase teilweise ausgefahren ist, um dem Produktbehälter 32 zu
folgen, wenn sich dieser entlang des Förderers 14 bewegt. 2C zeigt
die mitlaufende Tasche 44, wie sie am Ende der Abgabephase
vollständig
zum gegenüberliegenden
Ende der Öffnung 67 ausgefahren
ist, um zu ermöglichen,
dass die gesamte Produktportion in den sich bewegenden Produktbehälter 32 fällt. Nach
der vollständigen
Abgabe zieht sich die mitlaufende Tasche in die Position von 2A zurück und erwartet
die nächste
Abgabe.
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Zur
Erzielung der Arbeitsweise der Mess- und Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte
und um die gewünschten
Liniengeschwindigkeiten zu erhalten, findet der gesamte Hin- und
Herbewegungszyklus der mitlaufenden Tasche 44 während der
Abgabephase des Produktfüllers
statt und kann nur einen Bruchteil einer Sekunde umfassen. Diese
rasche Bewegung der mitlaufenden Tasche wird bevorzugt mittels der
Steuerung 80 gesteuert und zeitlich bestimmt, was mehrere
Vorteile gegenüber
dem Stand der Technik bietet. Durch Verwendung einer Mikroprozessorsteuerung
kann die mitlaufende Tasche veranlasst werden, sich sehr rasch oder sehr
schnell vor- und zurückzubewegen.
Eine rasche Ausfahrung kann dem Produkt helfen, rascher zu fallen und
abgegeben zu werden, indem es in Richtung der Bewegungsrichtung
zum Ende der Abgabephase hin "geworfen" wird. Die mitlaufende
Tasche kann auch veranlasst werden, sich nur über einen Teil der Strecke
zu bewegen oder in kurzen Schüben.
Eine teilweise Ausfahrung erhöht
die Falllänge
relativ zu dem Behälter,
was die Abgabe eines Produkts in langer Zeit erlaubt, wenn dies
erwünscht
ist, während
kurze Schübe
einen Vibrationseffekt verursachen, der die Abgabe des Produkts
aus der Öffnung 65 unterstützt.
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All
diese betrieblichen Alternativen erlauben, dass die Füllmaschine
für partikelförmige Produkte
dem Behälter
während
der Abgabephase folgt, um so effektiv das Zeitfenster zu vergrößern, während dem
der Behälter
gegenüber
der Abgabe liegt und um eine präzisere
Ablage des Produkts in dem Behälter
zu ermöglichen,
wobei Sauberkeitsprobleme bei Gefäßmitläufersystemen vermieden sind.
Ein illustratives Beispiel, bei dem gekochter Reis verwendet wird,
soll die Veranschaulichung der Geschwindigkeitsverbesserung besser zeigen,
die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird. Berücksichtigt
seien die folgenden Parameter:
| Behälterlänge | L
= 12,7cm (5'') |
| Behälterabstand | P
= 25,4 cm (10'') |
| Durchmesser
der | Abgabetasche
P = 7,6 cm (3'') |
| Fallstrecke | h
= 12,7 cm (5'') |
| Produktfallzeit | t
= 0,154 Sek. |
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Unter
der Annahme, dass der verwendete gekochte Reis relativ klebfrei
ist, beträgt
die maximale Rate, mit der Behälter
gefüllt
werden können, 73 Behälter pro
Minute (cpm) unter Verwendung eines Produktfüllers 10 nach dem
Stand der Technik mit diesen Betriebsparametern. Die Verwendung
der gleichen Parameter bei einem Behältermitläufersystem 11 gemäß dieser
Erfindung können
die gleichen Behälter
mit einer Rate von 110 cpm gefüllt
werden, mit einer mitlaufenden Tasche mit einem Hub von 2,54 cm
(1''), die sich mit annähernd der
gleichen oder einer höheren
Geschwindigkeit als der Behälterförderer bewegt.
Dies stellt eine annähernd 50%-ige
Geschwindigkeitszunahme dar. Es ist offensichtlich, dass die Bereitstellung
eines längeren
Hubs der mitlaufenden Tasche sogar noch größere Geschwindigkeitszunahmen
erlaubt. Die hier angegebenen Werte dienen alleine der Erläuterung
und hängen
selbstverständlich
von den einzigartigen und in gewisser Weise variablen Eigenschaften
von gekochtem Reis ab. Diese Ergebnisse hängen auch von der konkreten
Form der Öffnung
der mitlaufenden Tasche ab. Beispielsweise kann eine sich verjüngende mitlaufende
Tasche die Abgabegeschwindigkeit unter gewissen Umständen erhöhen.
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Die 4A und
B, 5A und B und 6A und
B liefern Beispiele, wie die Geschwindigkeit der Produktabgabe für ein beliebiges
Produkt bei Behältern
verschiedener Formen erhöht
werden kann, wenn eine Anordnung des Produkts an einer bestimmten
Stelle und in einer speziell geformten Masse benötigt ist. Die 4A, 5A und 6A zeigen
die zur Verfügung
stehende Abgabegeschwindigkeit unter Verwendung einer mitlaufenden
Tasche mit einem Hub s von 1,27 cm (0,5'').
Die 4B, 5B und 6B zeigen
das gleiche für
eine mitlaufende Tasche mit einem Hub s von 2,54 cm (1,0). Es ist
offensichtlich, dass die Form des Bodens der Öffnung 65 der mitlaufenden
Tasche notwendigerweise von der gewünschten Form der Produktmasse
im Behälter
abhängt.
Beispielsweise zeigt 4 die Anordnung
einer im wesentlichen dreieckförmigen Masse 100 in
der Mitte des rechten Abteils 102 eines rechteckförmigen Trays 104 mit
zwei Abteilen. In 4 ist bei einem
Hub der mitlaufenden Tasche von 1,27 cm (0,5'')
eine Geschwindigkeit von 69 Behältern pro Minute (cpm) möglich. In 4B ist
jedoch mit dem gleichen Produkt und dem gleichen Behälter ein
Anstieg der möglichen
Geschwindigkeit auf 86 cpm bei einem Hub von 2,54 cm (1,0'') möglich.
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5 zeigt die Anordnung einer ovalen oder
langgestreckten Masse 106 an einer Seite des linken Abteils 108 in
dem Tray 104 mit zwei Abteilen. In 5A ist
bei einem Hub von 1,27 cm (0,5'') der mitlaufenden Tasche
die höchstmögliche Geschwindigkeit
87 cpm. Wenn jedoch die Hublänge
auf 2,54 cm (1,0'') erhöht wird,
nimmt die Geschwindigkeit auf 105 cpm zu. Auf ähnliche Weise ist gemäß 6A,
wo die Anordnung einer langgestreckten/dreieckförmigen Masse 110 in
einem Abteil 112 mit engem Boden eines runden Trays 114 mit
zwei Abteilen bei einem Hub von 1,27 cm (0,5'')
die Liniengeschwindigkeit 84 cpm. Wenn jedoch die Hublänge auf
2,54 cm (1,0'') erhöht wird,
nimmt die zur Verfügung
stehende Liniengeschwindigkeit auf 100 cpm zu.
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Es
ist offensichtlich, dass, wo eine solche genaue Anordnung notwendig
ist, eine extrem präzise
Steuerung der Produktabgabe notwendig ist. Diese präzise Produktabgabesteuerung
erfolgt vorteilhafterweise durch die Steuerung 80. Die
Arbeitsweise der Bestandteile des Füllers 10 für partikelförmige Produkte
und der mitlaufenden Taschenanordnung 11 gemäß 1 wird
bevorzugt durch die Mikroprozessorsteuerung 80 gesteuert,
die auch mit dem Zufuhrförderer 12,
dem Behälterförderer 14,
einem Behältersensor 84 und
anderen Bestandteilen des Füllsystems
für partikelförmige Produkte
verbunden ist. Der Sensor 84 kann wie gezeigt ein optischer
Sensor sein oder kann einen Magnetsensor, einen mechanischen Sensor,
der die Behälter
körperlich berührt oder
irgendeine andere bekannte Sensorart sein, womit das Vorhandensein
eines Behälters
erkannt werden kann. Da die Betätigung
aller oben genannter Bestandteile von der Steuerung 80 gesteuert
wird, kann das Zeitverhalten der Bewegung automatisch basierend
auf Geschwindigkeit und Position des Behälters auf dem Förderer eingestellt
werden, die auch von der Steuerung eingestellt werden kann, sowie
von Typ und gewünschter
Anordnung des Produkts. Wie in 2A dargestellt,
kann das System auch ein Volumenerfassungs- und Rückkopplungssystem
aufweisen, beispielsweise eine Waage 85 zum Abwiegen der
gefüllten
Behälter
während
der Bewegung auf dem Förderer
und zur Übertragung
dieser Information über
eine Kommunikationsleitung 86 an die Steuerung 80.
Diese Ausgestaltung erlaubt der Steuerung, automatisch die Funktion der
Mess- und Füllmaschine 10 für partikelförmige Produkte
und der mitlaufenden Taschenanordnung 11 basierend auf
dem Ausgangsvolumen einzustellen, wie es von der Waage gemessen
worden ist.
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Die
Steuerung 80 ist bevorzugt ein Computer-Mikroprozessor,
der vorteilhafterweise mit allen physikalischen Formeln und Daten
programmiert ist, die notwendig sind, das benötigte Zeitverhalten und die
Bewegungsgeschwindigkeiten aller Bestandteile für eine Vielzahl von Produkten
zu berechnen, um so das Produkt in dem Behälter wann und wo gewünscht präzise abzulegen.
Wenn beispielsweise der Abstand der Behälter plötzlich zunehmen sollte, kann
der Behältersensor 84 dies
erkennen und die Steuerung wird automatisch die Zeit für den nächsten Produktabwurf
verzögern.
Auf ähnliche
Weise, wenn es gewünscht
wird, das Produkt in den Behälter
vorne oder hinten abzulegen, und nicht in der Mitte, kann die Steuerung
die Arbeitsweise der Produktmess- und -füllmaschine 10 und
die Bewegung der mitlaufenden Tasche 44 verzögern, um
den Abwurf zu verzögern.
Eine solche präzise
Zeitverhaltenssteuerung und Flexibilität ist bei anderen Produktfüllvorrichtungen
nicht möglich,
wo die Teile mechanisch mit der Förderlinie verbunden sind und
ihre Bewegung relativ zu dem Förderer
nicht ändern
können.
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Es
versteht sich für
den Fachmann auf diesem Gebiet, dass andere Steuerungsarten angewendet werden
können,
um die Bestandteile der Füllvorrichtung
für partikelförmige Produkte
gemäß dieser
Erfindung zu steuern. Beispielsweise könnte eine elektromechanische
Steuerung mit elektronischen Anzeigen, Servos und Steuerschaltungen
angewendet werden, um die Signale von den verschiedenen Bestandteilen
zu empfangen und es einem Benutzer zu erlauben, wahlweise die Arbeitsweise
dieser Bestandteile für
eine optimale Produktanordnung zu synchronisieren. Ein Microcomputer
ist jedoch aufgrund des einfachen Gebrauchs und der Flexibilität bevorzugt.
Wenn es gewünscht
wird, die Betriebsparameter des Systems zu ändern, können solche Änderungen
problemlos an einem Standard-Computerterminal gemacht werden, das
mit der Steuerung 80 verbunden ist.
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Wenn
sich beispielsweise die Produktkonsistenz oder -viskosität während eines
einzelnen Herstellungslaufs ändert,
kann das Zeitverhalten der verschiedenen Bestandteile des Systems "aus dem Stand heraus" modifiziert werden,
indem bestimmte Werte über
die Computerschnittstelle eingestellt werden, ohne dass es notwendig
ist, auch nur für
ein paar Minuten die Produktion anzuhalten.
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Die
vorliegende Erfindung fügt
auch ein zusätzliches
Element hinzu, das die Vorteile dieses Systems stark erhöht. Wie
oben festgehalten, wird die pneumatische Steuerung 60 der
mitlaufenden Tasche 44 durch die gleiche Steuerung 80 gesteuert,
die die Bewegung der anderen Bestandteile steuert. Dies erlaubt
einer speziellen Software der Steuerung, die Bewegung der mitlaufenden
Tasche präzise
zeitlich zu steuern und rasch auf neue Betriebsparameter einzustellen
oder diese nach Bedarf zu ändern.
Indem beispielsweise einfach neue Informationen in das Steuerterminal
eingegeben werden, kann eine Bedienungsperson die Richtung der Linie ändern, kann
das Abgabevolumen einstellen und kann das System sogar anweisen,
ein neues Produkt einzustellen. Im Gegensatz zum Stand der Technik
benötigen
diese Änderungen
keine Einstellung des Systems mittels "trial and error" im Verlauf von teuren und aufwändigen sich
wiederholenden kurzen Hochfahr- und Abschaltvorgängen und machen auch nicht
das komplizierte und zeitaufwändige
Entfernen und Neueinbauen einer Mehrzahl mechanischer Bestandteile
nötig.
Gleichzeitig wird ein Füllsystem
für partikelförmige Produkte
geschaffen, das merklich höhere
Betriebsgeschwindigkeiten als der Stand der Technik hat.
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Das
Mitläufersystem
für partikelförmige Produkte
gemäß obiger
Beschreibung schafft mehrere weitere Vorteile im Betrieb. Beispielsweise
kann das mitlaufende Taschensystem mit einer Linie verwendet werden,
die sich nicht kontinuierlich bewegt. In einem solchen System kann,
wenn der Behälter
unter dem Füllkopf
stoppt, die mitlaufende Tasche sich dann von einem Ende zum anderen
Ende bewegen, um das Produkt innerhalb des Behälters zu verteilen. Alternativ
kann bei langsam laufenden Linien dieses System so ausgelegt werden, dass
es sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung der Linie
bewegt, um das Produkt innerhalb des Behälters zu verteilen.
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Die
oben beschriebenen Anordnungen sind lediglich illustrativ für die Anwendung
der Grundsätze
der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Modifikationen und
Abwandlungen kann vom Fachmann auf diesem Gebiet durchgeführt werden,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung und der beigefügten Ansprüche anzuweichen,
welche derartige Modifikationen und Abwandlungen abdecken sollen.