DE60211123T2 - Behälterfüllvorrichtung - Google Patents
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Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Maschine zum Füllen von Behältern mit flüssigem oder partikulärem Material.
- STAND DER TECHNIK
- Zu diesem Zweck werden Füllmaschinen verwendet, die einen Karussellförderer aufweisen, der sich kontinuierlich um eine Achse dreht; eine Anzahl von Zuführvorrichtungen, um das Füllmaterial bereitzustellen, die von dem Förderer getragen werden, um die Drehachse des Förderers angeordnet sind und sich an entsprechenden Ladestationen befinden; und eine Aufnahme- und Wiegeeinheit, die von dem Förderer getragen wird, um eine Anzahl von leeren Behältern aufzunehmen, die sich jeweils an einer entsprechenden Ladestation befinden, um das Füllmaterial von einer zugehörigen Zuführvorrichtung aufzunehmen.
- Das Füllen der Behälter wird durch eine Steuervorrichtung außerhalb des Förderers gesteuert, die einen "Master-Multislave"-Schaltkreisaufbau aufweist, d. h. eine zentrale Steuereinheit ("Master") und eine Vielzahl von Satellitensteuereinheiten ("Slaves") umfasst, wobei die Slave-Steuereinheiten mit der Aufnahme- und Wiegeeinheit durch Gleitkontakte verbunden sind, lediglich dazu vorgesehen sind, elektrische Gewichtssignale aufzunehmen, die durch die Aufnahme- und Wiegeeinheit erzeugt werden und das Gewicht der Behälter während des Füllens anzeigen, und durch die Mastereinheit gesteuert werden, die typischerweise durch einen Personal Computer realisiert ist und dafür sorgt, dass die Gewichtssignale aufgenommen und verarbeitet werden, und die die Zuführvorrichtungen so steuert, dass sie die Zufuhr des Produkts in die Behälter stoppen, wenn das Gewicht der Behälter einen vorab bestimmten Schwellenwert erreicht, welcher der Menge des Produkts entspricht, mit der die Behälter zu füllen sind.
- Obwohl sie weit verbreitet ist, hat die "Master-Multislave"-Steuerarchitektur bei dieser Art der Anwendung verschiedene Nachteile, weshalb alle ihre Vorteile nicht vollständig genutzt werden können. Genauer gesagt bildet die Mastereinheit einerseits einen "Flaschenhals" für die Füllsteuerung, weil sie für die gesamte Verarbeitung der Gewichts- und Steuersignale der Zuführvorrichtung verantwortlich ist, und andererseits begrenzt sie die Größe, auf welche die Abgabe oder Leistung bzw. der Output der Maschine erhöht werden kann, weil sie unvermeidlich die maximale Anzahl von einbaubaren Zuführvorrichtungen, die maximale Füllgeschwindigkeit der Behälter und die maximale Drehzahl des Förderers begrenzt.
- Die
GB 2017971 - Das heißt, neben dem Bereitstellen zusätzlicher Ladestationen und entsprechender Zuführvorrichtungen und/oder Erhöhen der Fördererdrehzahl und der Behälterfüllgeschwindigkeit würde jede Erhöhung der Leistung der Maschine zusätzlich ein Ersetzen und Programmieren einer Mastereinheit mit viel höherer Verarbeitungskapazität bedeuten.
- ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
- Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Behälterfüllmaschine zu schaffen, die dazu konzipiert ist, die vorstehend erwähnten Nachteile des bekannten Stands der Technik zu eliminieren.
- Übereinstimmend mit der vorliegenden Erfindung wird eine Maschine nach Anspruch 1 geschaffen.
- KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN
- Eine nicht begrenzende Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird als Beispiel mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
-
1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Maschine nach der vorliegenden Erfindung zeigt; -
2 ein Blockschaubild einer Steuervorrichtung zeigt, die ein Teil der Maschine nach1 ist. - BESTE ART ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
- Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bezeichnet die Zahl
1 insgesamt eine Maschine zum Füllen von Behältern, die in dem gezeigten Beispiel durch im Wesentlichen zylindrische Flaschen2 dargestellt sind, wobei jede so positioniert ist, dass ihre Achse3 im Wesentlichen aufrecht ist, und oben einen Hals4 aufweist, der am oberen Ende eine Einlass/Auslass-Öffnung5 für ein Material6 aufweist, das partikular bzw. körnig oder pulvrig oder, wie in dem gezeigten Beispiel, flüssig sein kann. - Die Maschine
1 umfasst eine feststehende Basis7 , deren mittlerer Abschnitt durch eine zylindrische Säule8 definiert ist, die eine im Wesentlichen senkrechte Achse9 aufweist und über zwischengeschaltete Lager10 einen röhrenförmigen Basisstamm1 eines Karussellförderers12 drehbar lagert, der an der Basis7 montiert ist und durch einen nicht gezeigten bekannten Antriebsmotor kontinuierlich um die Achse9 gedreht wird. - Der Förderer
12 umfasst einen zylindrischen Grundkörper13 , der mit der Achse9 koaxial ist und auf der Unterseite durch eine Bodenwand14 definiert ist, die integriert mit einem oberen Ende des Stamms11 verbunden ist; und einen zylindrischen Tank15 , der ebenfalls mit der Achse9 koaxial ist und auf der Spitze des zylindrischen Körpers13 und durch diesen gelagert ist. Der Tank15 weist einen größeren Durchmesser als der zylindrische Körper13 auf und wird auf der Unterseite durch eine Bodenwand16 definiert, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse9 ist und einen Umfangsabschnitt17 aufweist, der von einer zylindrischen Wand18 des zylindrischen Körpers13 nach außen vorsteht. - Der Förderer
12 weist außerdem eine Anzahl von Ladestationen19 auf, die gleichförmig um die Achse9 beabstandet sind und durch entsprechende bekannte Zuführvorrichtungen20 definiert sind, um Material6 zuzuführen, und die sich von dem Umfangsabschnitt17 der Wand16 des Tanks15 entlang entsprechender Achsen21 parallel zur Achse9 nach unten erstrecken und in bekannter Weise durch entsprechende Ventilvorrichtungen22 und durch entsprechende bekannte Flusssensoren23 gesteuert werden, die schematisch gezeigt sind; und eine Aufnahmeeinheit24 zum Aufnehmen von Flaschen2 und zum Festhalten derselben an einer entsprechenden Ladestation19 außerhalb der Wand18 unter dem peripheren Abschnitt17 der Wand16 , wobei eine entsprechende Achse3 koaxial zur Achse21 einer entsprechenden Zuführvorrichtung20 ist. - Die Aufnahmeeinheit
24 weist für jede Ladestation19 einen entsprechenden Aufnahme- und Wiegekopf25 auf, der entfernbar mit dem zylindrischen Körper13 verbunden ist, wobei eine strukturelle und funktionelle Koppel-/Entkoppel-Vorrichtung zur schnellen Montage oder ein Halter26 , der in den zylindrischen Körper13 integriert ist, zwischengeschaltet ist. - Jeder Aufnahme- und Wiegekopf
25 weist eine Skala27 auf, die eine Platte28 umfasst, welche eine Achse29 hat, die im Wesentlichen parallel zur Achse9 ist, und die integriert mit einer Greifanordnung30 verbunden ist, um eine entsprechende Flasche2 auf der Platte28 aufrecht zu halten, wobei ihre Achse3 mit der Achse29 koaxial ist, und die eine Stütze31 umfasst, die sich von der und entlang der Platte28 nach oben erstreckt, und eine obere und untere Gabel32 ,33 lagert, um jeweils den Hals4 und den Körper der Flasche2 zu umfassen. - Mit Bezug auch zur
2 weist die Maschine1 zudem eine Steuervorrichtung34 auf, um das Füllen der Flaschen2 zu steuern, und mit einem "Multi-Master"-, d. h. verteilten, Schaltkreisaufbau, wobei eine Überwachung35 zum Überwachen des gesamten Betriebs der Maschine1 und der Befüllung der Flaschen2 mit einer Anzahl von Steuereinheiten36 verbunden ist und mit ihnen kommuniziert, die jeweils unabhängig eine vorab bestimmte Anzahl von beispielsweise acht oder zwölf Zuführvorrichtungen20 steuern. - Noch genauer werden Steuereinheiten
36 durch den Förderer12 getragen und in einem Abteil37 untergebracht, während die Überwachung35 stationär ist, außerhalb des Förderers12 angeordnet ist und mit den Steuereinheiten36 mittels eines fest zugeordneten Busses38 und Gleitkontakten39 kommuniziert. - Jede Steuereinheit
36 wird im Wesentlichen durch eine Wiege- und Steuerplatine40 vom Typ mit gedruckten Schaltkreisen definiert, die eine Anzahl von Eingängen41 aufweist – je einen für jede Zuführvorrichtung20 , die durch die Wiege- und Steuerplatine40 gesteuert wird – und eine Anzahl von Ausgängen42 – je einen für jede Zuführvorrichtung20 , die durch die Wiege- und Steuerplatine40 gesteuert wird. Genauer gesagt ist jeder Eingang41 der Wiege- und Steuerplatine40 mit einer entsprechenden Skala27 verbunden, von der er ein elektrisches Gewichtssignal empfängt, welches das Gewicht der Flasche2 auf der Skala27 anzeigt; und jeder Ausgang42 der Wiege- und Steuerplatine40 ist mit einer Ventilvorrichtung22 einer entsprechenden Zuführvorrichtung20 verbunden und stellt der Zuführvorrichtung20 ein elektrisches Steuersignal bereit, um die Menge des Produkts zu regulieren, das durch die Zuführvorrichtung20 bereitgestellt wird. - Jede Wiege- und Steuerplatine
40 weist im Wesentlichen einen Mikroprozessor43 auf, der über einen Bus38 mit Mikroprozessoren43 der anderen Wiege- und Steuerplatinen40 und der Überwachung35 verbunden ist, und umfasst einen Speicher44 (der aus Gründen der Veranschaulichung separat gezeigt ist), welcher "Firmware" speichert, um das Füllen der Flaschen2 zu steuern, das wie später genau beschrieben durchgeführt wird. - Genauer gesagt können die Steuereinheiten
36 geeignet über den IEC-Standard 61131, d. h. unter Verwendung einer CANopen-Protokoll-CAN-Busleitung und „balanced" RS-422-Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen, die schematisch durch45 in2 angezeigt sind, mit der Überwachung35 verbunden sein; und Gleitkontakte39 können praktischerweise vom Typ mit Quecksilberbadlagern sein. - Die Überwachung
35 umfasst im Wesentlichen einen Personal Computer46 , der eine Anzeigeeinheit47 , eine Tastatur48 , eine Maus49 und eine Verarbeitungseinheit50 aufweist, von der ein (nicht gezeigter) Eingabe/Ausgabe-Anschluss durch den Bus38 mit allen Mikroprozessoren43 der Wiege- und Steuerplatinen40 verbunden ist. - Bei der tatsächlichen Nutzung lädt der Bediener der Maschine
1 unter Nutzung der Tastatur48 und/oder der Maus49 grundlegende Daten des Füllvorgangs wie den Flaschentyp, die Produktmenge pro Flasche, den Produkttyp (flüssig, körnig), die Flaschenfüllgeschwindigkeit usw. vor dem Beginn eines neuen Füllprozesses der Flaschen2 in die Überwachung35 . - Nach dem Laden stellt die Überwachung
35 die grundlegenden Daten des Füllvorgangs den Mikroprozessoren43 der Wiege- und Steuerplatinen40 bereit, welche die Daten in Speichern44 ablegen, und startet dann den Füllvorgang, wobei der Förderer12 kontinuierlich um die Achse9 dreht und bei jeder Umdrehung jede Ladestation19 eine entsprechende Flasche2 aufnimmt, die nach dem Befüllen ausgeladen wird. - Mit Bezug auf eine Ladestation
19 stellt die Skala27 ein elektrisches Signal bereit, welches das Gewicht der Flasche2 anzeigt, das vom Mikroprozessor43 der Lade- und Steuerplatine40 aufgenommen wird, der das Füllen an der entsprechenden Ladestation19 steuert, sobald eine leere Flasche2 auf die Platte28 des entsprechenden Kopfs25 geladen und durch die entsprechende Greifanordnung30 gehalten wird. - Auf der Grundlage des Gewichtssignals, das von der Skala
27 erzeugt wird, bestimmt der Mikroprozessor43 in bekannter Weise, die nicht genau beschrieben wird, das Gewicht (Tara) der leeren Flasche2 . Wenn dies erledigt ist, öffnet der Mikroprozessor43 auf der Basis der grundlegenden Daten, die er von der Überwachung35 beim Start des Füllvorgangs der Flaschen2 empfängt, die Ventilvorrichtung22 der entsprechenden Zuführvorrichtung20 , um allmählich die Flasche2 zu füllen, wobei der allmähliche Anstieg des Gewichts kontinuierlich durch die entsprechende Skala27 erfasst wird. - Der Mikroprozessor
43 überwacht konstant den Fluss des Materials6 und das Gewicht der zu füllenden Flasche2 und schließt die Ventilvorrichtung22 , wenn das erfasste Gewicht minus das vorab gemessene Tara zur Produktmenge pro Flasche nach den bereitgestellten Daten passt, welche die Überwachung35 zum Start des Füllvorgangs der Flaschen2 an den Mikroprozessor43 übermittelt hat. - Offensichtlich wird die Flasche
2 gefüllt, bevor sie eine (nicht gezeigte) Station erreicht, an welcher sie in bekannter Weise von der entsprechenden Platte28 abgenommen wird. - In dem Fall, in dem der Fluss des Materials
6 durch die entsprechende Zuführvorrichtung20 , der durch den entsprechenden Flusssensor23 erfasst wird, nicht durch eine kontinuierliche Erhöhung des Gewichts der Flasche2 begleitet ist, bestimmt der Mikroprozessor43 einen Zustand einer zerbrochenen Flasche, schließt sofort die Ventilvorrichtung22 und stellt der Überwachung35 ein Flaschenbruchalarmsignal bereit. - Im Verlauf des Füllvorgangs stellt jeder Mikroprozessor
43 der Überwachung35 Daten bezüglich des Füllbetriebs an den Ladestationen19 unter seiner Steuerung bereit, und die Überwachung35 zeigt mittels einer geeigneten graphischen Schnittstelle die Daten auf der Anzeigeeinheit47 an, um den Bediener der Maschine1 mit in Echtzeit aktualisierter Information bezüglich des Befüllens der Flaschen2 an jeder Ladestation19 zu versorgen. - Im Verlauf des Füllvorgangs kommuniziert auch jeder Mikroprozessor
43 mit Mikroprozessoren43 der anderen Wiege- und Steuerplatinen40 , mit denen er Daten bezüglich irgendwelcher dynamischer Veränderungen in den Füllvorgangsparametern austauscht, wie das Vorhandensein und die Größe von thermischen Änderungen, beliebigen Änderungen in den Parametern (der Dichte) der Flüssigkeit, die in die Flaschen2 zugeführt wird, usw., so dass jeder Mikroprozessor43 diese beim Steuern des Befüllens der entsprechenden Flaschen2 berücksichtigen kann. - Im Verlauf des Füllvorgangs führen sowohl die Mikroprozessoren
43 als auch die Überwachung35 – die Ersteren auf der Grundlage der Gewichtssignale und die Letztere auf der Grundlage von Daten, die sie von den Mikroprozessoren43 empfängt – Diagnosevorgänge durch, um jede Unregelmäßigkeit im Füllvorgang der Flaschen2 zu bestimmen und so den Betrieb der Zuführvorrichtungen20 und der Maschine1 sofort zu korrigieren. - In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Maschine
1 sollte dargelegt werden, dass das Aufteilen und Verteilen der Steuerung des Füllens der Flaschen2 unter Verwendung einer "Multi-Master"-Schaltkreisarchitektur dazu dient, wenn nötig, nicht nur die Anzahl der Ladestationen19 , sondern auch die Drehgeschwindigkeit des Förderers12 und die Füllgeschwindigkeit der Flaschen2 zu erhöhen, wodurch der Output bzw. die Leistung der Maschine1 stark steigt. - Zudem wird durch das Verteilen der Steuerung des Füllens der Flaschen
2 erreicht, dass man eine modulare Steuervorrichtung34 erhält, wobei die Anzahl von Ladestationen19 erhöht werden kann, indem lediglich zusätzliche Wiege- und Steuerplatinen40 hinzugefügt werden, da die Wiege- und Steuerplatinen40 alle identisch sind. - Zudem ist jede Wiege- und Steuerplatine
40 bezüglich des Schaltkreisaufbaus relativ einfach und vergleichsweise billig, da sie nur das Füllen an einer kleinen Anzahl von Ladestationen19 steuert. - Zudem ist die Verdrahtung, welche die Wiege- und Steuerplatinen
40 mit der Überwachung35 verbindet, relativ einfach und kompakt, wodurch Reparaturarbeiten im Vergleich mit derzeit verwendeten Füllmaschinen deutlich vereinfacht werden. In den derzeit verwendeten Füllmaschinen sind nämlich die Slave-Einheiten alle in einem so genannten "Elektroraum" auf entsprechenden Anschlussplatinen untergebracht, die mit der Mastereinheit verbunden sind, welche normalerweise nahe bei dem Elektroraum angeordnet ist, so dass die Verdrahtung in dem Elektroraum normalerweise in einen engen Raum gepackt und sehr schwierig zu warten ist.
Claims (14)
- Ein Maschine zum Füllen von Behältern mit Flüssigkeit oder partikulärem Material, wobei die Maschine (
1 ) Folgendes aufweist: einen Karussellförderer (12 ), der sich kontinuierlich um eine Achse (9 ) dreht, wobei eine Anzahl von Zuführvorrichtungen (20 ) zum Zuführen des Materials (6 ), die von dem Karussellförderer getragen werden, um die Achse (9 ) herum angeordnet sind und sich an jeweiligen Beladestationen (19 ) befinden, Aufnahme- und Wiegeeinrichtungen (24 ), die von dem Karussellförderer (12 ) getragen werden, um eine Anzahl der Behälter (2 ) aufzunehmen und zu wiegen, die sich jeweils an einer zugehörigen Ladestation (19 ) befinden, um das Material aus einer zugehörigen Zuführvorrichtung (20 ) zu empfangen, und eine elektrische Steuereinrichtung (34 ) zum Steuern des Füllens der Behälter (2 ), welche eine Mehrzahl von Steuereinheiten (36 ) aufweist, von denen jede mit einer Anzahl von entsprechenden Aufnahme- und Wiegeeinrichtungen (24 ) verbunden ist und dazu fähig ist, eine Anzahl von entsprechenden Zuführvorrichtungen (20 ) zu steuern; wobei die Maschine dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinheiten (36 ) von dem Karussellförderer (12 ) getragen werden und dadurch, dass die elektronische Steuereinrichtung (34 ) eine Überwachung (35 ) zum Überwachen des Füllens der Behälter (2 ) aufweist, die stationär ist, außerhalb des Karussellförderers (12 ) angeordnet ist und mit den Steuereinheiten (36 ) über Kommunikationseinrichtungen (38 ,39 ) kommuniziert. - Eine Maschine nach Anspruch 1, wobei die Aufnahme- und Wiegeeinrichtungen (
24 ) eine Anzahl von Skalen (27 ) umfassen, die jeweils zum Aufnehmen und Wiegen eines je weiligen Behälters (2 ) an einer jeweiligen Ladestation (19 ) und zum Erzeugen eines elektrischen Gewichtssignals dienen, das das Gewicht des jeweiligen Behälters (2 ) anzeigt; wobei jede der Steuereinheiten (36 ) eine Anzahl von Eingängen (41 ) aufweist, die jeweils mit einer entsprechenden Skala (27 ) verbunden sind, und eine Anzahl von Ausgängen (42 ), die jeweils mit einer entsprechenden Zuführvorrichtung (20 ) verbunden sind, um ein elektrisches Steuersignal bereitzustellen, um die Menge des Produkts zu regulieren, das von der Zuführvorrichtung (20 ) bereitgestellt wird. - Eine Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede Steuereinheit (
36 ) eine Wiege- und Steuerplatine (40 ) vom Typ mit gedruckten Schaltkreisen aufweist, die einen Mikroprozessor (43 ) umfasst, der mit der Überwachung (35 ) verbunden ist, um Einstellwerte und Daten bezüglich des Füllvorgangs der jeweiligen Behälter (2 ) auszutauschen; wobei der Mikroprozessor (43 ) außerdem die von den entsprechenden Skalen (27 ) erzeugten Gewichtssignale empfängt und Steuersignale erzeugt, um die entsprechenden Zuführvorrichtungen (20 ) zu steuern. - Eine Maschine nach Anspruch 3, wobei jeder Mikroprozessor (
43 ) mit den Mikroprozessoren (43 ) der anderen Wiege- und Steuerplatinen (40 ) verbunden ist, um Daten bezüglich des Füllvorgangs der entsprechenden Behälter (2 ) auszutauschen. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kommunikationseinrichtungen (
38 ,39 ) eine Busverbindung (38 ) umfassen, um die Steuereinheiten (36 ) mit der Überwachung (35 ) zu verbinden. - Eine Maschine nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheiten (
36 ) außerdem über die Busverbindung (38 ) miteinander verbunden sind. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der Busverbindung (
38 ) ein CAN-Bus ist, der mit einem CANopen-Protokoll arbeitet. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kommunikationseinrichtungen (
38 ,39 ) Schleifkontakte (39 ) umfassen, um die Steuereinheiten (36 ) mit der Überwachung (35 ) zu verbinden. - Eine Maschine nach Anspruch 8, wobei die Schleifkontakte (
39 ) vom Typ eines Quecksilberbadlagers sind. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Überwachung (
35 ) einen Personal Computer (46 ) umfasst, der eine Anzeigeeinheit (47 ), eine Tastatur (48 ), eine Verarbeitungseinheit (50 ) und einen Eingangs/Ausgangsanschluss aufweist, der per Bus (38 ) mit allen Steuereinheiten (36 ) verbunden ist. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Überwachung (
35 ) vor dem Beginn eines neuen Füllvorgangs für Behälter (2 ) mit Daten bezüglich der Festlegung des Füllvorgangs geladen wird; die Überwachung (35 ) nach dem Laden die Daten bezüglich der Festlegung des Füllvorgangs an die Steuereinheiten (36 ) bereitstellt, welche die Daten in Speichern (44 ) ablegen, und dann denn Füllvorgang startet, wobei der Förderer (12 ) kontinuierlich um die Achse (9 ) gedreht wird und jede Ladestation (19 ) bei jeder Umdrehung einen entsprechenden ungefüllten Behälter (2 ) empfängt. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei im Verlauf des Füllvorgangs jede Steuereinheit (
36 ) die Überwachung (35 ) mit Daten bezüglich der Füllvorgänge an den Ladestationen (19 ) unter ihrer Steuerung versorgt. - Eine Maschine nach Anspruch 12, wobei die Überwachung (
35 ) die Daten auf einer Anzeigeeinheit (47 ) anzeigt, um in Echtzeit aktualisierte Information betreffend das Befüllen der Behälter (2 ) an jeder Ladestation (19 ) bereitzustellen. - Eine Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei im Verlauf des Füllvorgangs jede Steuereinheit (
36 ) mit anderen Steuereinheiten (36 ) kommuniziert, mit denen sie Daten bezüglich jeglicher dynamischer Veränderungen von Füllvorgangsparametern austauscht, so dass jede Steuereinheit (36 ) diese bei der Steuerung des Befüllens der jeweiligen Behälter (2 ) berücksichtigen kann.
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