EP2566759B1 - Dosiervorrichtung mit schadensüberwachung - Google Patents

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EP2566759B1
EP2566759B1 EP11720413.1A EP11720413A EP2566759B1 EP 2566759 B1 EP2566759 B1 EP 2566759B1 EP 11720413 A EP11720413 A EP 11720413A EP 2566759 B1 EP2566759 B1 EP 2566759B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vibration
metering
alarm
funnel
metering apparatus
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Revoked
Application number
EP11720413.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP2566759A1 (de
Inventor
Burkhard Licher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rovema GmbH
Original Assignee
Rovema GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=44513231&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP2566759(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Rovema GmbH filed Critical Rovema GmbH
Publication of EP2566759A1 publication Critical patent/EP2566759A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2566759B1 publication Critical patent/EP2566759B1/de
Revoked legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING SYSTEMS, e.g. PERSONAL CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B1/00—Packaging fluent solid material, e.g. powders, granular or loose fibrous material, loose masses of small articles, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B1/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B65B1/10—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by rotary feeders
    • B65B1/12—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles by rotary feeders of screw type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B37/00—Supplying or feeding fluent-solid, plastic, or liquid material, or loose masses of small articles, to be packaged
    • B65B37/08—Supplying or feeding fluent-solid, plastic, or liquid material, or loose masses of small articles, to be packaged by rotary feeders
    • B65B37/10—Supplying or feeding fluent-solid, plastic, or liquid material, or loose masses of small articles, to be packaged by rotary feeders of screw type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B57/00—Automatic control, checking, warning, or safety devices
    • B65B57/10—Automatic control, checking, warning, or safety devices responsive to absence, presence, abnormal feed, or misplacement of articles or materials to be packaged
    • B65B57/14—Automatic control, checking, warning, or safety devices responsive to absence, presence, abnormal feed, or misplacement of articles or materials to be packaged and operating to control, or stop, the feed of articles or material to be packaged
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B57/00—Automatic control, checking, warning, or safety devices
    • B65B57/18—Automatic control, checking, warning, or safety devices causing operation of audible or visible alarm signals

Definitions

  • the invention relates to a metering device for metering pourable goods for arrangement on a packaging machine with damage monitoring.
  • the most diverse metering devices for example from the US 6,340,036 B1 , known.
  • the purpose of the metering device in particular in the case of the arrangement on a packaging machine, is to transfer in each case a certain amount of the material to be filled into a packaging which is held ready by the packaging machine.
  • a screw dosing is used for exact and rapid dosing.
  • a funnel is arranged in front of the outlet, in which there is a supply of the corresponding material to be filled.
  • a stirrer is necessarily used.
  • the stirrer is arranged centrally in the hopper.
  • stirrer shapes are used. These depend on the one hand to the desired mixing effect of the funnel contents as well as to the tendency of the goods to adhere to the walls of the funnel. In order to ensure consistent material quality in the packaging, it is particularly important that there is no build-up on the funnel, thus avoiding the danger that adhesions will dissolve sporadically and be found in individual packages.
  • stirrer Since it is the task of the stirrer to prevent buildup on the funnel wall, the stirrer usually has a predominantly pointed outer edge in the direction of stirring in the direction of the funnel wall , In the case of contact of this edge with the funnel wall, this results in a scraping effect, whereby material of the wall of the funnel can be scraped off. According to the usual choice of material of the hopper and stirrer this can lead to a contamination of the material to be filled with metal chips. In most cases, however, a contamination of the material to be filled with foreign material, especially metal chips, mandatory to avoid.
  • the distance between stirrer and funnel wall in the prior art is generally chosen such that the contact or contact of a stirrer on the funnel wall is generally excluded.
  • the torque monitoring of the stirrer primarily serves the purpose of monitoring the filling state and the consistency of the material to be filled. In this case, the necessary drive energy is continuously controlled in the stirring process. Deviations in the stirring process or in the drive make it possible to draw conclusions about the contents of the funnel.
  • Object of the present invention is therefore to present a damage detection for a metering device, by means of which it is possible to reliably detect the contact between the stirrer and the wall of the hopper, regardless of the respective material to be filled.
  • the object is achieved by a metering device according to claim 1.
  • a packaging system with corresponding metering device is specified in claim 8.
  • An advantageous method is named in claim 10.
  • a metering device is used for metering pourable goods in the arrangement in a packaging machine.
  • the corresponding metering device is used in particular in a tubular bag machine.
  • the metering device has a dispensing container consisting of a funnel and a tube.
  • a stirrer within the funnel is a stirrer, in particular centric arranged.
  • a metering screw is arranged in the hopper or in the dispensing container.
  • the funnel and the tube have a common central axis. In this respect, the tube is below the funnel. However, it is also possible to lead the tube also laterally out of the hopper on the ground.
  • the funnel serves primarily to hold a necessary volume of material in order to be able to carry out the corresponding metering operation without interruption. Consequently, the size of the funnel depends primarily on the respective volume to be filled and the property of the material feed to the hopper of the metering device.
  • the length of the tube is determined in particular with regard to ensuring the function of a delivery of a particular volume of the material to be filled to the packaging machine. In this respect, it is sufficient with under, if the tube has a relation to the diameter very short length.
  • Characteristic of the metering device is the use of a vibration sensor and a vibration evaluation.
  • a vibration sensor Upon contact of the stirrer and / or the metering screw on the dispensing container, there is a change in the waveform in the wall of the dispensing container. Its change can be measured by means of the vibration sensor and these measured values can in turn be evaluated by means of the vibration evaluation device and thus deviations can be detected.
  • the idea according to the invention for the use of a vibration sensor is based, in particular, on the knowledge that when the stirrer is touched against the wall of the dispensing container, the dispensing container is excited with a vibration which is clearly different from the mode of vibration in normal operation. In particular, this is based on the recognition that the usual waveform is damped during operation of the metering device by the material to be filled and has a preferably uniform shape.
  • the stirrer has a preferably high rigidity in accordance with its function and likewise the discharge ratio.
  • contact of the running stirrer with the wall of the dispensing container leads to a significantly different vibrational shape in the wall of the dispensing container. In particular, it can be expected that the resulting frequencies, if equal to low amplitude, will be in higher frequency ranges.
  • the vibration evaluation device it is ensured in the vibration evaluation device that foreign excitation sources do not lead to the triggering of a signal.
  • a particularly advantageous mode of use of the metering device according to the invention is achieved when the vibration evaluation device comprises or controls an alarm device, wherein upon detection of a touch, an audible and / or visual warning can be issued.
  • the vibration evaluation device According to the task of the vibration evaluation device to detect a contact between the stirrer and the wall of the dispensing container is the output of the corresponding touch event appropriately.
  • a measure can be taken only as a result of the present warning by the plant operator as to how to proceed with the alarm state.
  • it would be possible to control the packaging equipment such that upon detection of a touch, the material is automatically discarded without triggering an alarm, it is still advantageous if the equipment operator is informed of the corresponding damage event.
  • the distance from the stirrer and / or the metering screw to the inner wall of the hopper and / or tube is less than 20 mm.
  • the task of the stirrer to prevent material adhesion to the funnel wall and to output the task of the metering screw corresponding material controlled as close to the wall of the dispensing container is required. This depends in particular on the particular type of material to be filled. This will thus usually be less than 5mm and in particular requires damage monitoring according to the invention.
  • the funnel is in particular the dispensing container, made of metal, in particular stainless steel.
  • metal in particular stainless steel.
  • the appropriate choice of material, in particular made of stainless steel there are special advantages, on the one hand for the general use of the metering device in terms of stability and service life, as well as in particular for the application in which the detection of vibration modes is relevant. Due to the high modulus of elasticity of metal, especially stainless steel, intermittent excitations through the stirrer lead to characteristic vibration modes, which are correspondingly easier to recognize.
  • the vibration sensor is coupled to the dispensing container in such a way that vibrations in the wall of the funnel and / or pipe are transmitted to the vibration sensor.
  • the vibration sensor According to the task of the vibration sensor to measure and pass corresponding vibration modes in the wall of the funnel, it is necessary to make the vibrations accessible to the vibration sensor.
  • a physical connection between the wall of the funnel and the vibration sensor is advantageously realized. This can be done on the one hand, in which the vibration sensor is placed directly on the wall of the funnel or the pipe.
  • the vibration sensor it is possible to connect the vibration sensor to articles stably connected to the dispensing container, e.g. Aspiration to place. It is relevant here that the position of the vibration sensor is not decoupled from the delivery container in terms of vibration.
  • it is relevant that between the wall of the dispensing container and vibration sensor as low as possible damping of the vibration is included.
  • a vibration sensor with a measuring axis is selected for implementing the solution according to the invention, wherein accelerations below 200 g, in particular in the measuring range below 50 g, can be detected in the one measuring axis.
  • the vibration sensor is advantageously selected such that it can detect frequencies of at least from 5 Hz, in particular from 0.1 Hz, and up to at least 200 Hz, in particular up to at least 5000 Hz.
  • frequencies of at least from 5 Hz in particular from 0.1 Hz, and up to at least 200 Hz, in particular up to at least 5000 Hz.
  • the evaluation of the measurement result from the vibration sensor is particularly advantageously possible if the vibration sensor has a spectral resolution of ⁇ 5 Hz, in particular ⁇ 2 Hz.
  • the accuracy of the vibration sensor it is particularly possible to distinguish the vibration modes in a contact between the stirrer and the wall of the dispensing container of general forms of vibration in the dispensing box or registered sources of interference from the engine, transmission or clutch.
  • the object is achieved by a packaging system according to the invention with a metering device according to the previous description.
  • the packaging system has a control device which triggers advantageous controls or regulations when an alarm is present.
  • the packaging equipment is stopped by the control device in alarm.
  • the machine operator it is possible for the machine operator to remove the packaging that was bottled at the time or, for safety reasons, also previously filled packaging of the system and thus preclude forwarding it to retailers.
  • the plant operator it is thus possible for the plant operator to carry out a check of the metering device and to initiate appropriate measures upon detection of a damage requiring action on the metering device.
  • the packaging system is advantageously carried out such that the filled packages, which are potentially contaminated with metal chips or the like, can be removed separately from the packaging system. This applies in particular from the time of the alarm until the alarm has been canceled by the operator or by automatic control.
  • the separate removal of appropriate packaging can be ensured on the packaging machine such that a structurally separate Materialausschleusung is provided before the end of the flow of material in the packaging system.
  • a metering device is selected at the packaging plant, by means of which the packages to be filled with the respective contents are charged.
  • the vibrations of the wall of the dispensing container are measured. These measured values are evaluated below by the vibration evaluation device.
  • the vibration evaluation device in turn is capable of detecting deviations in the vibration behavior and comparing them with stored limit values. If the limit values are exceeded, it can be concluded with sufficient probability of contact between the stirrer or the metering screw with the dispensing container. In the following, an alarm is triggered by means of the vibration evaluation device.
  • an alarm when an alarm is present, it is displayed acoustically and / or optically to the system operator.
  • it allows the plant operator to respond appropriately to the situation.
  • the metering device in particular the packaging machine, is advantageously also stopped in the event of an alarm by the vibration evaluation device.
  • the method is advantageously extended to the effect that, in the case of an alarm by the vibration evaluation device, the packaging filled at the time of the alarm, in particular of all subsequent packagings until the alarm is released at the packaging installation, is carried out.
  • these packages are removed after forwarding the corresponding material flow separately from the packaging system.
  • FIG. 1 a dosing device 01 outlined in the arrangement at a packaging machine 20, which is to exemplify the inventive solution.
  • the metering device 01 to a dispensing container 02, which consists of the hopper 03 and the subsequent tube 04.
  • the stirrer 06 and the metering screw 05 Arranged therein are the stirrer 06 and the metering screw 05.
  • funnel 03, tube 04 and stirrer 06 and metering screw 05 have a common central axis.
  • a vibration sensor 09a or 09b and a vibration evaluation device 10 are attached to the metering device according to the invention.
  • the vibration sensor 09a is placed directly on the funnel wall 03.
  • the vibration evaluation device 10 can be installed at remote locations with respect to the metering device 01. In this case, only the information technology connection between the vibration sensor 09 and the vibration evaluation device 10 is required. In this respect, it is readily possible to integrate the function of the vibration evaluation device 10 in a control of the packaging installation.
  • the vibration evaluation device 10 is assigned a display 11 which can visually inform about an alarm. This can also be integrated directly on the metering device 01, as well as in the control of the packaging system.
  • At least one drive 14 for the metering screw 05 is required.
  • metering devices 01 as outlined, have separate drives 14, 16 for metering screw 05 and stirrer 06.
  • a coupling 15 or 17 may be arranged between the respective drive 14, 16 and the metering screw 05 or stirrer 07.
  • a transmission 18 is also present at least in the drive 16 for the stirrer 06. From these drives 14, 16, clutches 15, 17 and gear 18 shock excitations in the dispensing box 02 via the common connection by means of the frame 12 of the metering 01 can be done. These can be detected with advantageous control of the vibration evaluation device 10 and thus a misinterpretation as a contact can be excluded.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung zum Dosieren von schüttbaren Gütern zur Anordnung an einer Verpackungsmaschine mit einer Schadensüberwachung.
  • Aus dem Stand der Technik sind die verschiedensten Dosiervorrichtungen, beispielsweise aus der US 6,340,036 B1 , bekannt. Zweck der Dosiervorrichtung insbesondere bei der Anordnung an einer Verpackungsmaschine ist die Übergabe jeweils einer bestimmten Menge des abzufüllenden Guts in eine Verpackung, welche von der Verpackungsmaschine bereitgehalten wird. Vielfach wird zur exakten und schnellen Dosierung eine Schneckendosierung eingesetzt. In diesem Falle befindet sich oberhalb der zu füllenden Verpackung ein Trichter mit einem Auslauf in dem sich eine Dosierschnecke befindet. Diese Dosierschnecke wird in zyklischen Abständen ein- und ausgeschaltet und gibt somit jeweils die der Verpackung zuzuführenden Menge ab.
  • Um die sichere Materialzuführung zur Dosierschnecke zu gewährleisten ist vor dem Auslauf ein Trichter angeordnet, in welchem sich ein Vorrat des entsprechend abzufüllenden Materials befindet. Um ein Verklumpen des Materials im Trichter oder ein Anheften am Rand des Trichters zu verhindern, wird notwendigerweise ein Rührer eingesetzt. Um eine optimale Durchmischung des Trichterinhalts zu gewährleisten sowie eine Ablagerung an lokalen Stellen zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn der Rührer zentrisch im Trichter angeordnet ist.
  • Je nach abzufüllendem Gut kommen verschiedenste Rührerformen zum Einsatz. Diese richten sich zum einen nach der gewünschten Durchmischungswirkung des Trichterinhalts als auch zu dem nach der Neigung des Gutes an den Wänden des Trichters anzuhaften. Um eine gleichbleibende Materialqualität in der Verpackung zu gewährleisten, ist es besonders wichtig, dass es zu keinen Anhaftungen am Trichter kommt und somit die Gefahr gemieden wird, dass sich Anhaftungen sporadisch lösen und in einzelnen Verpackungen wiederfinden.
  • Zur Lösung dieses Problems sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt, welche insbesondere darauf zielen, den Abstand zwischen dem Rührer und dem Trichter so gering wie möglich zu halten, ohne dass es zu einer Berührung des Rührers mit der Trichterwand kommt. Hierbei gilt es insbesondere zu berücksichtigen, dass aufgrund des Umlaufes des Gutes im Trichter zum einen der Trichter, wenn auch nur geringfügig, deformiert wird und somit der Abstand zwischen Trichterwandung und Rührer lokal reduziert sein kann. Des Weiteren ist je nach Elastizität des zu wählenden Rührers davon auszugehen, dass dieser gleichfalls in Richtung der Wandung des Trichters verbogen wird. Insofern ist zur Sicherstellung des notwendigen Abstandes bzw. dem Ausschluss einer Berührung zwischen Rührer und Wandung des Trichters ein entsprechender Sicherheitsabstand einzuhalten.
  • Dieses ist jedoch wiederum kontraproduktiv zum gewünschten Effekt, die Wandung des Trichters frei von Ablagerungen zu halten. Insofern wird hier immer ein Spagat gewählt, zwischen der Problematik eine Berührung zu riskieren und der Gefahr Anhaftungen an der Wandung zu ermöglichen.
  • Die Berührung von Rührer mit der Wandung des Trichters ist insbesondere aus folgendem Grunde strickt zu verhindern: Da es Aufgabe des Rührers ist, Anhaftungen an der Trichterwand zu verhindern, weist der Rührer in der Regel eine vorwiegend spitze Außenkante in der Rührrichtung in Richtung der Trichterwand auf. Im Falle einer Berührung dieser Kante mit der Trichterwand führt dieses zu einer Schabwirkung, wobei Material der Wandung des Trichters abgeschabt werden kann. Entsprechend der üblichen Materialwahl von dem Trichter und Rührer kann dieses insofern zu einer Kontaminierung des abzufüllenden Gutes mit Metallspänen führen. In den allermeisten Fällen ist jedoch eine Kontaminierung des abzufüllenden Gutes mit Fremdmaterial, insbesondere Metallspäne, zwingend zu vermeiden.
  • Hierbei ist zu bedenken, dass bereits eine kleinste Verunreinigung einer einzelnen Verpackungseinheit mit einem entsprechenden Metallspan, insbesondere in der Lebensmittelindustrie zu einem erheblichen Schaden führen kann. Sofern dieses erst durch den Verbraucher bemerkt wird, ist in aller Regel eine komplette Vernichtung und Rückrufaktion eines gesamten Chargenumfanges, welcher in der Regel einen längeren Herstellungsprozess betrifft, die Folge.
  • Zur Verhinderung entsprechender Schadensfälle wird im Stand der Technik generell der Abstand zwischen Rührer und Trichterwandung derart gewählt, dass der Kontakt bzw. die Berührung eines Rührers an der Trichterwandung generell ausgeschlossen ist.
  • Im Bestreben den Abstand zwischen Rührer und Behälterwandung zu reduzieren, wurden im Stand der Technik versuche unternommen, entsprechende Schadenfälle von Berührung zwischen Rührer und Wandung des Trichters rechtzeitig erkennen zu können. Zu diesen Zwecken wurde die bereits im Stand der Technik zur Kontrolle des Rührvorganges übliche Drehmomentenüberwachung nunmehr zur gleichzeitigen Überwachung hinsichtlich einer Berührung eingesetzt.
  • Die Drehmomentenüberwachung des Rührers dient primär dem Zwecke, den Füllzustand sowie die Konsistenz des abzufüllenden Gutes zu überwachen. Hierbei wird laufend im Rührvorgang die notwendige Antriebsenergie kontrolliert. Aus Abweichungen im Rührvorgang bzw. im Antrieb lassen sich Rückschlüsse über den Inhalt des Trichters ziehen.
  • Aufgrund der Erfassung der notwendigen Antriebsenergie für den Rührer kann gleichfalls in einzelnen Situationen und Anwendungsfällen ein Kontakt zwischen Rührer und Wandung des Trichters diagnostiziert werden. Hierbei wird davon ausgegangen, dass aufgrund des Kontaktes das Drehmoment ansteigt. Dieses Verfahren hat in Einzelfällen bei einzelnen spezifischen Gütern erste Erfolge gezeigt.
  • Jedoch wurde festgestellt, dass mittels der Drehmomentenüberwachung nicht in jedem Falle der Kontakt zwischen Rührer und Wandung des Trichters erkannt werden kann. Dies gilt insbesondere, wenn ein ohnehin hohes Drehmoment in Rührer vorhanden ist, welches aufgrund des abzufüllenden Gutes schwankt. Hierbei werden kleine Ausschläge resultierend durch eine Berührung nicht sicher erkannt. Insofern eignet sich dieses Verfahren nur in Einzelfällen zur Diagnostizierung entsprechender Kontakte zwischen Rührer und Wandung des Trichters.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Schadenserkennung für eine Dosiervorrichtung vorzustellen, mittels derer es möglich ist, den Kontakt zwischen dem Rührer und der Wandung des Trichters sicher zu erkennen, unabhängig vom jeweils abzufüllenden Gut.
  • Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine Verpackungsanlage mit entsprechender Dosiereinrichtung ist in Anspruch 8 angegeben. Ein hierzu vorteilhaftes Verfahren ist in Anspruch 10 benannt.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine Dosiervorrichtung dient zum Dosieren von schüttbaren Gütern in der Anordnung bei einer Verpackungsmaschine. Die entsprechende Dosiervorrichtung wird insbesondere bei einer Schlauchbeutelmaschine eingesetzt. Hierbei weist die Dosiervorrichtung ein Abgabebehältnis bestehend aus einem Trichter und einem Rohr auf. Innerhalb des Trichters ist ein Rührer, insbesondere zentrisch, angeordnet. Im Trichter bzw. im Abgabebehältnis ist des Weiteren eine Dosierschnecke angeordnet. In aller Regel weist der Trichter und das Rohr eine gemeinsame Mittelachse auf. Insofern befindet sich das Rohr unterhalb des Trichters. Jedoch ist es gleichfalls mögliche, das Rohr auch seitlich aus dem Trichter am Boden herauszuführen. Der Trichter dient primär der Aufnahme eines notwendigen Materialvolumens um entsprechenden Dosiervorgang ohne Unterbrechung durchführen zu können. Folglich richtet sich die Größe des Trichters primär nach dem jeweiligen abzufüllenden Volumen sowie der Eigenschaft der Materialzuführung zum Trichter der Dosiervorrichtung. Die Länge des Rohres bestimmt sich insbesondere hinsichtlich der Sicherstellung der Funktion einer Abgabe eines jeweils bestimmten Volumens des abzufüllenden Gutes an die Verpackungsmaschine. Insofern ist es mit unter ausreichend, wenn das Rohr eine im Verhältnis zum Durchmesser sehr kurze Länge aufweist.
  • Charakteristisch an der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung ist der Einsatz eines Schwingungssensors sowie einer Schwingungsauswertevorrichtung. Bei einer Berührung des Rührers und/oder der Dosierschnecke am Abgabebehältnis kommt es zu einer Änderung der Schwingungsform in der Wandung des Abgabebehältnisses. Dessen Änderung ist mittels des Schwingungssensors messbar und diese Messwerte können wiederum mittels der Schwingungsauswertevorrichtung ausgewertet werden und somit Abweichungen detektiert werden. Insofern ist es möglich, die Berührung des Rührers bzw. der Dosierschnecke am Abgabebehältnis mittels Schwingungssensor und Schwingungsauswertevorrichtung zu erkennen.
  • Der erfindungsgemäße Gedanke zum Einsatz eines Schwingungssensors basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass bei Berührung des Rührers an der Wandung des Abgabebehältnisses das Abgabebehältnis mit einer Schwingung angeregt wird, welche deutlich unterschiedlich ist zur Schwingungsform im gewöhnlichen Betrieb. Insbesondere basiert dieses auf der Erkenntnis, dass die gewöhnliche Schwingungsform im Betrieb der Dosiervorrichtung durch das abzufüllende Gut gedämpft wird und eine vorzugsweise gleichmäßige Form aufweist. In aller Regel weist der Rührer entsprechend dessen Funktion und gleichfalls das Abgabeverhältnis eine vorzugsweise hohe Steifigkeit auf. Entsprechend der hohen Steifigkeit führt ein Kontakt des laufenden Rührers mit der Wandung des Abgabebehältnis zu einer deutlich abweichenden Schwingungsform in der Wandung des Abgabebehältnisses. Insbesondere kann erwartet werden, dass die resultierenden Frequenzen, wenn gleich von niedriger Amplitude, in höheren Frequenzbereichen liegen.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist in der Schwingungsauswertevorrichtung sichergestellt, dass fremde Anregungsquellen nicht zur Auslösung eines Signals führen. Dieses betrifft insbesondere die Anregung aus den Antrieben, ggf. vorhandenen Getrieben, sowie möglichen Kupplungs- und Schaltvorgängen, welche gleichfalls Stoßanregungen in das Abgabebehältnis einleiten können. Insofern ist es möglich, z.B. beim Schaltvorgang entsprechende Schwingungsvorrichtung über den Schaltvorgang zu informieren, so dass dieser Schaltvorgang nicht fehlerhaft interpretiert wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Einsatzweise der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung wird erreicht, wenn die Schwingungsauswertevorrichtung eine Alarmeinrichtung umfasst oder ansteuert, wobei bei Erkennen einer Berührung eine akustische und/oder optische Warnung ausgegeben werden kann. Entsprechend der Aufgabe der Schwingungsauswertevorrichtung eine Berührung zwischen Rührer und Wandung des Abgabebehältnisses zu detektieren ist die Ausgabe des entsprechenden Berührungsereignisses zweckentsprechend. Insbesondere kann somit erst aufgrund der vorliegenden Warnung durch den Anlagenführer eine Maßnahme getroffen werden, wie mit dem Alarmzustand zu verfahren ist. Wenngleich es möglich wäre, die Verpackungsanlage derart zu steuern, dass bei Detektierung einer Berührung automatisch das Material verworfen wird, ohne dass ein Alarm ausgelöst wird, ist es dennoch vorteilhaft, wenn der Anlagenführer über entsprechenden Schadensfall informiert wird.
  • Im bevorzugten Anwendungfall ist zumindest an einer Stelle der Abstand vom Rührer und/oder der Dosierschnecke zur Innenwandung des Trichters und/oder Rohres kleiner als 20 mm. Entsprechend der Aufgabe des Rührers eine Materialanhaftung an der Trichterwandung zu verhindern sowie der Aufgabe der Dosierschnecke entsprechendes Material kontrolliert auszugeben ist ein möglichst geringer Abstand zur Wandung des Abgabebehältnisses erforderlich. Dieser richtet sich insbesondere nach der jeweiligen abzufüllenden Materialart. Diese wird somit in der Regel kleiner als 5mm sein und bedarf insbesondere der erfindungsgemäßen Schadensüberwachung.
  • Vorzugsweise wird der Trichter insbesondere das Abgabebehältnis, aus Metall, insbesondere Edelstahl, ausgeführt. Durch die entsprechende Materialwahl, insbesondere aus Edelstahl ergeben sich besondere Vorteile, zum einen für die generelle Verwendung der Dosiervorrichtung hinsichtlich Stabilität und Lebensdauer, als auch im Besonderen für den Anwendungsfall, bei dem die Erkennung von Schwingungsformen relevant ist. Aufgrund des hohen E-Moduls von Metall, insbesondere Edelstahl, führen stoßweise Anregungen durch den Rührer zu charakteristischen Schwingungsformen, welche entsprechend leichter zu erkennen sind.
  • In besonderer Ausführungsform wird erfindungsgemäß der Schwingungssensor derart mit dem Abgabebehältnis gekoppelt, dass Schwingungen in der Wandung des Trichters und/oder Rohres zum Schwingungssensor übertragen werden.
  • Entsprechend der Aufgabe des Schwingungssensors entsprechende Schwingungsformen in der Wandung des Trichters zu Messen und weiterzureichen ist es notwendig, entsprechend die Schwingungen dem Schwingungssensor zugänglich zu machen. Hierzu wird vorteilhafterweise eine körperliche Verbindung zwischen der Wandung des Trichters und dem Schwingungssensor realisiert. Dieses kann zum einen erfolgen, in dem der Schwingungssensor direkt auf die Wandung des Trichters bzw. des Rohres aufgesetzt wird. Gleichfalls ist es möglich, den Schwingungssensor an stabil mit dem Abgabebehältnis verbundenen Gegenständen, z.B. Streben, zu platzieren. Relevant ist hierbei, dass die Position des Schwingungssensors nicht gegenüber dem Abgabebehältnis schwingungsmäßig entkoppelt ist. Des Weiteren ist relevant, dass zwischen Wandung des Abgabebehältnis und Schwingungssensor eine möglichst gering Dämpfung der Schwingung enthalten ist.
  • Vorteilhafterweise wird zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Lösung ein Schwingungssensor mit einer Messachse gewählt, wobei in der einen Messachse Beschleunigungen unterhalb 200 g, insbesondere im Messbereich unterhalb von 50 g erfasst werden können.
  • Weiterhin wird vorteilhafterweise der Schwingungssensor derart ausgewählt, dass dieser Frequenzen von zumindest ab 5 Hz insbesondere ab 0,1 Hz, und bis zumindest 200 Hz, insbesondere bis zumindest 5000 Hz erfassen kann. Durch die Wahl des vorteilhaften Frequenzspektrums des Schwingungssensors ist es vorteilhaft möglich, die Berührung des Rührers mit der Wandung des Trichters in der Schwingungsform des Trichters generell zu erkennen.
  • Die Auswertung des Messergebnisses vom Schwingensensor ist besonders vorteilhaft möglich, wenn der Schwingungssensor eine spektrale Auflösung von < 5 Hz, insbesondere < 2 Hz aufweist. Durch die Genauigkeit des Schwingungssensors ist es insbesondere möglich, die Schwingungsformen bei einer Berührung zwischen Rührer und Wandung des Abgabebehältnisses zu unterscheiden von allgemeinen Schwingungsformen im Abgabebehältnis bzw. eingetragenen Störquellen aus Motor, Getriebe oder Kupplung.
  • Weiterhin wird die Aufgabe durch eine erfindungsgemäße Verpackungsanlage mit einer Dosiereinrichtung gemäß vorheriger Beschreibung gelöst. Hierbei weist die Verpackungsanlage eine Kontrollvorrichtung auf, welche bei Anliegen eines Alarms vorteilhafte Steuerungen bzw. Regelungen auslöst.
  • Wenngleich die Auslösung eines Alarms für den Anlageführer bereits vorteilhaft ist, wird eine optimale Schadensreduzierung erst dadurch erreicht, dass ebenso die Verpackungsanlage auf den Alarmzustand reagiert. Somit wird sichergestellt, dass zugehörige Verpackung nicht in den Handel gelangt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Verpackungsanlage durch die Kontrollvorrichtung bei Alarm gestoppt. Insofern ist es dem Maschinenbediener ermöglicht, die zu dem Zeitpunkt abgefüllte Verpackung bzw. zur Sicherheit auch zuvor abgefüllte Verpackungen der Anlage zu entnehmen und somit eine Weiterleitung in den Handel auszuschließen. Des Weiteren ist es dem Anlagenführer somit ermöglicht, eine Kontrolle der Dosiervorrichtung vorzunehmen und bei Erkennung eines handlungsbedürftigen Schadens an der Dosiervorrichtung entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
  • Sofern die Verpackungsanlage nicht gestoppt wird, oder eine Materialentnahme aus der Verpackungsanlage nicht ohne weiteres ermöglicht ist, ist es besonders vorteilhaft, eine Materialverfolgung der zum Zeitpunkt des Alarms abgefüllten Verpackungen sicherzustellen. Insofern können bei Weitertransport der abgefüllten Verpackungen diese im folgenden Prozess erkannt und sicher aus dem Materialstrom ausgeschleust werden. Somit ist gleichfalls sichergestellt, dass entsprechende Verpackung nicht in den Handel gelangen.
  • Zu diesem Zwecke wird die Verpackungsanlage vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass die gefüllten Verpackungen, welche potentiell mit Metallspänen oder dergleichen kontaminiert sind, gesondert aus der Verpackungsanlage entnommen werden können. Dieses betrifft insbesondere ab dem Zeitpunkt des Alarms bis zur Aufhebung des Alarms durch den Anlagenführer oder durch eine automatische Steuerung. Die gesonderte Entnahme entsprechender Verpackungen kann an der Verpackungsmaschine derart sichergestellt werden, dass vor dem Ende des Materialflusses in der Verpackungsanlage eine baulich getrennte Materialausschleusung vorgesehen wird.
  • Aus der Lösung ergibt sich somit in Ergänzung ein erfinderisches Verfahren zur Schadensüberwachung bei einer Verpackungsanlage. Hierbei wird an der Verpackungsanlage eine Dosiervorrichtung gemäß einer der vorher ausgeführten vorteilhaften Ausführungsformen gewählt, mittels derer die zu füllenden Verpackungen mit dem jeweiligen Füllgut beschickt werden. Hierbei werden zumindest während des Betriebs des Rührers und/oder der Dosierschnecke die Schwingungen der Wandung des Abgabebehältnisses gemessen. Diese Messwerte werden im Folgenden durch die Schwingungsauswertevorrichtung ausgewertet. Die Schwingungsauswertevorrichtung wiederum ist geeignet, Abweichungen im Schwingungsverhalten zu erkennen und mit hinterlegten Grenzwerten zu vergleichen. Bei Überschreiten der Grenzwerte kann mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf eine Berührung des Rührers oder der Dosierschnecke mit dem Abgabebehältnis geschlossen werden. Im Folgenden wird mittels der Schwingungsauswertevorrichtung ein Alarm ausgelöst.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nunmehr ermöglicht, sicher Berührungen zwischen Rührer und Abgabebehältnis zu erkennen. Insofern kann im Betrieb der Verpackungsmaschine eine Kontaminierung des abzufüllenden Gutes bzw. der Verpackung mit Fremdstoffen aufgrund einer Berührung von Rührer mit dem Trichter bzw. der Dosierschnecke mit dem Rohr sicher ausgeschlossen werden. Somit ist der in jedem Fall zu verhindernde Schadensfall, dass im Handel Verpackungen mit z.B. Metallspänen auftauchen, sicher ausgeschlossen. Gleichfalls wird es durch dieses Verfahren ermöglicht, den Abstand zwischen Rührer und Wandung des Abgabebehältnisses zu verkleinern, da nunmehr sichergestellt ist, dass eine ungewollte Berührung erkannt wird. Folglich kann ebenso die Produktqualität gesteigert werden, als das eine Materialanhaftung an der Wandung des Abgabebehältnisses weiter reduziert bzw. ausgeschlossen werden kann.
  • Vorteilhafter Weise wird bei Anliegen eines Alarmes dieser akustisch und/oder optisch dem Anlagenführer angezeigt. Somit ist es dem Anlagenführer ermöglicht auf die Situation angemessen zu reagieren.
  • Im Verfahren wird vorteilhafterweise des Weiteren bei Alarm durch die Schwingungsauswertevorrichtung die Dosiervorrichtung insbesondere die Verpackungsmaschine gestoppt.
  • In alternativer Ausführungsform wird vorteilhafterweise das Verfahren dahingehend erweitert, dass bei Alarm durch die Schwingungsauswertevorrichtung einer Materialverfolgung der zum Zeitpunkt des Alarms abgefüllten Verpackung, insbesondere aller nachfolgenden Verpackungen bis zur Aufhebung des Alarms an der Verpackungsanlage, durchgeführt wird. Hierbei werden diese Verpackungen nach Weiterleitung des entsprechenden Materialflusses gesondert der Verpackungsanlage entnommen.
  • In der nachfolgenden Figur wird beispielhaft eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung skizziert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein Beispiel schemenhaft dargestellt für eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 01 bei einer Verpackungsmaschine 20.
  • In der Figur 1 ist eine Dosiervorrichtung 01 in der Anordnung bei einer Verpackungsmaschine 20 skizziert, welche beispielhaft die erfinderische Lösung skizzieren soll. Hierbei weist die Dosiervorrichtung 01 ein Abgabebehältnis 02 auf, welches aus dem Trichter 03 und dem daran anschließendem Rohr 04 besteht. Darin angeordnet befinden sich der Rührer 06 sowie die Dosierschnecke 05. Wie an der Skizze zu erkennen ist, weisen Trichter 03, Rohr 04 sowie Rührer 06 und Dosierschnecke 05 eine gemeinsame Mittelachse auf.
  • Zwischen dem Rüher 06 und dem Trichter 03 ist ein lokaler kleinster Spalt 08 anzutreffen. Dieser wird funktionsgemäß möglichst klein gewählt, jedoch groß genug um einen Kontakt zwischen dem Rührer 06 und dem Trichter 03 zu verhindern, d.h. den Spalt 08 im Wert nicht Null werden zu lassen. Gleiches gilt für den Spalt 07 zwischen dem Rohr 04 und der Dosierschnecke 05.
  • Dennoch ist bei Wahl eines geringen Spaltes 07 bzw. 08 eine Kollision nicht auszuschließen. In diesem Falle ist damit zu rechnen, dass es zu einer Materialabschabung, insbesondere an der Trichterwandung 03 durch den Rührer 06, kommt und dieses Material in die zu füllende Verpackung 19 befördert wird.
  • Um einen derartigen Schadensfall sicher erkennen zu können wird erfindungsgemäß ein Schwingungssensor 09a bzw. 09b sowie eine Schwingungsauswertevorrichtung 10 an der Dosiervorrichtung angebracht. Hierbei wird in einer ersten besonders vorteilhaften Lösung der Schwingungssensor 09a direkt auf die Trichterwandung 03 aufgesetzt. Alternativ ist es aber auch möglich den Schwingungssensor 09b an einer stabil mit dem Abgabebehältnis verbundenen Stelle, wie z.B. einem Rahmen 12 der Dosiervorrichtung, anzubringen. Hierbei ist darauf zu achten, dass keine übermäßige Schwingungsdämpfung zwischen Trichter 03 bis zur Position des Schwingungssensors 09b auftritt.
  • Die Schwingungsauswertevorrichtung 10 kann an fernem Orte bezüglich der Dosiervorrichtung 01 angebracht werden. Hierbei ist lediglich die informationstechnische Verbindung zwischen dem Schwingungssensor 09 und der Schwingungsauswertevorrichtung 10 erforderlich. Insofern ist es ohne weiteres möglich die Funktion der Schwingungsauswertevorrichtung 10 in einer Steuerung der Verpackungsanlage zu integrieren.
  • Im Beispiel skizziert ist der Schwingungsauswertevorrichtung 10 eine Anzeige 11 zugeordnet, die optisch über einen Alarm informieren kann. Diese kann gleichfalls direkt an der Dosiervorrichtung 01, als auch in der Steuerung der Verpackungsanlage integriert sein.
  • Notwendigerweise ist zumindest ein Antrieb 14 für die Dosierschnecke 05 erforderlich. In aller Regel weisen Dosiervorrichtungen 01, wie skizziert, getrennte Antriebe 14, 16 für Dosierschnecke 05 und Rührer 06 auf. Hierbei kann eine Kupplung 15 bzw. 17 zwischen dem jeweiligen Antrieb 14, 16 und der Dosierschnecke 05 bzw. Rührer 07 angeordnet sein. Gleichfalls ist in aller Regel ebenfalls ein Getriebe 18 zumindest beim Antrieb 16 für den Rührer 06 vorhanden. Aus diesen Antrieben 14, 16, Kupplungen 15, 17 sowie Getriebe 18 können Stoßanregungen in das Abgabebehältnis 02 über die gemeinsame Anbindung mittels des Rahmens 12 der Dosiervorrichtung 01 erfolgen. Diese können bei vorteilhafter Steuerung der Schwingungsauswertevorrichtung 10 erkannt werden und somit eine Fehlinterpretation als Kontakt ausgeschlossen werden.

Claims (15)

  1. Dosiervorrichtung (01) zum Dosieren von schüttbaren Gütern zur Anordnung an einer Verpackungsmaschine (20), insbesondere einer Schlauchbeutelmaschine, mit einem aus einem Trichter (03) und einem Rohr (04) bestehenden Abgabebehältnis (02), wobei ein Rührer (06), insbesondere zentrisch, im Tricher (03) angeordnet ist und eine Dosierschnecke (05), insbesondere zentrisch, im Trichter (03) oder im Abgabebehältnis (02) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dosiervorrichtung (01) weiterhin einen Schwingungssensor (09) sowie eine Schwingungsauswertevorrichtung (10) umfasst, wobei die aus einer Berührung des Rührers (06) und/oder der Dosierschnecke (05) am Abgabebehältnis (02) resultierende Änderung der Schwingungsform mittels des Schwingungssensors (09) messbar und mittels der Schwingungsauswertevorrichtung (10) detektierbar ist.
  2. Dosiervorrichtung (01) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schwingungsauswertevorrichtung (10) eine Alarmeinrichtung umfasst oder ansteuert, wobei bei Erkennen einer Berührung zwischen Rührer (06) bzw. Dosierschnecke (05) und Abgabebehältnis (02) eine akustische und/oder optische Warnung ausgegeben werden kann.
  3. Dosiervorrichtung (01) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest an einer Stelle der Rührer (06) und/oder die Dosierschnecke (05) einen Abstand zur Innenwandung des Trichters (03) und/oder Rohres (04) von kleiner als 20 mm, insbesondere kleiner als 5 mm aufweist.
  4. Dosiervorrichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Trichter (03), insbesondere das Abgabebehältnis (02), aus Metall, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt ist.
  5. Dosiervorrichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schwingungssensor (09) derart mit dem Abgabebehältnis (02) gekoppelt ist, dass Schwingungen in der Wandung des Trichters (03) und/oder Rohres (04) zum Schwingungssensor (09) übertragen werden.
  6. Dosiervorrichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schwingungssensor (09) eine Messachse aufweist, in derer Richtung Beschleunigungen unterhalb 200 g, insbesondere im Messbereich unterhalb 50 g, erfasst werden können.
  7. Dosiervorrichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Schwingungssensor (09) Frequenzen zumindest ab 5 Hz, insbesondere ab 0,1 Hz, und bis zumindest 200 Hz, insbesondere bis zumindest 5000 Hz, erfassen kann.
  8. Dosiervorrichtung (01) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die spektrale Auflösung des Schwingungssensor (09) kleiner als 5 Hz, insbesondere kleiner als 2 Hz, ist.
  9. Verpackungsanlage mit einer Dosiereinrichtung (01) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kontrollvorrichtung bei Auslösen eines Alarmes durch die Schwingungsauswertevorrichtung (10) die Verpackungsanlage stoppt.
  10. Verpackungsanlage mit einer Dosiereinrichtung (01) gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Kontrollvorrichtung bei Auslösen eines Alarmes durch die Schwingungsauswertevorrichtung (10) eine Materialverfolgung der zum Zeitpunkt des Alarms abgefüllten Verpackung (19) gewährleistet.
  11. Verpackungsanlage nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die ab dem Zeitpunkt des Alarms bis zur Aufhebung des Alarms die von der Dosiervorrichtung (01) gefüllten Verpackungen (19) der Verpackungsanlage gesondert entnommen werden können.
  12. Verfahren zur Schadensüberwachung bei einer Verpackungsanlage, in der zu füllende Verpackungen (19) mittels einer gemäß einer der Ansprüche 1 bis 8 ausgeführte Dosiervorrichtung (01) mit dem jeweiligen Füllgut beschickt werden können,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass zumindest während des Betrieb des Rührers (06) und/oder der Dosierschnecke (05) die Schwingungen der Wandung des Abgabebehältnisses (02) gemessen werden,
    - die Messwerte durch die Schwingungsauswertevorrichtung (10) ausgewertet werden,
    - Abweichungen im Schwingungsverhalten erkannt werden und mit in der Schwingungsauswertevorrichtung (10) hinterlegten Grenzwerten verglichen werden,
    - bei Überschreiten der Grenzwerte mit hinreichender Wahrscheinlichkeit auf eine Berührung des Rührers (06) oder der Dosierschnecke (05) mit dem Abgabebehältnis (02) geschlossen wird,
    - mittels der Schwingungsauswertevorrichtung (10) ein Alarm ausgelöst wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Alarm akustisch und/oder optisch dem Anlagenführer angezeigt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Alarm die Dosiervorrichtung (01), insbesondere die Verpackungsanlage, gestoppt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass bei Alarm eine Materialverfolgung der zum Zeitpunkt des Alarms abgefüllten Verpackung (19), insbesondere der nachfolgenden Verpackungen bis zur Aufhebung des Alarms, durchgeführt wird, wobei diese Verpackungen (19) gesondert der Verpackungsanlage entnommen werden.
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