EP3746028B1

EP3746028B1 - Vorrichtung zum dosieren eines produkts

Info

Publication number: EP3746028B1
Application number: EP18703284.2A
Authority: EP
Inventors: Werner Runft; Thomas Brinz; Bernhard Wagner
Original assignee: Syntegon Technology GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2018-01-31
Filing date: 2018-01-31
Publication date: 2024-03-06
Anticipated expiration: 2038-01-31
Also published as: US11911344B2; EP3746028A1; CN112105331B; US20210106500A1; CN112105331A; WO2019149345A1; RU2759489C1

Description

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dosieren eines Produkts nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus der DE 10001068 C1 ist bereits eine Vorrichtung zum Dosieren und Abgeben von Pulver in Hartgelatinekapseln oder dergleichen bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine schrittweise gedrehte Dosierscheibe, in deren Grund Bohrungen ausgebildet sind, die mit auf-und abbeweglichen Stopfstempeln zusammenwirken. Die Stopfstempel sind auf einen gemeinsamen Stopfstempelträger angeordnet und pressen beim Eintauchen in Bohrungen das Pulver zu Presslingen. Um Brüche von Federn erkennen sowie eine Aussage über die Masse der Presslinge treffen zu können, sind Mittel vorgesehen, die den Federweg der den Ausstoßstempeln unmittelbar vorgeschalteten Stopfstempeln erfassen.
WO 00/32474 A1 offenbart eine Vorrichtung mit Merkmalen des Anspruchs 1.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern, insbesondere eine schnellere und einfachere Einstellung der Vorrichtung bei hoher Dosiergenauigkeit zu erreichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass gezielt automatisch wesentliche Prozessparameter verändert werden können, die sich maßgeblich auf die Genauigkeit des gewünschten zu dosierenden Gewichts auswirken. Dies wird erreicht, indem sowohl Druckmittel zur Erzeugung eines für einen Stopfstempel unterschiedlichen Drucks, mit dem der Stopfstempel in die Dosieröffnung einfedert, wie auch indem Verstellmittel zur Verstellung der Höhe, mit der die Stopfstempel in Dosieröffnungen eintauchen, vorgesehen sind. Es hat sich herausgestellt, dass gerade die beiden Prozessparameter Druck und Höhe in dieser Kombination signifikante Auswirkungen auf die Genauigkeit des abgefüllten Gewichts besitzen. Durch die gezielte Variabilität ist die Vorrichtung erfindungsgemäß nun in der Lage, selbsttätig unterschiedliche Prozessparameter-Kombinationen einzustellen und die Auswirkungen auf das dosierte Gewicht zu ermitteln zur Erhöhung der Genauigkeit der Dosierung. So kann gezielt das Kapselgewicht eingestellt werden (beispielsweise der Mittelwert des Gewichts) wie auch die Füllgenauigkeit/Abweichungen (beispielsweise in Form der Standardabweichung), welche von den Prozessparameter abhängen.
Es ist weiter zumindest ein Sensor vorgesehen zur Erfassung zumindest einer Produktbetthöhe des auf der Dosierscheibe angeordneten Produkts und/oder zumindest eine Produktzuführung zur Zuführung des Produkts der Dosierscheibe zur Erreichung einer bestimmten Produktbetthöhe vorgesehen. Auch der Prozessparameter der Produktbetthöhe wirkt sich signifikant auf die Güte des Gewichts aus, sodass das Vorsehen des Sensors und/oder der Produktzuführung die Dosiergüte der Vorrichtung sowie ein automatisches Verstellen weiter verbessert bzw. beschleunigt. Auch dieser Parameter kann zu einer Optimierung der Einstellung der Prozessparameter herangezogen werden.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung gibt eine Steuereinrichtung unterschiedliche Prozessparameter, insbesondere unterschiedliche Höhen und/oder unterschiedliche Drücke und/oder unterschiedliche Produktbetthöhen und/oder unterschiedliche Drehzahlen eines Antriebs der Dosierscheibe vor. Besonders zweckmäßig erfasst die Steuereinrichtung für unterschiedliche Einstellungen der Prozessparameter das jeweilige Gewicht des in die Kapsel eindosierten Produkts. Damit lassen sich in Form einer Vielzahl von Messwerten die Auswirkungen der relevanten Prozessparameter auf das gewünschte Gewicht ermitteln. Besonders zweckmäßig wird eine entsprechende Wiegeeinrichtung vorgesehen, damit der Vorgang der Datenerfassung automatisch ablaufen kann.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Steuereinrichtung ausgebildet, um in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Einstellungen der Prozessparameter und dem jeweiligen Gewicht des in die Kapsel eindosierten Produkts ein Modell zu erstellen, in dem der Zusammenhang zwischen zumindest einem Prozessparameter und dem Gewicht und/oder der Standardabweichung des Gewichts abgebildet ist. Dieses Modell wird später dazu herangezogen, abhängig von einem vom Benutzer vorgegebenen Soll-Gewicht (bzw. weitere Vorgaben wie beispielsweise die zulässige Abweichung des Gewichts, Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung etc.) eine optimale Einstellung der wesentlichen Prozessparameter zu erzielen. Dieser Einstellvorgang kann nun automatisiert ablaufen, sodass der Benutzer auf langwierige händische Einstellungen und zeitraubende Versuche verzichten kann.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Sensor zur Erfassung zumindest eines Prozessparameters vorgesehen. Damit wird eine genaue Erfassung der wesentlichen Prozessparameter sichergestellt, sodass die Genauigkeit hinsichtlich der Erzeugung des Modells und letztlich hinsichtlich der Güte der Dosierung weiter verbessert werden kann.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist als Druckmittel zumindest ein Druckregelelement und/oder zumindest eine Druckkammer und/oder zumindest einen Kolben vorgesehen. Gerade bei dieser Ausgestaltung kann über eine pneumatische Feder die Variabilität der Vorrichtung weiter erhöht werden, da sich der Druck individuell besonders einfach verstellen lässt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung zumindest die Produktzuführung ansteuert zur Erreichung einer konstanten Produktbetthöhe. Dadurch kann eine einheitliche Befüllung der Dosierkammern erreicht werden, was sich positiv auf die Genauigkeit des zu dosierenden Produkts auswirkt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein am Übergabestempel angeordneter Kraftsensor vorgesehen. Durch eine gezielte Überwachung der bei der Übergabe benötigten Kraft können rechtzeitig kritische Betriebssituationen beim Dosieren wie sie beispielsweise von Ablagerungen, Anhaftungen, Produktrückständen oder Ähnlichem herrühren, erkannt werden, um frühzeitig Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen:

Figur 1 eine Stationsübersicht einer Vorrichtung zum Dosieren einer Kapsel,
die Figur 2 eine Seitenansicht der Dosierscheibe mit zugehörigen Stopfstempeln bzw. Übergabestempel sowie Verstellantrieben zur Beeinflussung der Höhe,
die Figur 3 eine Seitenansicht der Dosierscheibe insbesondere mit Fokus auf die Druckmittel zur Veränderung der Drücke, mit denen die Stopfstempel in die Dosieröffnungen eintauchen.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 zeigt eine Übersicht über verschiedene Stationen einer Vorrichtung 10 zum Füllen und Verschließen von Kapseln 12, vorzugsweise Hartkapseln, insbesondere Hartgelatinekapseln. Ein Kapselhalter 11 umfasst verschiedene Aufnahmen für Kapseln 12, um sie unterschiedlichen Arbeitsstationen 21-32 zuzuführen. Die Kapseln 12, bestehend aus einem Kapseloberteil 13 und einem Kapselunterteil 15, werden in zumindest einer Sortierstation 21, 22, vorzugsweise zwei Sortierstationen, dem jeweiligen Kapselhalter 11 zugeführt. In einer Station 23 zur Kapseloberteiltastung wird überprüft, ob die dem Kapselhalter 11 zugeführten Kapseln 12 vollzählig vorhanden sind. Diese Station 23 kann auch nur als Option vorgesehen werden. Die so geprüften Kapseln 12 gelangen durch eine Drehung eines die Kapselhalter 11 bewegenden Segmentrads 18 zu einer optional vorzusehenden Füllstation 24. In einer sich daran anschließenden Füllstation 25 wird den Kapseln 12 Füllgut zugeführt. Hierbei handelt es sich üblicherweise um pulverförmige Medikamente, die in die Kapseln 12 verbracht werden. Jedoch auch Pellets oder Ähnliches als Füllgut bzw. zu dosierendes Produkt Zen können in die Kapseln 12 abgefüllt werden. In Verbindung beispielsweise mit einer Dosierscheibe 36 zur Abfüllung von Pulver oder Pellets werden die Kapselunterteile 15 mit der gewünschten Füllmenge an Füllgut befüllt. Hierbei können unterschiedliche Füllprinzipien zum Einsatz kommen. Hieran schließt sich optional eine weitere Füllstation 26 an. Hieran schließt sich eine Fehlerkapselstation 27 an. In dieser Station 27 werden nicht getrennte, falsch eingesetzte oder Kapseln 12 mit einem sogenannten Doppelhut ausgeworfen. Damit werden fehlerhafte Kapseln 12 ausgeschleust. Hieran schließt sich optional eine weitere Füllstation 28, beispielsweise für Pellets oder Tabletten an. Anschließend folgt eine Schließstation 29, in der die befüllten Kapselunterteile 15 mit zugehörigen Kapseloberteilen 13 verschlossen werden. Als nächste Station schließt sich ein Kapselausstoß 30 an. Dort werden die befüllten und verschlossenen Kapseln 12 aus dem Kapselhalter 11 ausgestoßen und weiteren Verarbeitungsschritten zugeführt. Fehlerhafte Kapseln 16 können im Rahmen dieser Auswurfstation entfernt werden. Auch die nächste Station dient einem Kapselausstoß 31, um die Ausbringungsmenge zu erhöhen. In den Auswurfstationen 30, 31 können die Kapseln 12 individuell ausgeworfen werden oder im Kapselhalter 11 verbleiben. Eine Reinigungsstation 32 dient der Reinigung der nun leeren oder noch als schlecht erkannten Kapseln 12 im Kapselhalter 11. Das Segmentrad 18 hat nun einen kompletten Umlauf erfahren, sodass der Kapselhalter 11 wieder für die Sortierstation 21 bzw. 22 zur Verfügung steht.
Die Füllstation 25 umfasst beispielsweise eine Dosierscheibe 36, die von einem schematisch angedeuteten Antrieb 35 mit einer bestimmten Drehzahl 40 angetrieben wird. In der Dosierscheibe 36 sind mehrere Gruppen von Dosieröffnungen 38 mit zugehörigen Befüllstationen 41-45 vorgesehen. Beispielhaft sind fünf Befüllstationen 41-45 sowie eine Übergabeposition 34 zur Übergabe des in die Dosieröffnungen 38 eindosierten Produkts 17 in die durch den Kapselhalter 11 bereitgestellten Unterteile 15 der Kapseln 12 implementiert.
Die Füllstation 25 ist schematisch in Figur 2 näher gezeigt. Für jede der beispielhaft fünf Befüllstationen 41-45 ist jeweils zumindest ein Stopfstempel 51-55 vorgesehen. Die Anzahl der Stopfstempel 51-55 entspricht den jeweiligen Dosieröffnungen 38 der jeweiligen Befüllstation 41-45. Im Ausführungsbeispiel sind exemplarisch zehn Stopfstempel 51-55 je Befüllstation 41-45 vorgesehen. Die Dosierscheibe 36 weist wie im Schnitt ersichtlich jeweils Dosieröffnungen 38 mit einer Höhe 39 auf. Die Dosierscheibe 36 könnte so ausgestaltet sein, dass sich die Größe der Dosieröffnungen 38 über eine variable Höhe 39 verstellen lässt.
Auf der Dosierscheibe 36 kommt das in die Dosieröffnungen 38 einzudosierende Produkt 17 wie beispielsweise Pulver zu liegen. Durch einen nicht näher gezeigten Mechanismus gelangt es in die Dosieröffnungen 38 und wird dort durch entsprechende Stopfstempel 51-55 verdichtet. In jeder Befüllstation 41-45 wird mehr Produkt 17 eindosiert. Entsprechend wie die Füllhöhe des Produkts in der Dosieröffnung 38 zunimmt, nimmt die Höhe h1 bis h5 der zugehörigen Stopfstempel 51-55 ab, mit der die Stopfstempel 51-55 in die Dosieröffnungen 38 eintauchen. Die Unterseiten der Dosieröffnungen 38 sind an den Befüllstationen 41-45 geschlossen. Zur Übergabe des dosierten Produkts 17 in die Kapseln 12 in der Übergabeposition 34 wird die Unterseite der Dosieröffnung 38 freigestellt, sodass das in der Dosieröffnung 38 befindliche Produkt 17 nach unten in das jeweilige Unterteil 15 der Kapsel 12 mithilfe zumindest eines Übergabestempels 47 übergeschoben werden kann. An dem Übergabestempel 47 ist ein Kraftsensor 50 angeordnet, über den die während des Übergabeprozesses wirkende Kraft erfasst werden kann. Das Ausgangssignal des Kraftsensors 50 wird der Steuereinrichtung 19 zugeführt zur weiteren Auswertung. Die Übergabekraft sollte sich innerhalb gewisser Bereiche bewegen, wenn von einem ordnungsgemäßen Übergabeprozess auszugehen ist.
Die Stopfstempel 51-55 weisen jeweils zugehörige Verstellantriebe 61-65 auf, die die zugehörigen Stopfstempel 51-55 in ihrer Höhe h1 bis h5 bzw. Eintauchtiefe individuell verstellen können. Dadurch tauchen die Stopfstempel 51-55 jeweils unterschiedlich weit in die Dosieröffnungen 38 ein. Alternativ könnten als Verstellmittel neben elektromotorischen Verstellantriebe auch sonstige mechanische Verstellmittel über Kulissen oder ähnliches vorgesehen werden. Wesentlich ist, dass zumindest zwei Stopfstempel unterschiedlicher Befüllstationen 41-45 unabhängig voneinander in ihrer Höhe h1 bis h5 verstellt werden können. Bevorzugt ist jedoch für zumindest sämtliche Stopfstempel 51-55 einer Befüllstation 41-45 zumindest ein Verstellantriebe 61-65 vorgesehen, die die Höhe h1 bis h5 dieser Stopfstempel 51-55 einer Befüllstation 41-45 gleichzeitig verstellen können.
Zudem weist jeder Stopfstempel 51-55 jeweils ein Druckmittel 71-75 auf, welches eine unterschiedliche Kraft bzw. Druck P1 bis P5 beispielsweise in Form eines Federverhaltens auf den jeweiligen Stopfstempel 51-55 ausübt. Dieses Druckmittel 71-75 ist individuell einstellbar. Hier könnte es sich beispielsweise um eine pneumatische Feder handeln, für die beispielsweise mittels Pneumatikzylinder individuell der Druck auf die Stopfstempel 51-55 beeinflusst werden kann. Das Druckmittel 71-75 umfasst zumindest einen Wegaufnehmer 90 zur Erfassung der Höhen h1 bis h5 bzw. Eintauchtiefen. Vorzugsweise ist an jedem Druckmittel 71-75 jeweils einen Wegaufnehmer 90 angeordnet. Die Ausgangssignale der Wegaufnehmer 90 sind der Steuereinrichtung 19 zugeführt.
Wenn es sich bei der Feder bzw. dem Druckmittel 71-75 um einem Element handelt, bei dem abhängig vom Federweg der Druck p1 bis p5 ansteigt bzw. abfällt, dann können entsprechend dem Druck p1 bis p5 Rückschlüsse auf die Eintauchtiefe bzw. auf den Füllgrad der Dosieröffnung 38 gezogen werden. Zweckmäßiger ist es, wenn der Federweg über einen Wegaufnehmer 90 direkt gemessen wird.
Wie stark die Stopfkraft ist, mit der die einzelnen Stopfstempel 51-55 in die entsprechenden Dosieröffnungen 38 einfedern, ob mit einer sanften oder einer starken Rückwirkung, kann also über die Druckmittel 71-75 individuell eingestellt werden. Ein Maß dafür ist der Druck p1 bis p5 in den jeweiligen Stopfstempelfedern bzw. Druckmittel 71-75, der individuell einstellbar ist. Wie in Figur 3 ersichtlich weisen die Druckmittel 71-75 jeweils eine Druckkammer 59 auf, in der der Kolben 58 beweglich gelagert ist. Der Kolben 58 ist mit dem jeweiligen Stopfstempel 51-55 verbunden. Je Druckkammer 59 ist jeweils ein Druckregelelement 57 vorgesehen, welches den in der jeweiligen Druckkammer 59 vorherrschenden Druck p1 bis p5 gezielt beeinflusst. Der der jeweiligen Druckkammer 59 vorherrschende Druck p1 bis p5 wird über entsprechende Wandler bzw. Sensoren 74 erfasst und der Steuereinrichtung 19 zugeführt. Die Steuereinrichtung 19 wiederum steuert die Druckregelelemente 57 so an, dass sich der gewünschte Druck p1 bis p5 einstellt. Weiterhin ist in Figur 3 gezeigt, wie die Druckregelelemente 57 wie beispielsweise ein Druckregelventil mit einer nicht näher gezeigten Druckquelle wie beispielsweise eine Druckluftquelle in Verbindung stehen. Druckregelelement 57, Kolben 58, Druckkammer 59 sowie Wandler bzw. Sensoren 74 können das Druckmittel 71-75 bilden; gegebenenfalls können einzelne Komponenten wie beispielsweise Sensoren 74 weggelassen werden oder an anderer Stelle angeordnet sein.
Bevorzugt könnte zumindest ein Druckmittel 71-75 für die Gruppe der Stopfstempel 51-55 jeweils einer Befüllstation 41-45 vorgesehen sein, über die der Druck p1 bis p5 für die Stopfstempel 51-55 dieser Befüllstation 41-45 zugleich verstellt werden kann. Somit könnte beispielsweise lediglich jeweils eine Druckkammer 59 vorgesehen sein für sämtliche Kolben 58 der Stopfstempel 51-55 dieser Befüllstation 41-45.
Es könnte sich beispielsweise auch um Federn als Druckmittel 71-75 handeln mit einem konstanten Druck unabhängig vom Federweg. Dies hat den Vorteil, dass die Presskraft immer dieselbe ist unabhängig vom Füllgrad der Dosieröffnung 38.
Eine Veränderung des Drucks p1 bis p5 könnte alternativ auch über eine Veränderung der Federkonstanten mechanischer Federn erfolgen.
Die Drücke p 1 bis p5 können individuell zumindest für unterschiedliche Befüllstationen 41-45 verstellt werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, bestimmte Stopfstempel 51-55 bestimmter Befüllstation in 41-45 in Gruppen zusammenzufassen und diese Gruppen mit jeweils identischen Drücken p1 bis p5 zu beaufschlagen. So könnten beispielsweise die ersten Befüllstationen 41-43 mit einem konstanten Vordruck (p1 bis p3) beaufschlagt werden, während die beiden letzten Befüllstationen 44-45 mit einem Hauptdruck (p4 bis p5) beaufschlagt werden. Hierbei kann der Hauptdruck größer sein als der Vordruck. Durch diese Gruppenbildung kann der Einstell-und Regelprozess vereinfacht werden.
Die jeweiligen Stopfstempel 51-55, Verstellantriebe 61-65 sowie Druckmittel 71-75 sind an einem beweglichen Halter 48 montiert, der über einen Verstellmechanismus 49 in seiner Höhe relativ zu der Oberseite der Dosierscheibe 36 insbesondere vertikal verstellt werden kann. Bei dem Verstellmechanismus 49 kann es sich beispielsweise um eine Kulisse handeln, über die ein Eintauchen und Herausheben der Stempel 51-55; 47 aus bzw. in die Dosieröffnungen 38 hinein erfolgen kann. Wie weit die Stopfstempel 51-55 jedoch in die Dosieröffnungen 38 eintauchen, lässt sich wie beschrieben über die Verstellantriebe 61-65 individuell beeinflussen. Bei dem Verstellmechanismus 49 handelt es sich um den Hauptantrieb für die Stopfbewegung. Hierbei wird beispielsweise durch eine Kurvenscheibe ein Kugellager zwangsgeführt und aus der Drehbewegung eines Antriebs wird ein linearer Hub generiert.
Der obige Sachverhalt lässt sich wie folgt zusammenfassen. Die Höhe h1 bis h5 der zugehörigen Stopfstempel 51-55 wird definiert bzw. eingestellt durch die zugehörigen Verstellantriebe 61-65. Der Hub bzw. die eintaucht Bewegung selbst wird durch den Verstellmechanismus 49 wie in Figur 2 gezeigt erzeugt. Befindet sich nun kein Produkt 17 in der Dosieröffnung 38, so fährt der Stopfstempel 51-55 ohne zu federn bis an die von den Verstellmitteln 61-65 beeinflussbare Position (Höhe h1 bis h5), bewegt durch den Verstellmechanismus 49. Wenn sich hingegen Produkt 17 in den Dosieröffnungen 38 befindet und die Gegenkraft von dem in den Dosieröffnungen 38 befindlichen Produkt 17 gegenüber den eindringenden Stopfstempeln 51-55 so groß wird, dass die Druckmittel 71 einfedern, so bewegt sich der Stopfstempel 51-55 relativ zu dem Gehäuse der Druckmittel 71-75. Diese Höhe der Relativbewegung kann gemessen werden ebenso wie der Druckanstieg beim einfedern der pneumatischen Federn bzw. Druckmittel 71-75. Über die Wegaufnehmer 90 kann ermittelt werden, wie weit die Stopfstempel 51-55 tatsächlich in die Dosieröffnung 38 eingedrungen sind. Eventuell kann aufgrund der Druckmittel 71 eine geringere Eindringtiefe erreicht werden als ursprünglich durch die Verstellantriebe 61-65 in Form der Höhe h1 bis h5 vorgegeben.
Bei der Darstellung gemäß Figur 3 ist zumindest ein Sensor 78, vorzugsweise noch ein weiterer Sensor 80 vorgesehen, der über der Dosierscheibe 36 angeordnet ist. Der bzw. die Sensoren 78, 80 erfassen den Abstand zur Oberfläche des auf der Dosierscheibe 36 befindlichen Produkts 17, vorzugsweise an unterschiedlichen Stellen. Dies kann beispielsweise durch Auswertung beispielsweise der Laufzeit einer entsprechenden Reflexion eine ausgesandten Welle an der Oberfläche des Produkts 17 erfolgen oder durch sonstige bekannte Technologien. Beispielsweise kommt ein Lasersensor oder ein Ultraschallsensor zum Einsatz. Alternativ könnte ein kapazitiver Sensor vorgesehen werden. Über einen Lasersensor oder Ultraschallsensor kann jedoch die Produktbetthöhe genauer erfasst und damit präziser eingestellt werden.
Der eine Sensor 78 erfasst hierbei eine Produktbetthöhe 82, der weitere Sensor 80 erfasst eine weitere Produktbetthöhe 84 an unterschiedlichen Radien der Dosierscheibe 36. Weiterhin ist eine Produktzuführung 76 vorgesehen, welche der Dosierscheibe 36 weiteres zu dosierendes Produkt 17 zuführt. Die Produktzuführung 76 kann beispielsweise über eine in der Geschwindigkeit verstellbare Dosierschnecke erfolgen, sodass in Verbindung mit der Produktzuführung 76 eine bestimmte Produktbetthöhe 82, 84 erreicht werden kann. Die Dosierscheibe 36 rotiert beispielsweise in einer Stop-and-Go-Betriebsweise, sodass sich das Produkt 17 verteilt und sich eine bestimmte Produktbetthöhe 82, 84 einstellt. Eine Minimalhöhe ist hierbei erforderlich, um das Eindosieren des Produkts 17 sicherzustellen.
Als Prozessparameter, die einen wesentlichen Einfluss auf das Gewicht bzw. die Standardabweichung des Gewichts des dosierten Produkts 17 besitzen, haben sich die folgenden herausgestellt: die Höhe h1-h5 (mit der die Stopfstempel 51-55 in die jeweiligen Dosieröffnungen 38 eintauchen), der Druck p1-p5 (mit dem die Stopfstempel 51-55 quasi in die Dosieröffnungen 38 einfedern, also der Druck p1-p5, der über die Druckmittel 71-75 bzw. Federn auf das Produkt 17, das sich in der Dosieröffnung 38 befindet, aufgebracht wird), die Produktbetthöhe 82, 84, sowie die Drehzahl 40, mit der die Dosierscheibe 36 bewegt wird. Die Produktzuführung 76 trägt durch die gewünschte Einstellung der Produktbetthöhe 82, 84 zu der gewünschten Einstellung dieses Prozessparameters bei.
Das Konzept der automatisierten Inbetriebnahme ermöglicht beispielsweise durch einen statistisch optimierten Versuchsplan, die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern und der Zielgröße, also insbesondere das Gewicht und/oder die Standardabweichung des Gewichts des eindosierten Produkts 17 in Form eines Modells 88 zu beschreiben. Die Versuche werden entsprechend durch die Steuereinrichtung 19 geplant. Die entsprechenden Einstellungen der Prozessparameter werden entsprechend vorgenommen und damit der Versuchsraum abgefahren. Damit kann zum einen das beispielsweise in der Steuereinrichtung 19 implementierte Modell 88 des Prozesses gebildet werden. Hierzu stehen unterschiedliche Funktionen als Modellgrundlage bereit (linear, Wechselwirkungen, quadratisch, kubisch, Polynommodell ...). Beispielsweise bei einem quadratischen Modell könnte der Zusammenhang lauten wie folgt: $y 1 = a 0 + a 1 * x 1 + a 2 * x 2 + a 11 * x 1^{2} + a 22 * x 2^{\land} 2 + \dots + e$
wobei Gewicht: y1, Geschwindigkeit bzw. Drehzahl 40: x1, Pulverbetthöhe 82, 84: x2, Stopfstempelhöhe h1-h5: x3, Federstärke bzw. Druck p1-p5: x4; sowie a0, a1, a2, a11, a22, e die entsprechenden zu bestimmenden Modellparameter des Modells 88.
Dieses Modell 88 beschreibt die Zusammenhänge zwischen den Prozessparametern (vorzugsweise Geschwindigkeit bzw. Drehzahl 40, Pulverbetthöhe 82, 84, Stopfstempelhöhe h1-h5, Federstärke bzw. Druck p1-p5) und dem Gewicht y1 des abgefüllten Produkts 17 (Kapselgewicht). Somit lassen sich für ein gewünschtes Gewicht y1 oder für eine minimal geforderte Standardabweichung die einzustellenden Prozessparameter ermitteln.
Nach der Auswahl eines möglichen Modells 88 werden die Modellparameter a0, a1, a2, a11, a22, e ermittelt. Hierbei nimmt die Steuereinrichtung 19 bei bestimmten Prozessparametern das jeweilige Gewicht y1 auf. Besonders bevorzugt erfolgt die Aufnahme des Gewichts automatisch. So gibt es hierfür eine spezielle Wiegeeinrichtung 23 wie beispielhaft in Figur 1 gezeigt, die das Gewicht aufnimmt beispielsweise im Rahmen der In-Prozess-Kontrolle. Alternativ kann das verbiegen der Kapseln 12 auch durch eine separate Einheit oder durch Probenentnahme erfolgen. Eine automatische Aufzeichnung der Steuereinrichtung 19 hinsichtlich der erfassten Werte des Gewichts vereinfacht die automatische Auswertung.
In gewissen Grenzen werden die Prozessparameter variiert und die entsprechenden Messungen des Gewichts y1 vorgenommen. So verändert zumindest ein Verstellantrieb 61-65 zumindest eine der Höhen h1 bis h5 und/oder es wird zumindest ein Druck p1 bis p5 beispielsweise über entsprechende veränderte Druckvorgaben der Steuereinrichtung 19 verändert und/oder es wird zumindest die Produktbetthöhe 82, 84 verändert und/oder es wird zumindest die Drehzahl 40 der Dosierscheibe 16 verändert. Nach bekannten Modellalgorithmen werden auf Basis der verschiedenen Prozessparametersätze und zugehörigen Messwerte die Modellparameter ermittelt. So können beispielsweise zwischen 5, 10 und 20 Versuchsreihen gefahren werden. Es können auch sämtliche Prozessparameter bei unterschiedlichen Versuchsreihen gleichzeitig variiert werden.
Wenn sämtliche Prozessparameter des Modells 88 ermittelt sind, wird das gewünschte Zielgewicht eingegeben. Ebenso kann die angestrebte Standardabweichung bzw. die Streuung und das Zielgewicht eingestellt werden. Anhand des erstellten Modells 88 werden nun für das konkrete Zielgewicht bestimmte Einstellungen für die Prozessparameter durch die Steuereinrichtung 19 ermittelt.
Die Regelung kann aus dem statistischen Modell 88 erfolgen. Neben der Steuerung ist eine neue Möglichkeit der Regelung des Prozesses entwickelt worden. So stimmt in der Praxis das ermittelte Modell 88 nicht exakt mit der Realität überein. Auch muss auf äußere Einflussgrößen bzw. Störgrößen, die nicht im Modell 88 vorhanden sind, reagiert werden. Dies erfolgt durch einen regelnden Eingriff in den Prozess. Bei einer automatisierten Inbetriebnahme kann auf das Modell 88 zurückgegriffen werden. Das Modell 88 ermöglicht es zu ermitteln, welcher Prozessparameter in diesen Betriebspunkt den größten Einfluss besitzt und in welchem Maß er geändert werden muss, um die Abweichung auszugleichen. Das Modell 88 gibt an, welcher Prozessparameter welchen Einfluss besitzt und wie die Parameter beispielsweise eines Reglers einzustellen sind, um ein möglichst gutes Prozessergebnis zu erhalten. Ursprung dieses Modells 88 ist der automatisierte Inbetriebnahmeprozess. Voraussetzung für den automatisierten Inbetriebnahmeprozess ist die entsprechende Auslegung der Vorrichtung, um die Prozessparameter gezielt zu beeinflussen.
Die Prozessparameter lassen sich durch eine Bedienoberfläche beispielsweise hinsichtlich bestimmter Grenzen beeinflussen. Auch könnte der Bereich der Prozessparameter vorgegeben werden, in dem die Vorrichtung diese Prozessparameter variieren soll.
Die Vorrichtung führt die Versuche automatisch durch. Hierzu ist eine Überwachungsfunktion in der Steuereinrichtung 19 hinterlegt, die sich der Messung der Übergabekraft, ermittelt durch den Kraftsensor 50, bedient. Diese Funktion unterbricht den aktuell eingestellten Versuch beispielsweise bei zu hohen Kräften und versucht, die Vorrichtung frei zu fahren (beispielsweise durch reduzierte Prozessparameter, geringerer Druck p1-p5, geringere Höhe h1-h5 der Stopfstempel 51-55 oder vergleichbare Maßnahmen. Falls dies nicht ausreicht, wird der Benutzer beispielsweise zum Eingreifen im Sinne einer Reinigung oder Ähnliches aufgefordert. Die Vorrichtung bzw. die Steuereinrichtung 19 entscheidet selbstständig, wann Proben gezogen werden: bei Untersuchung des Einflusses der Pulverbetthöhe 82, 84, ansonsten abhängig von der vorgegebenen Pulverbetthöhe 82, 84, ansonsten nach einer gewissen Zeit (unter Umständen wählbar durch den Benutzer), oder einer gewissen Stabilität der Zielgröße (mittleres Gewicht, mittlere Standardabweichung). Der Probenzug erfolgt automatisch mit der in den Prozess eingebundenen Wiegestation 23 bzw. Wiegeeinrichtung oder mithilfe einer externen Waage. Das Gewicht wird automatisch erfasst und zur Erstellung des Modells 88 zugeführt. Die Daten der Versuche werden beispielsweise dem PolynomModell zugeführt zur Erstellung der entsprechenden Parameter des Modells 88. Diese Modellierung (Regression) erfolgt entweder automatisch oder mit Unterstützung des Benutzers. So könnte der Benutzer beispielsweise bestimmte Versuche ausklammern, die dann nicht für die Modellierung verwendet werden. Außerdem könnten die ermittelten Daten transformiert werden.
Nachdem nun das Modell 88 erstellt ist, kann sich der Benutzer nun die Einflüsse der Prozessparameter und ihre Wechselwirkungen anzeigen lassen. Ist der Benutzer mit dem Modell 88 zufrieden, kann das Modell 88 die Prozessparameter ermitteln. Die so ermittelten Prozessparameter können zur Verifizierung einem erneuten Versuch zu Grunde liegen. Optional könnte durch Ferndiagnose auf die Steuereinrichtung 19 zugegriffen werden, in der die Datenerfassung und die Erstellung des Modells 88 angesiedelt sein kann, erfolgen.
Die Vorrichtung zum Dosieren eines Produkts wird insbesondere in der Verpackungstechnik, insbesondere bei Kapselfüllmaschinen eingesetzt.

Claims

Vorrichtung zum Dosieren eines Produkts in Kapseln (12) oder dergleichen,
umfassend zumindest eine Dosierscheibe (36), die Dosieröffnungen (38) aufweist, zumindest eine Produktzuführung (76) zur Zuführung des Produkts zu der Dosierscheibe (36) zur Erreichung einer bestimmten Produktbetthöhe (82, 84), zumindest zwei Befüllstationen (41-45), denen Gruppen von Dosieröffnung (38) zugeordnet sind, wobei die Befüllstationen (41-45) jeweils zumindest einen Stopfstempel (51-55) umfassen, wobei der Stopfstempel (51-55) mit einer gewissen Höhe (h1-h5) in die Dosieröffnung (38) zur Verdichtung des Produkts (17) eintauchen kann, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Druckmittel (71) zur Erzeugung eines veränderbaren Drucks (p1-p5) vorgesehen ist, in welches der jeweilige Stopfstempel (51-55) einfedern kann, und zumindest ein Verstellmittel, insbesondere ein Verstellantrieb (61-65), vorgesehen ist, um die Höhe (h1 bis h5) für jeden Stopfstempel (51-55) unabhängig voneinander zu verstellen, wobei zumindest ein Sensor (78, 80) vorgesehen ist zur Erfassung zumindest einer Produktbetthöhe (82, 84) des auf der Dosierscheibe (36) angeordneten Produkts.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Steuereinrichtung (19) vorgesehen ist zur Vorgabe unterschiedlicher Höhen (h1 bis h5) und/oder unterschiedlicher Drücke (p1 bis p5) und/oder unterschiedlicher Produktbetthöhen (82, 84) und/oder unterschiedlicher Drehzahlen (40) zumindest eines Antriebs (35) der Dosierscheibe (36) als mögliche zu beeinflussende Prozessparameter.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Wiegeeinrichtung (23) vorgesehen ist zur Ermittlung des Gewichts des in die Kapseln (12) eindosierten Produkts.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) für die unterschiedlichen Einstellungen der Prozessparameter das jeweilige Gewicht des in die Kapsel (12) eindosierten Produkts erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Einstellungen der Prozessparameter und dem jeweiligen Gewicht des in die Kapsel (12) eindosierten Produkts ein Modell (88) erstellt, in dem der Zusammenhang zwischen zumindest einem Prozessparameter und dem Gewicht und/oder der Standardabweichung des dosierten Produkts (17) abgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) in Abhängigkeit von dem Modell (88) zumindest eine Einstellung zumindest eines Prozessparameters auswählt in Abhängigkeit von einem gewünschten Gewicht und/oder einer gewünschten Standardabweichung eines gewünschten Gewichts des dosierten Produkts (17).
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) als Prozessparameter zumindest die Höhe (h1 bis h5) und den Druck (p1 bis p5) verändert zur Erstellung des Modells (88).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (60, 78, 80, 90) zur Erfassung zumindest eines Prozessparameters vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel (71) zumindest ein Druckregelelement (57) und/oder zumindest eine Druckkammer (59) und/oder zumindest einen Kolben (58) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) zumindest die Produktzuführung (76) ansteuert zur Erreichung einer konstanten Produktbetthöhe (82,84).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kraftsensor (50) vorgesehen ist am Übergabestempel (47), wobei der Übergabestempel (40) zur Überführung des in einer Dosieröffnung (38) befindlichen Produkts (17) in mindestens ein Unterteil (15) der Kapsel (12) vorgesehen ist.