EP3935005A1 - Behälterbehandlungsanlage, behälterträger und verfahren zum befüllen von behältern - Google Patents

Behälterbehandlungsanlage, behälterträger und verfahren zum befüllen von behältern

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Publication number
EP3935005A1
EP3935005A1 EP20706187.0A EP20706187A EP3935005A1 EP 3935005 A1 EP3935005 A1 EP 3935005A1 EP 20706187 A EP20706187 A EP 20706187A EP 3935005 A1 EP3935005 A1 EP 3935005A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
deformation
filling
container carrier
carrier
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.)
Withdrawn
Application number
EP20706187.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alex Seewald-Raider
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.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS 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
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP3935005A1 publication Critical patent/EP3935005A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/20—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus with provision for metering the liquids to be introduced, e.g. when adding syrups
    • B67C3/202—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus with provision for metering the liquids to be introduced, e.g. when adding syrups by weighing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/007—Applications of control, warning or safety devices in filling machinery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/24—Devices for supporting or handling bottles
    • B67C3/242—Devices for supporting or handling bottles engaging with bottle necks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property
    • G01G17/04—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing fluids, e.g. gases, pastes
    • G01G17/06—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property for weighing fluids, e.g. gases, pastes having means for controlling the supply or discharge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/225—Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262—Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01G—WEIGHING
    • G01G17/00—Apparatus for or methods of weighing material of special form or property

Definitions

  • Container treatment system Container treatment system, container carrier and method for filling
  • the invention relates to a container treatment system according to the preamble of patent claim 1, to a container carrier according to the preamble of
  • Claim 13 and to a method for filling containers according to the preamble of claim 14.
  • Container treatment systems in which containers are filled with a filling material are known.
  • the amount of the filling material to be introduced into the container can be determined via its weight or its mass.
  • the term filling material is to be understood as meaning, in particular, a liquid or pasty filling material, such as a drink, dairy products, a sauce, etc ..
  • a granular, free-flowing and largely dry filling material should also be understood, such as dry soups, coffee powder, baking additives and the like
  • Containers are to be understood as packaging in all conceivable shapes and materials (glass, metals, plastics), in particular containers in the form of cans, bottles, flacons, tubes, cardboard packaging or cups, which may be sealed, welded or permanently or temporarily for the end user be closed or covered with an element (cap, lid, foil, etc.).
  • a container should also be understood to mean a bag or a film packaging for a product, which is also called a pouch, for example.
  • the publication WO 2013/083209 A1 describes a filling machine for filling containers with a filling material.
  • This filling machine has a plurality of filling positions formed on a revolving transport element, each with a filling element for the controlled discharge of the filling material into a container.
  • the filling machine has a functional element designed as a container carrier, which is arranged on a carrier common to all filling positions.
  • Container support equipped with a load cell attached to the common support for volume-controlled filling of the container.
  • the disadvantage of the solution mentioned is the relatively large space requirement of such load cells.
  • the present invention is based on the object of providing an improved container treatment system, improved container carriers and an improved method for filling containers, which in particular have a reduced space requirement.
  • a container treatment system is proposed, in particular a filling machine, in which containers are transported along a transport direction and filled with a product.
  • the containers are usually filled during the
  • Containers are understood to mean bottles, cans or similar containers, the exact type and / or shape of the container for the present
  • the present invention does not depend on the material of the container, i. E. it can therefore be, for example, containers made of glass, PET or aluminum.
  • the containers are transported with container carriers that are adapted or adaptable to the respective container.
  • a container carrier is to be understood as any active or passive gripper, clip or holder by means of which a suspended, self-supporting transport of one or more containers is possible.
  • containers which have a collar in their upper area can be held hanging from a container carrier with a semicircular recess which is matched to the collar.
  • the containers are filled using
  • the container treatment system has a weighing unit for recording the mass weight of a container held on the container carrier.
  • the weighing unit includes a Deformation sensor, which is ideally an integral part of the container carrier or at least one component comprised by the container carrier.
  • the weighing unit ideally in the form of a strain gauge, is arranged in or on at least one of the gripper arms of the container carrier.
  • the mass weight of the container and thus the amount of filling material released by the filling element is determined while the container is being filled.
  • the filling of the container can be ended by closing the filling valve.
  • the weighing unit has at least one deformation sensor.
  • the at least one deformation sensor is arranged on at least one surface section of the container carrier, so that the deformation sensor detects the deformation of the container carrier. This deformation occurs because the mass weight of the container increases when it is filled and the container carrier thus bends more and more. The higher the mass weight of the container, the greater the resulting deformation of the container carrier. The deformation of the
  • Container carrier is therefore a measure of the mass weight of the container.
  • deformation sensor is particularly advantageously arranged directly in or on a surface section of the container carrier or a component of the container carrier, i.e. the deformation sensor is preferably located directly and flat on the
  • the deformation sensor can also be received and / or incorporated in the container carrier, such as, for example, cast into a recess with an adhesive or resin. It goes without saying that
  • the additional space requirement compared to a container carrier without a deformation sensor is particularly advantageously greatly reduced, and indeed minimally.
  • the evaluation of measurement and / or operating data takes place in the weighing unit itself and / or in evaluation and / or control electronics.
  • the deformation sensor is advantageously at least one
  • Strain gauges formed.
  • a strain gauge can determine both an expansion and a compression of the surface section that is in a planar operative connection with the strain gauge.
  • strain gauges for measuring deformations of different sizes, so that a suitable strain gage can be selected for the respective container carrier - and its cross-section, material and other properties influencing the deformation.
  • strain gauges have a very low height and therefore hardly require any extra space and are inexpensive to manufacture or purchase.
  • one or more deformation sensors is or are arranged on an upper side and / or lower side of the container carrier.
  • a deformation of the container carrier by the mass weight of the container causes an expansion of the upper side of the container carrier, which is measured by a deformation sensor arranged on the upper side of the container carrier.
  • a deformation of the container carrier caused by the mass weight of the container compresses the lower side of the container carrier and that of the lower side of the container carrier
  • deformation sensor is measured. With an arrangement of several deformation sensors on the upper side and the lower side of the container carrier, both the elongation and the compression are measured. This increases the measurement accuracy in a particularly advantageous manner.
  • Container carriers or components thereof are arranged, in particular on the grippers or gripper arms, and furthermore one or more deformation sensors are arranged on inclined or substantially vertically oriented surfaces.
  • the weighing unit also advantageously has at least four deformation sensors.
  • the deformation sensors are on different surface sections of the
  • Container carrier arranged. If the container carrier has a plane of symmetry which runs through an axis of the container being held, it is advantageous that the
  • Container carrier can thus be avoided by adding or averaging the measurement results from both sides. Furthermore, it is advisable to arrange a deformation sensor each on the upper side and on the lower side of the container carrier so that, as described above, one deformation sensor registers an expansion and the other a compression. Temperature-dependent falsifications of the measurement results of the
  • Deformation sensors such as a temperature-dependent change in the resistance of a strain gauge, fall by comparing the
  • Measurement results from the upper side to the lower side have no or only very little weight.
  • the deformation sensors are connected in a bridge circuit.
  • a bridge circuit By means of a bridge circuit, an evaluation of the symmetry with regard to the plane of symmetry and the existing differences from the upper to the lower side is possible directly and without additional electronics.
  • a bridge circuit therefore provides inexpensive but also robust processing of the resistances of the individual deformation sensors.
  • Cables are advantageously soldered to the contact points of the deformation sensors. In this way, the measurement results of the deformation sensors can be evaluated at a location away from the container carrier, where there is more space for a
  • a plug is arranged at the end of the cable facing away from the deformation sensors.
  • the cable can be connected to the evaluation and / or control electronics of the container treatment system. Should a container carrier must be replaced, the electronic connection to the evaluation and / or control electronics can be easily separated by means of the plug and
  • the connector is designed to be watertight, so that the connection may not be damaged by splashing or condensation.
  • the transport of the containers runs at least in sections on a circular path and the deformation sensor is arranged radially in the center and / or radially inward on the container carrier. With such a transport on a circular path, the containers are held radially on the outside of the container carrier.
  • Arranging the deformation sensor radially on the inside on the container carrier has the advantage that it maximizes the distance between the deformation sensor and the container and thus from possible splash water.
  • the container support is made of stainless steel and / or plastic. Both stainless steel and a wide variety of plastics have reproducible properties
  • Modulus of elasticity which is essential for determining the mass weight of the container from the deformation of the container support. Furthermore, stainless steel and plastics can be processed well and are well suited as material for container carriers.
  • Containers are again understood to mean bottles, cans or the like, the precise type of container being immaterial for the present invention.
  • the material of the container is also irrelevant, for example containers made of glass, PET or aluminum.
  • the container carrier comprises a weighing unit for detecting the
  • Mass weight of a container held on the container support the weighing unit having at least one deformation sensor which is attached to at least one
  • Mass weight of the container and thus the amount of filling material released by a filling element can be determined.
  • the deformation of the container carrier occurs because the weight of the container increases when it is filled and the
  • the container carrier thus sags more and more.
  • the higher the mass weight of the container the greater the deformation of the container support.
  • the deformation of the container support is therefore a measure of the mass weight of the container. Because the deformation sensor is arranged directly on the surface section of the container carrier, the additional space requirement compared to a container carrier is without
  • a container carrier without a weighing unit can in principle also be replaced by a container carrier with a weighing unit, the container treatment system being expanded to include the function of determining the weight of the container.
  • a method for filling containers such as bottles, cans or the like is proposed.
  • the containers are transported along a transport device with container carriers and filled with filling material by filling elements of a filling machine.
  • the containers are usually filled during the
  • Detected container carrier held container by means of a weighing unit and the filling of the container is stopped when a predetermined mass weight is reached. In this way, containers are obtained which are filled with a specified filling quantity.
  • the flow rate and / or duration of the respective filling element is advantageously controlled as a function of the measurement data from the weighing unit. For example, before the filling of a container is stopped, the flow rate per unit of time can be reduced so that an even more precise filling amount is achieved in the container when the filling is stopped. Reducing the filling speed when filling of the container can be initiated, for example, with a predetermined filling quantity and thus a predetermined mass weight of the container, the
  • Mass weight of the container is in turn detected by means of the weighing unit.
  • Measurement data from the deformation sensors are evaluated in parallel and this influence is calculated out.
  • the container geometry and, above all, the position of the center of gravity and the change in the center of gravity should also be taken into account when filling a container.
  • the method is carried out by means of a container treatment plant as described above.
  • the weighing unit thus has at least one deformation sensor which is arranged on at least one surface section of the container carrier.
  • the deformation sensor detects the deformation of the container carrier, which is a measure of the mass weight of the container held on the container carrier, in particular also during the filling of the container.
  • the mass weight of the container is advantageously determined from the measured values of the weighing unit by means of a formula and / or a lookup table. This can be done easily and in real time with the latest processors.
  • a predetermined mass weight of the container is reached, the filling speed when filling the container is then reduced and / or the filling of the container is stopped.
  • the formula used is preferably determined empirically, the parameters used in the formula being determined either by measurements or by calculations, for example using the finite element method.
  • the values in the lookup table are also determined either by measurements or by calculations, for example using the finite element method.
  • the filling of the container can be stopped when a predetermined measured value of the weighing unit is reached. This measured value, which corresponds to a given mass weight of the
  • Container or a predetermined filling quantity of the container corresponds is also determined either by measurements or by calculations, for example with the finite element method.
  • the filling speed when filling the container can also be reduced when a further predetermined measured value of the weighing unit is reached.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a container treatment plant
  • FIG. 2a shows a schematic side view of a container carrier with an unfilled container
  • FIG. 2b shows a further schematic side view of the container carrier according to FIG. 2a with an at least partially filled container
  • FIG. 4 is a perspective view of a further container carrier.
  • Figure 1 shows a schematic plan view of a designed as a filling machine
  • Container treatment plant 1 which can be bottles, cans or the like, are for example of an inlet star 3 to the
  • Container carriers 4 are arranged on a rotor 5 rotating around a vertical axis A and transport the containers 2 in a transport direction T, so that the transport of the Container 2 in the area of the container treatment system 1 takes place at least in sections on a part-circular path.
  • the container treatment system 1 has a plurality of filling elements 6, each of which is connected to a circular channel 8, for example, via a filling valve 7.
  • the filling material with which the containers 2 are filled is provided via the circular channel 8, which in the present exemplary embodiment is a drink with a high pulp content.
  • the respective filling valve 7 is opened and the filling of the container 2 is started.
  • Filling elements 6, which fill a container 2 when the filling valve 7 is open, are shown filled in "black" as an example in FIG.
  • Deformation sensors 9 arranged on and / or connected to the container carrier 4 measure the deformation of the container carrier 4 while the container 2 is being filled have, wherein a free end area pointing outward from the axis of rotation A, the containers 2 are held during the filling process and the container carrier 4 with the container lying closer to the axis of rotation A, the container
  • the mass weight of the container 2 held by the container carrier 4 is a measure of the mass weight of the container 2 held by the container carrier 4 Container 2 are closed.
  • the deformation sensors 9 are preferably each symmetrical to the
  • Container supports 4 arranged. By averaging the measurement results from both sides of the plane of symmetry, the mass weight of the container 2 can then also be determined determine precisely if the container was received by the container carrier 4, for example, slightly asymmetrically or at an angle.
  • Container treatment system 1 can be specified upon reaching another
  • Mass weight which is less than the predetermined mass weight, which leads to the stopping of the filling of the container 2
  • the filling speed of the filling of the container 2 can be reduced. It is thus possible to adhere to the specified filling quantity of container 2 even more precisely.
  • the filling of the container 2 can be stopped at predetermined measured values of the deformation sensors 9.
  • these measured values are determined - either by a measurement or by a calculation, for example using the finite element method - in such a way that they comply with the specified filling quantity of the container 2
  • the mass weight of the dated from can be derived from the measured values of the deformation sensors 9 using a formula or a lookup table
  • Container carrier 4 held container 2 are determined. The parameters of the
  • the preferably empirical formula or the values in the lookup table are determined either by a measurement or by a calculation, for example using the finite element method.
  • the mass weight of the container 2 is determined in real time thanks to the high computing speed of current processors.
  • container 2 is briefly transported in transport direction T to container treatment system 1 and then transferred to an outlet star 10, which transports container 2 for further treatment.
  • FIG. 2a shows a schematic side view of a container carrier 4 which is arranged on a rotor 5 of a container treatment system 1.
  • the container carrier 4 holds a container 2 designed as a bottle, the invention also relating to other containers 2, such as cans.
  • this container 2 is still empty.
  • Deformation sensors 9 designed as strain gauges are arranged on surface sections 11 of the container carrier 4, one being arranged on an upper side 12 and the other being arranged on a lower side 13 of the container carrier 4.
  • the invention is not limited to strain gauges, but can also be implemented with other deformation sensors 9.
  • Cables 15 are soldered to the contact points 14 of the deformation sensors 9, so that the measurement of the deformation of the container carrier 4 is removed from the container carrier 4
  • FIG. 2b shows the container carrier 4 with the container 2 from FIG. 2a, the container 2 being largely filled with filling material 16. Due to the increased mass weight of the filled container 2, the container carrier 4 is deformed, the deformation being shown exaggerated in the figure.
  • the deformation sensor 9 on the upper side 12 of the container carrier 4 experiences an expansion, the deformation sensor 9 on the lower side 13 of the container carrier 4 is compressed.
  • a deformation sensor 9 would be sufficient to determine the deformation of the container carrier 4.
  • the difference between the deformations measured by the deformation sensors 9 arranged on the upper side 12 and the lower side 13 is used to determine the mass weight of the container 2. If, for example, temperature-related changes occur in the deformation sensors 9, then these cancel each other out when the difference between the individual deformation sensors 9 is considered.
  • each container carrier 4 it is particularly advantageous if four deformation sensors 9 are arranged on each container carrier 4, two being arranged on the upper side 12 and two on the lower side 13 of the container carrier 4 and these deformation sensors 9 being arranged in pairs symmetrically to a plane of symmetry of the container carrier 4.
  • Deformation sensors 9 can achieve a result that is largely
  • DMS strain gauges
  • Make bridge circuit 17 R1 is the electrical resistance of the upper left DMS, R2 the electrical resistance of the lower left DMS, R3 the electrical resistance of the lower right DMS and R4 the electrical resistance of the upper right DMS.
  • a voltage source U supplies the bridge circuit 17 with electrical voltage and the voltage drop across the measuring resistor Rm is measured and, as a result, provides the desired averaging and subtraction of the individual resistances.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a further container carrier 4 which is designed in the form of a passive clip which is opened by the introduction of a container and which fixes the container in the gripping position through the elastic deformation of the material.
  • this container carrier 4 has four deformation sensors 9 which are arranged on surface sections 11 of the present two flea spaces 18, here in the form of a window or a recess on a gripping arm-like, lateral element 4.1, 4.2 of the container carrier 4.
  • a deformation sensor 9 is applied in each flea space 18 to the surface sections 11 which are horizontal in the installed state or embedded in a recess there.
  • the container carrier 4 is through the opening 20 by means of suitable means on a
  • Carrier element of the container treatment system 1 (not shown in Figure 4) attached so that on the outer 21 gripping and folding end a packaging or, for example
  • Container 2 can be received.
  • the connector 19 can be used to connect the deformation sensors 9
  • This plug 19 is preferably designed as a watertight plug 19 so that splash and / or condensation water cannot influence the measurement results. It is obvious that, as an alternative or in addition, deformation sensors 9 can be provided on the upper element 4.1 of the container carrier (not shown).
  • a deformation sensor 9 is covered with a protective coating (not shown) or the recess in which it is introduced is correspondingly poured.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Behälterbehandlungsanlage (1), insbesondere eine Füllmaschine, in welcher Behälter (2), wie Flaschen, Dosen oder dergleichen, entlang einer Transportrichtung (T) mit Behälterträgern (4) transportiert werden, wobei die Behälter (2) von Füllelementen (6) der Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei die Behälterbehandlungsanlage (1) eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) aufweist. Die Behälterbehandlungsanlage (1) zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11) des Behälterträgers (4) zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Behälterträger (4) für eine Behälterbehandlungsanlage (1) sowie ein zugehöriges Verfahren zum Befüllen von Behältern.

Description

Behälterbehandlungsanlage, Behälterträger und Verfahren zum Befüllen von
Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Behälterbehandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 , auf einen Behälterträger gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 13 sowie auf ein Verfahren zum Befüllen von Behältern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.
Behälterbehandlungsanlagen, in welchen Behälter mit einem Füllgut befüllt werden, sind bekannt. Besonders wichtig beim Befüllen der Behälter ist dabei, dass sie stets mit einer vorgegebenen Menge des Füllguts befüllt werden. Flierzu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt, insbesondere kann die in den Behälter einzubringende Menge des Füllguts über sein Gewicht bzw. seine Masse bestimmt werden. Dabei soll unter Füllgut insbesondere ein flüssiges oder pastöses Füllgut verstanden werden, wie beispielsweise ein Getränk, Milchprodukte, eine Sauce etc.. Weiterhin soll aber auch ein granuläres, rieselfähiges und weitgehend trockenes Füllgut hierunter verstanden werden, wie beispielsweise Trockensuppen, Kaffeepulver, Backzusatzstoffe und derartige
Produkte. Unter Behälter sind Verpackungen in allen denkbaren Formen und Werkstoffe (Glas, Metalle, Kunststoffe) zu verstehen, insbesondere Behälter in Form von Dosen, Flaschen, Flacons, Tuben, Kartonverpackung oder Bechern, die gegebenenfalls für den Endverbraucher versiegelt, verschweißt bzw. dauerhaft oder kurzzeitig mit einem Element (Kappe, Deckel, Folie, etc.) verschlossen oder bedeckt werden. Ebenfalls soll unter Behälter auch eine Beutel- oder eine Folienverpackung für ein Füllgut verstanden werden, die bspw. auch Pouch genannt werden.
Beispielsweise beschreibt die Druckschrift WO 2013/083209 A1 eine Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem Füllgut. Diese Füllmaschine weist mehrere an einem umlaufenden Transportelement ausgebildete Füllpositionen mit jeweils einem Füllelement zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in einen Behälter auf. Des Weiteren weist die Füllmaschine ein als Behälterträger ausgebildetes Funktionselement auf, das an einem für sämtliche Füllpositionen gemeinsamen Träger angeordnet ist. Ferner ist der
Behälterträger mit einer an dem gemeinsamen Träger befestigten Wägezelle für ein mengengesteuertes Füllen der Behälter ausgestattet. Nachteilig an der genannten Lösung ist der relativ hohe Platzbedarf solcher Wägezellen.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Behälterbehandlungsanlage, verbesserte Behälterträger und ein verbessertes Verfahren zum Befüllen von Behältern bereitzustellen, die insbesondere einen reduzierten Platzbedarf aufweisen.
Die Aufgabe wird durch eine Behälterbehandlungsanlage gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und einen Behälterträger gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 13 gelöst. Ein entsprechendes Verfahren zum
Befüllen von Behältern ist Gegenstand des nebengeordneten Patentanspruchs 14. Die jeweiligen Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung.
Vorgeschlagen wird eine Behälterbehandlungsanlage, insbesondere eine Füllmaschine, in welcher Behälter entlang einer Transportrichtung transportiert und mit einem Füllgut befüllt werden. Das Befüllen der Behälter findet dabei üblicherweise während des
Transports statt. Unter Behältern werden Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter verstanden, wobei die genaue Art und/oder Form der Behälter für die vorliegende
Erfindung unwesentlich ist. Ebenso kommt es bei der vorliegenden Erfindung nicht auf das Material der Behälter an, d.h. es kann sich also beispielsweise um Behälter aus Glas, PET oder Aluminium handeln. Der Transport der Behälter erfolgt mit Behälterträgern, die an die jeweiligen Behälter angepasst oder anpassbar sind. Unter einem Behälterträger soll vorliegend jeder aktive oder passive Greifer, Clips oder Halterung verstanden werden, mittels welchem ein hängender, freitragender Transport eines oder mehrerer Behälter möglich ist.
So können zum Beispiel Behälter, die in ihrem oberen Bereich einen Kragen aufweisen, von einem Behälterträger mit einer halbkreisförmigen Aussparung, die auf den Kragen abgestimmt ist, hängend gehalten werden. Das Befüllen der Behälter erfolgt über
Füllelemente der Füllmaschine. Ein solches Füllelement umfasst beispielsweise einen Auslass, der zum Befüllen der freihängend gehaltenen Behälter über einer Öffnung der Behälter positioniert wird, und ein Füllventil, das vorzugsweise steuerbar ist. Ferner weist die Behälterbehandlungsanlage eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger gehaltenen Behälters auf. Die Wägeeinheit umfasst einen Verformungssensor, dieser ist dabei idealerweise integraler Bestandteil des Behälterträgers bzw. mindestens einem vom Behälterträger umfassten Bauteil. Hierzu ist die Wägeeinheit, idealerweise in Form eines Dehnmessstreifens, in oder an mindestens einem der Greiferarme des Behälterträgers angeordnet.
Mit Hilfe der Wägeeinheit wird während des Befüllens des Behälters das Massengewicht des Behälters und damit die vom Füllelement abgegebene Menge an Füllgut bestimmt. So kann bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters und damit eines vorgegebenen Füllvolumens über ein Verschließen des Füllventils das Befüllen des Behälters beendet werden.
Erfindungsgemäß weist die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor auf. Der zumindest eine Verformungssensor ist dabei an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet, so dass der Verformungssensor die Verformung des Behälterträgers erfasst. Diese Verformung tritt dadurch auf, dass das Massengewicht des Behälters bei dessen Befüllung zunimmt und sich der Behälterträger somit immer mehr durchbiegt. Je höher dabei das Massengewicht des Behälters ist, desto größer ist die dadurch hervorgerufene Verformung des Behälterträgers. Die Verformung des
Behälterträgers ist also ein Maß für das Massengewicht des Behälters. Der
Verformungssensor ist wie vorstehend beschrieben besonders vorteilhaft direkt in oder an einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers oder eines Bauteils des Behälterträgers angeordnet, d.h. der Verformungssensor liegt vorzugsweise direkt und flächig am
Oberflächenabschnitt an, wie bspw. einem oder beiden tragenden Greiferarmen, so dass eine flächige Wirkverbindung zwischen dem Verformungssensor und dem
Oberflächenabschnitt hergestellt ist. Weiterhin kann der Verformungssensor auch im Behälterträger aufgenommen und/oder eingearbeitet sein, wie beispielsweise mit einem Kleber oder Harz in eine Aussparung eingegossen sein. Es versteht sich, dass
entsprechende Verbindungen zu einer geeigneten Auswerte- und Steuereinheit sowie mindestens einer Spannungsversorgung vorgesehen sind.
Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Lösung der zusätzliche Platzbedarf gegenüber einem Behälterträger ohne Verformungssensor stark reduziert, und zwar minimal. Die Auswertung von Mess- und/oder Betriebsdaten erfolgt in der Wägeeinheit selbst und/oder einer Auswerte- und/oder Steuerelektronik. Vorteilhafterweise ist der Verformungssensor durch zumindest einen
Dehnungsmessstreifen gebildet. Ein Dehnungsmessstreifen kann dabei sowohl eine Dehnung als auch eine Stauchung des mit dem Dehnungsmessstreifen in flächiger Wirkverbindung stehenden Oberflächenabschnitts bestimmen. Darüber hinaus gibt es Dehnungsmessstreifen zur Messung von unterschiedlich großen Verformungen, so dass ein für den jeweiligen Behälterträger - und dessen Querschnitt, Material und sonstige, die Verformung beeinflussende Eigenschaften - geeigneter Dehnungsmessstreifen gewählt werden kann. Des Weiteren haben Dehnungsmessstreifen eine sehr geringe Höhe und benötigen daher kaum extra Platz und sind preiswert in der Herstellung bzw. Anschaffung.
Es ist von Vorteil, wenn ein oder mehrere Verformungssensor(en) an einer oberen Seite und/oder unteren Seite des Behälterträgers angeordnet ist bzw. sind. Eine Verformung des Behälterträgers durch das Massengewicht des Behälters bewirkt eine Dehnung der oberen Seite des Behälterträgers, die von einem an der oberen Seite des Behälterträgers angeordneten Verformungssensor gemessen wird. Ebenso bewirkt eine Verformung des Behälterträgers durch das Massengewicht des Behälters eine Stauchung der unter Seite des Behälterträgers, die von einem an der unteren Seite des Behälterträgers
angeordneten Verformungssensor gemessen wird. Bei einer Anordnung von mehreren Verformungssensoren an der oberen Seite und der unteren Seite des Behälterträgers wird sowohl die Dehnung als auch die Stauchung gemessen. Besonders vorteilhaft wird dadurch die Messgenauigkeit erhöht.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, zwei oder mehr Verformungssensoren vorzusehen, um die kinetischen Einflüsse, wie Beschleunigungs- und/oder Zentrifugalkräfte zu erfassen und von den gewünschten Daten zur aktuellen Masse und damit Füllmenge zu
unterscheiden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn ein oder mehrere
Verformungssensoren auf im Wesentlichen horizontalen Flächen des jeweiligen
Behälterträgers oder Bauteilen hiervon angeordnet sind, insbesondere auf den Greifern oder Greiferarmen, und weiterhin ein oder mehrere Verformungsensoren auf schrägen oder im Wesentlichen vertikal ausgerichteten Flächen angeordnet sind. Die
unterschiedlichen Daten der Verformung können dann gemeinsam mit den jeweiligen, parallelen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungswerten ausgewertet werden.
Es hat sich zudem herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn Wägeeinheit in
Abhängigkeit von dem jeweiligen Behälter insb. dessen Schwerpunktlage relativ zu dem Halte- und Greifelement kalibriert wird, um vorgenannte Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungseinflüsse sicher erfassen zu können.
Weiterhin vorteilhaft weist die Wägeeinheit zumindest vier Verformungssensoren auf. Die Verformungssensoren sind dabei an verschiedenen Oberflächenabschnitten des
Behälterträgers angeordnet. Sofern der Behälterträger eine Symmetrieebene aufweist, die durch eine Achse des gehaltenen Behälters verläuft, ist es vorteilhaft, die
Verformungssensoren symmetrisch zu dieser Symmetrieebene anzuordnen. Eine
Verfälschung der Messergebnisse durch leicht asymmetrische Belastungen des
Behälterträgers kann so durch Addition bzw. Mittelung der Messergebnisse beider Seiten vermieden werden. Des Weiteren empfiehlt es sich, je einen Verformungssensor an der oberen Seite und an der unteren Seite des Behälterträgers anzuordnen, so dass wie zuvor beschrieben der eine Verformungssensor eine Dehnung und der andere eine Stauchung registriert. Temperaturabhängige Verfälschungen der Messergebnisse der
Verformungssensoren, wie beispielsweise eine temperaturabhängige Änderung des Widerstands eines Dehnungsmessstreifens, fallen durch den Vergleich der
Messergebnisse von der oberen Seite zur unteren Seite nicht oder lediglich sehr geringfügig ins Gewicht. Ein Temperatursensor und eine Berechnung der
Temperaturabhängigkeit der Messergebnisse entfällt somit.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die Verformungssensoren in einer Brückenschaltung verschaltet sind. Mittels einer Brückenschaltung ist eine Auswertung der Symmetrie bezüglich der Symmetrieebene und der bestehenden Unterschiede von der oberen zur unteren Seite direkt und ohne zusätzliche Elektronik möglich. Eine Brückenschaltung liefert also eine kostengünstige aber auch robuste Verarbeitung der Widerstände der einzelnen Verformungssensoren.
Vorteilhafterweise sind Kabel an Kontaktstellen der Verformungssensoren angelötet. So können die Messergebnisse der Verformungssensoren an einem vom Behälterträger entfernten Ort ausgewertet werden, wo beispielsweise mehr Platz für eine
Auswerteelektronik zur Verfügung steht.
Es ist vorteilhaft, wenn an dem der Verformungssensoren abgewandten Ende des Kabels ein Stecker angeordnet ist. Mit Hilfe dieses Steckers kann das Kabel an eine Auswerte- und/oder Steuerelektronik der Behälterbehandlungsanlage angeschlossen werden. Sollte ein Behälterträger ausgetauscht werden müssen, kann der elektronische Anschluss an die Auswerte- und/oder Steuerelektronik mittels des Steckers leicht getrennt und
wiederhergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Stecker wasserdicht ausgeführt ist, so dass ein mögliches Auftreten von Spritz- oder Kondenswasser der Verbindung nicht schaden.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Anbringungsstellen der Verformungssensoren wasserdicht versiegelt sind. Dadurch können sich Spritz- oder Kondenswasser nicht störend auf die Messergebnisse auswirken.
Es ist vorteilhaft, wenn der Transport der Behälter zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn verläuft und der Verformungssensor radial mittig und/oder radial innen am Behälterträger angeordnet ist. Bei einem solchen Transport auf einer Kreisbahn werden die Behälter radial außen am Behälterträger gehalten. Durch eine Anordnung des
Verformungssensors radial mittig am Behälterträger werden Randeffekte bei der
Verformung des Behälterträgers, die im Bereich des Behälters und im Bereich der Anbringung des Behälterträgers auftreten können, bestmöglich unterdrückt. Eine
Anordnung des Verformungssensors radial innen am Behälterträger hat hingegen den Vorteil, dass damit der Abstand des Verformungssensors zum Behälter und damit zu möglichem Spritzwasser maximiert ist.
Es ist von Vorteil, wenn der Behälterträger aus Edelstahl und/oder Kunststoff besteht. Sowohl Edelstahl als auch eine Vielzahl von Kunststoffen haben reproduzierbare
Elastizitätsmodule, was für die Bestimmung des Massengewichts des Behälters aus der Verformung des Behälterträgers essentiell ist. Des Weiteren können Edelstahl und Kunststoffe gut verarbeitet werden und sind als Werkstoff für Behälterträger gut geeignet.
Des Weiteren wird ein Behälterträger zum Transportieren von Behältern für eine
Behälterbehandlungsanlage gemäß der vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Unter Behältern werden wiederum Flaschen, Dosen oder dergleichen verstanden, wobei die genaue Art der Behälter für die vorliegende Erfindung unwesentlich ist. Auch auf das Material der Behälter kommt es bei der vorliegenden Erfindung nicht an, es kann sich also beispielsweise um Behälter aus Glas, PET oder Aluminium handeln. Erfindungsgemäß umfasst der Behälterträger eine Wägeeinheit zur Erfassung des
Massengewichts eines am Behälterträger gehaltenen Behälters, wobei die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor aufweist, der an zumindest einem
Oberflächenabschnitt des Behälterträgers zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Wägeeinheit kann während des Befüllens des Behälters das
Massengewicht des Behälters und damit die von einem Füllelement abgegebene Menge an Füllgut bestimmt werden. Die Verformung des Behälterträgers tritt dadurch auf, dass das Massengewicht des Behälters bei dessen Befüllung zunimmt und sich der
Behälterträger somit immer mehr durchbiegt. Je höher dabei das Massengewicht des Behälters ist, desto größer ist die Verformung des Behälterträgers. Die Verformung des Behälterträgers ist also ein Maß für das Massengewicht des Behälters. Dadurch, dass der Verformungssensor direkt an dem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet ist, ist der zusätzliche Platzbedarf gegenüber einem Behälterträger ohne
Verformungssensor minimal. Durch den geringen zusätzlichen Platzbedarf kann prinzipiell auch ein Behälterträger ohne Wägeeinheit durch einen Behälterträger mit Wägeeinheit ersetzt werden, wobei die Behälterbehandlungsanlage um die Funktion des Bestimmens des Massengewichts des Behälters erweitert wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Behälterträgers ergeben sich aus den vorgehend beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen der Behälterbehandlungsanlage mit Behälterträgern.
Ferner wird ein Verfahren zum Befüllen von Behältern, wie Flaschen, Dosen oder dergleichen, vorgeschlagen. Dabei werden die Behälter entlang einer Transporteinrichtung mit Behälterträgern transportiert und von Füllelementen einer Füllmaschine mit einem Füllgut befüllt. Das Befüllen der Behälter erfolgt dabei üblicherweise während des
Transports der Behälter. Während des Befüllens wird das Massengewicht des am
Behälterträger gehaltenen Behälters mittels einer Wägeeinheit erfasst und das Befüllen des Behälters gestoppt, wenn ein vorgegebenes Massengewicht erreicht ist. So erhält man Behälter, die mit einer vorgegebenen Füllmenge befüllt sind.
Bei dem Verfahren wird die Durchflussmenge und/oder -dauer des jeweiligen Füllelements vorteilhafterweise in Abhängigkeit von den Messdaten der Wägeeinheit gesteuert. So kann beispielsweise vor dem Stoppen des Befüllens eines Behälters die Durchflussmenge pro Zeiteinheit reduziert werden, so dass mit dem Stoppen des Befüllens eine noch genauere Füllmenge im Behälter erzielt wird. Das Reduzieren der Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters kann beispielsweise bei einer vorgegebenen Füllmenge und damit einem vorgegebenen Massengewicht des Behälters veranlasst werden, wobei das
Massengewicht des Behälters wiederum mittels der Wägeeinheit erfasst wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die kinetischen Einflüsse, wie Zentrifugalkräfte, Beschleunigung und Geschwindigkeit bei der Auswertung der
Messdaten aus den Verformungssensoren parallel ausgewertet werden und dieser Einfluss herausgerechnet wird. Ebenfalls sollte die Behältergeometrie und vorrangig die Schwerpunktlage und Schwerpunktveränderung beim Füllen eines Behälters beachtet werden.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren mittels einer Behälterbehandlungsanlage gemäß der vorangegangenen Beschreibung durchgeführt. Insbesondere weist also die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor auf, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt des Behälterträgers angeordnet ist. Der Verformungssensor erfasst dabei, insbesondere auch während des Befüllens des Behälters, die Verformung des Behälterträgers, die ein Maß für das Massengewicht des am Behälterträger gehaltenen Behälters ist.
Vorteilhafterweise wird aus den Messwerten der Wägeeinheit mittels einer Formel und/oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des Behälters bestimmt. Dies lässt sich mit aktuellen Prozessoren problemlos und in Echtzeit durchführen. Bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters wird sodann die Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters reduziert und/oder das Befüllen des Behälters gestoppt. Die verwendete Formel wird dabei vorzugsweise empirisch bestimmt, wobei die in der Formel verwendeten Parameter entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt werden. Ebenso werden die Werte in der Lookup-Tabelle entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode, bestimmt. Alternativ dazu kann das Befüllen des Behälters bei Erreichen eines vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit gestoppt werden. Dieser Messwert, der einem vorgegebenen Massengewicht des
Behälters bzw. einer vorgegebenen Füllmenge des Behälters entspricht, wird ebenfalls entweder durch Messungen oder durch Berechnungen, beispielsweise mit der Finite- Elemente-Methode, bestimmt. Des Weiteren kann auch bei Erreichen eines weiteren vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit die Füllgeschwindigkeit beim Befüllen des Behälters reduziert werden. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer
Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Behälterbehandlungsanlage,
Fig. 2a eine schematische Seitenansicht eines Behälterträgers mit unbefüllten Behälter,
Fig. 2b eine weitere schematische Seitenansicht des Behälterträgers gemäß der Fig. 2a mit zumindest teilweise befüllten Behälter,
Fig. 3 eine Brückenschaltung und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Behälterträgers.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
Figur 1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine als Füllmaschine ausgebildete
Behälterbehandlungsanlage 1 . Behälter 2, die Flaschen, Dosen oder dergleichen sein können, werden beispielsweise von einem Einlaufstern 3 an die
Behälterbehandlungsanlage 1 übergeben. In der Behälterbehandlungsanlage 1 werden die Behälter 2 von zumindest einen greiferartigen Behälterträger 4 gehalten. Diese
Behälterträger 4 sind an einem um eine vertikal Achse A umlaufenden Rotor 5 angeordnet und transportieren die Behälter 2 in einer Transportrichtung T, so dass der Transport der Behälter 2 im Bereich der Behälterbehandlungsanlage 1 zumindest abschnittsweise auf einer teilkreisförmigen Bahn erfolgt.
Des Weiteren weist die Behälterbehandlungsanlage 1 mehrere Füllelemente 6 auf, die jeweils über ein Füllventil 7 beispielsweise mit einem Kreiskanal 8 verbunden sind. Über den Kreiskanal 8 wird das Füllgut, mit dem die Behälter 2 befüllt werden, bereitgestellt, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein stark pulpehaltiges Getränk ist. Nach der Übernahme der Behälter 2 durch die Behälterbehandlungsanlage 1 vom Einlaufstern 3 wird das jeweilige Füllventil 7 geöffnet und damit das Befüllen der Behälter 2 gestartet. Füllelemente 6, die bei geöffnetem Füllventil 7 einen Behälter 2 befüllen, sind dabei in der Figur 1 beispielhaft„schwarz“ ausgefüllt dargestellt.
Am Behälterträger 4 angeordnete und/oder mit diesen verbundene Verformungssensoren 9 messen während des Befüllens des Behälters 2 die Verformung des Behälterträgers 4. Die Behälterträger 4 sind üblicherweise derart ausgebildet, dass sich diese entlang einer radial zur Drehachse A verlaufenden Längsachse erstrecken und zwei gegenüberliegende freie Endbereiche aufweisen, wobei ein dem von der Drehachse A nach außen weisenden freien Endbereich die Behälter 2 während des Füllvorganges gehalten werden und der Behälterträger 4 mit dem näher an der Drehachse A liegenden, dem Behälter
gegenüberliegenden freien Endbereich am Rotor 5 befestigt sind. Beim Befüllen der Behälter 4 und der dadurch bedingten Änderung des Massengewichts des Behälters 4 entsteht durch die hebelartige Halterung des Behälters mittels des Behälterträgers 4 am Rotor 5 eine zumindest messbare Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4, und zwar beispielsweise im einzelnen Oberflächenabschnitten.
Die Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4 in Abhängigkeit des vom
Behälterträger 4 gehaltenen Massengewichts des Behälters 2 ist ein Maß für das vom Behälterträger 4 gehaltene Massengewicht des Behälters 2. Über eine Messung der Verformung bzw. Dehnung des Behälterträgers 4 kann also auf das vom Behälterträger 4 gehaltene Massengewicht des Behälters 2 und damit auf die Füllmenge des Behälters 2 geschlossen werden.
Die Verformungssensoren 9 sind vorzugsweise jeweils symmetrisch an den
Behälterträgern 4 angeordnet. Durch eine Mittelung der Messergebnisse von beiden Seiten der Symmetrieebene lässt sich das Massengewicht des Behälters 2 auch dann genau bestimmen, wenn der Behälter beispielsweise leicht asymmetrisch oder schief vom Behälterträger 4 aufgenommen wurde.
Bei Erreichen eines vorgegebenen Massengewichts des Behälters 2 und damit einer bestimmten Füllmenge des Behälters 2 wird das Füllventil 7 geschlossen und damit das Befüllen des Behälters 2 gestoppt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der
Behälterbehandlungsanlage 1 kann bei Erreichen eines weiteren vorgegebenen
Massengewichts, das geringer ist als das vorgegebene Massengewicht, das zum Stoppen des Befüllens des Behälters 2 führt, die Füllgeschwindigkeit des Befüllens des Behälters 2 reduziert werden. So ist es möglich, die vorgegebene Füllmenge des Behälters 2 noch genauer einzuhalten.
Das Stoppen des Befüllens des Behälters 2 kann dabei bei vorbestimmten Messwerten der Verformungssensoren 9 erfolgen. Diese Messwerte werden dabei - entweder durch eine Messung oder durch eine Berechnung, beispielsweise mit der Finite-Elemente- Methode - so bestimmt, dass sie der vorgegebenen Füllmenge des Behälters 2
entsprechen. Alternativ dazu kann aus den Messwerten der Verformungssensoren 9 mittels einer Formel oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des vom
Behälterträger 4 gehaltenen Behälters 2 ermittelt werden. Die Parameter der
vorzugsweise empirischen Formel bzw. die Werte in der Lookup-Tabelle werden dabei entweder durch eine Messung oder durch eine Berechnung, beispielsweise mit der Finite- Elemente-Methode, bestimmt. Die Ermittlung des Massengewichts des Behälters 2 erfolgt dabei dank der hohen Rechengeschwindigkeit von aktuellen Prozessoren in Echtzeit.
Nachdem die gewünschte Füllmenge im Behälter 2 erreicht wurde und das Befüllen des Behälters 2 gestoppt wurde, wird der Behälter 2 noch kurz in Transportrichtung T an der Behälterbehandlungsanlage 1 transportiert und sodann an einen Auslaufstern 10 übergeben, der den Behälter 2 zur weiteren Behandlung weitertransportiert.
Figur 2a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Behälterträgers 4, der an einem Rotor 5 einer Behälterbehandlungsanlage 1 angeordnet ist. Der Behälterträger 4 hält einen als Flasche ausgebildeten Behälter 2, wobei sich die Erfindung auch auf andere Behälter 2, wie beispielsweise Dosen, bezieht. In Figur 2a ist dieser Behälter 2 noch leer. An Oberflächenabschnitten 11 des Behälterträgers 4 sind als Dehnungsmessstreifen ausgebildete Verformungssensoren 9 angeordnet, wobei einer an einer oberen Seite 12 und der andere an einer unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 angeordnet ist. Die Erfindung beschränkt sich allerdings nicht auf Dehnungsmessstreifen, sondern ist ebenso mit anderen Verformungssensoren 9 ausführbar.
An Kontaktstellen 14 der Verformungssensoren 9 sind Kabel 15 angelötet, so dass die Messung der Verformung des Behälterträgers 4 entfernt vom Behälterträger 4
durchgeführt werden kann.
Figur 2b zeigt den Behälterträger 4 mit Behälter 2 aus Figur 2a, wobei der Behälter 2 zu einem Großteil mit Füllgut 16 befüllt ist. Durch das erhöhte Massengewicht des befüllten Behälters 2 verformt sich der Behälterträger 4, wobei die Verformung in der Figur übertrieben dargestellt ist.
Der Verformungssensor 9 an der oberen Seite 12 des Behälterträgers 4 erfährt dabei eine Dehnung, der Verformungssensor 9 an der unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 eine Stauchung. Prinzipiell würde ein Verformungssensor 9 ausreichen, um die Verformung des Behälterträgers 4 zu bestimmen. Vorteilhafterweise wird aber der Unterschied der von den an der oberen Seite 12 und der unteren Seite 13 angeordneten Verformungssensoren 9 gemessenen Verformungen zur Bestimmung des Massengewichts des Behälters 2 herangezogen. Sollten nämlich beispielsweise temperaturbedingte Änderungen in den Verformungssensoren 9 auftreten, dann heben sich diese auf, wenn der Unterschied zwischen den einzelnen Verformungssensoren 9 betrachtet wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an jedem Behälterträger 4 vier Verformungssensoren 9 angeordnet sind, wobei zwei an der oberen Seite 12 und zwei an der unteren Seite 13 des Behälterträgers 4 angeordnet sind und diese Verformungssensoren 9 paarweise symmetrisch zu einer Symmetrieebene des Behälterträgers 4 angeordnet sind. Durch Mittelung über die jeweils symmetrisch angeordneten Verformungssensoren 9 und Bildung der Differenz der an der oberen Seite 12 und unteren Seite 13 angeordneten
Verformungssensoren 9 lässt sich dabei ein Ergebnis erzielen, das weitgehend
unabhängig von einer schiefen Lage des Behälters 2 am Behälterträger 4 und von temperaturbedingten Änderungen der Verformungssensoren 9 ist. Werden als Verformungssensoren 9 beispielsweise Dehnungsmessstreifen (DMS) verwendet, deren elektrischer Widerstand sich mit der Dehnung bzw. Stauchung ändert, dann lässt sich die Auswertung vorzugsweise über eine wie in Figur 3 dargestellte
Brückenschaltung 17 vornehmen. Dabei ist R1 der elektrische Widerstand des linken oberen DMS, R2 der elektrische Widerstand des linken unteren DMS, R3 der elektrische Widerstand des rechten unteren DMS und R4 der elektrische Widerstand des rechten oberen DMS. Eine Spannungsquelle U versorgt die Brückenschaltung 17 mit elektrischer Spannung und die über dem Messwiderstand Rm abfallende Spannung wird gemessen und liefert im Ergebnis die gewünschte Mittelung und Differenzbildung der einzelnen Widerstände.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Behälterträgers 4, der in der Bauart eines passiven Clips ausgebildet ist, der durch das Einleiten eines Behälters geöffnet wird und durch die elastische Materialverformung den Behälter in der Greiflage fixiert. Dieser Behälterträger 4 weist in dem bezeigten Beispiel vier Verformungssensoren 9 auf, die an Oberflächenabschnitten 11 von vorliegend zwei Flohlräumen 18, hier in Form eines Fensters oder einer Aussparung an einem greifarmartigen, seitlichen Element 4.1 , 4.2 des Behälterträgers 4 angeordnet sind.
In dem gezeigten Beispiel ist in jedem Flohlraum 18 an den im Einbauzustand horizontalen Oberflächenabschnitten 11 jeweils ein Verformungssensor 9 aufgebracht oder in eine dortige Vertiefung eingelassen.
Der Behälterträger 4 wird über die Öffnung 20 mittels geeigneter Mittel an einem
Trägerelement der Behälterbehandlungsanlage 1 (nicht gezeigt in Figur 4) angebracht, so dass am außenliegenden 21 Greif- und Flaltende eine Verpackung oder bspw. ein
Behälter 2 aufgenommen werden kann.
An der den Verformungssensoren 9 abgewandten Enden des Kabels 15, wobei vorliegend mittels eines Kabels 15 jeweils 2 Verformungssensoren 9 über die jeweiligen
Kontaktstellen 14 elektrisch leitend verbunden sind, ist ein Stecker 19 angeordnet. Dieser Stecker 19 ermöglicht es, die Verformungssensoren 9 schnell und leicht an
entsprechenden Buchsen der Behälterbehandlungsanlage 1 anzuschließen. Auch bei einem Austausch der Behälterträger 4, beispielsweise auf Grund von Verschleiß, lässt sich mit H ilfe des Steckers 19 die Verbindung der Verformungssensoren 9 zur
Behälterbehandlungsanlage 1 schnell lösen und wiederherstellen. Vorzugsweise ist dieser Stecker 19 als wasserdichter Stecker 19 ausgeführt, so dass Spritz- und/oder Kondenswasser keinen Einfluss auf die Messergebnisse nehmen können. Es ist naheliegend, dass alternativ oder zusätzlich Verformungssensoren 9 an dem oberen Element 4.1 des Behälterträgers vorgesehen werden können (nicht dargestellt).
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben, dabei sind in den Ausführungsbeispielen die Behälterträger nur sehr schematisch dargestellt und es versteht sich, dass auch komplexere, insb. auch aktiv steuerbare Greifer mit gelagerten und schwenkbaren Greifarmen in analoger Weise vorgesehen werden können.
Es versteht sich weiterhin, dass eine Vielzahl von Änderungen oder Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der durch die Patentansprüche definierte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Ganz allgemein wird ein Verformungssensor 9 mit einem Schutzcoating (nicht dargestellt) überdeckt oder die Aussparung, in der er eingebracht ist, entsprechend ausgegossen.
Bezugszeichenliste
1 Behälterbehandlungsanlage
2 Behälter
3 Einlaufstern
4 Behälterträger
4.1 Seitliches Element
4.2 Oberes Element
5 Rotor
6 Füllelement
7 Füllventil
8 Kreiskanal
9 Verformungssensor
10 Auslaufstern
1 1 Oberflächenabschnitt 12 obere Seite
13 untere Seite
14 Kontaktstellen
15 Kabel
16 Füllgut
17 Brückenschaltung
18 Flohlraum
19 Stecker
20 Öffnung
21 Greif- und Flaltende
25 Lager- und Fixierabschnitt
A Achse
R1 , ... , R4 Widerstände
Rm Messwiderstand
T Transportrichtung u Spannungsquelle

Claims

Patentansprüche
1. Behälterbehandlungsanlage, insbesondere Füllmaschine, in welcher Behälter (2) entlang einer Transportrichtung (T) hängend mit jeweils einem Behälterträgern (4) transportiert werden, wobei die Behälter (2) von Füllelementen (6) der
Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei die
Behälterbehandlungsanlage (1 ) eine Wägeeinheit zur Erfassung des
Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) aufweist, wobei der Behälterträger (4) mindestens einen Lager- und Fixierabschnitt (25) aufweist, der mit der Behälterbehandlungsanlage, insb. der Füllmaschine, verbunden ist und an welchem der Behälterträger (4) gehalten und/oder gelagert ist, und wobei der Behälterträger (4) einen Greifabschnitt (21 ) aufweist, an welchem die zu füllenden und/oder zu transportierenden Behälter (2) aufnehmbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Wägeeinheit zumindest einen
Verformungssensor (9) aufweist, der in oder an zumindest einem
Oberflächenabschnitt (11 ) des jeweils einen Behälterträgers (4) oder einem Bauteil davon zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist.
2. Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Verformungssensor (9) durch einen Dehnungsmessstreifen gebildet ist.
3. Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verformungssensoren (9) an einem Behälterträger (4) angeordnet sind.
4. Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Verformungssensor (9) an einer ersten Seite (12) und mindestens einer an der zur ersten Seite gegenüberliegenden Seite (13) des Behälterträgers (4) oder eines Abschnitts des Behälterträgers (4) angeordnet sind.
5. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wägeeinheit zumindest vier Verformungssensoren (9) aufweist.
6. Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungssensoren (9) in einer Brückenschaltung (17) verschaltet sind.
7. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kabel (15) an Kontaktstellen (14) der Verformungssensoren (9) angelötet sind.
8. Behälterbehandlungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem der Verformungssensoren (9) abgewandten Ende des Kabels (15) ein, insbesondere wasserdichter, Stecker (19) angeordnet ist.
9. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbringungsstellen der Verformungssensoren (9)
wasserdicht versiegelt sind.
10. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transport der Behälter (2) zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn verläuft und der Verformungssensor (9) radial mittig und/oder radial innen am Behälterträger (4) angeordnet ist.
11. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälterträger (4) ein oder mehrteilig ausgebildet ist sowie aus Edelstahl und/oder Kunststoff hergestellt ist.
12. Behälterbehandlungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verformungssensor (9) räumlich zwischen dem Lager- und Fixierabschnitt (25) und dem Greifabschnitt (21 ) des Behälterträger in oder an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11 ) des jeweils einen Behälterträgers (4) oder einem Bauteil davon angeordnet ist.
13. Behälterträger zum Transportieren von Behältern (2), wie Flaschen, Dosen oder
dergleichen, für eine Behälterbehandlungsanlage (1 ) gemäß einem der
vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der
Behälterträger (4) eine Wägeeinheit zur Erfassung des Massengewichts eines am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) umfasst, wobei die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der in oder an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11 ) des Behälterträgers (4) oder eines Bauteils hiervon zur Erfassung dessen Verformung angeordnet ist.
14. Verfahren zum Befüllen von Behältern (2), wobei die Behälter (2) entlang einer
Transporteinrichtung mit Behälterträgern (4) transportiert werden und von
Füllelementen einer Füllmaschine mit einem Füllgut (16) befüllt werden, wobei das Massengewicht des am Behälterträger (4) gehaltenen Behälters (2) mittels einer Wägeeinheit erfasst und/oder der Auswerte- und/oder Steuerelektronik ausgewertet wird und das Befüllen des Behälters (2) gestoppt wird, wenn ein vorgegebenes Massengewicht erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Behälterbehandlungsanlage (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird, wobei insbesondere die Wägeeinheit zumindest einen Verformungssensor (9) aufweist, der an zumindest einem Oberflächenabschnitt (11 ) des Behälterträgers (4) angeordnet ist und die Verformung des Behälterträgers (4) erfasst.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Messwerten der Wägeeinheit mittels einer Formel und/oder einer Lookup-Tabelle das Massengewicht des Behälters (2) bestimmt wird und/oder das Befüllen des Behälters (2) bei Erreichen eines vorgegebenen Messwerts der Wägeeinheit gestoppt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Verformungssensoren (9) an einem Behälterträger (4) vorgesehen sind, und wobei die unterschiedlichen Messdaten der Verformungssensoren (9) gemeinsam in der
Wägeeinheit und/oder der Auswerte- und/oder Steuerelektronik ausgewertet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungswerte der Behälterbehandlungsanlage (1 ) und/oder des jeweiligen Behälterträgers (4) bei der Messung ausgewertet und mit den Messdaten der Verformung des mindestens einen Verformungssensors (9) gemeinsam ausgewertet werden.
18. Verfahren nach Anspruch 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Durchflussmenge und/oder -dauer des jeweiligen Füllelements (6) in Abhängigkeit von den Messdaten der Wägeeinheit gesteuert wird.
EP20706187.0A 2019-03-04 2020-02-17 Behälterbehandlungsanlage, behälterträger und verfahren zum befüllen von behältern Withdrawn EP3935005A1 (de)

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EP3935005A1 true EP3935005A1 (de) 2022-01-12

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