Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gewichtsabhängigen Befüllung von Behältern, insbesondere Flaschen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In der Getränkeindustrie werden in sehr kurzen Zeitabschnitten große Mengen von Behaltern, insbesondere Flaschen aus Glas oder Kunststoff mit Getränken oder anderen flüssigen

Lebensmitteln befüllt. Auch in anderen Industriezweigen ist es häufig erforderlich, in Behältern mit verschraubbaren Einfüllöffnungen bestimmte Mengen von Flüssigkeiten abzufüllen. Dazu werden meist automatische Abfüllanlagen eingesetzt, die insbesondere in der Getränkeindustrie als

Karussell- oder Rotationsfüllmaschinen ausgebildet sind. Dabei werden dxe Behälter oder Flaschen von einem Zuföderband auf eine Umlaufbahn am Umfang der Rotationsfüllmaschine geleitet, an der gleichmässig verteilt eine Vielzahl von Füllstutzen oberhalb der umlaufenden Behälter angeordnet sind. Während des Umlaufs auf diesem Rotationsfüller werden dann in den Füllstutzen befindliche Ventile geöffnet und bei Erreichen eines vorgegeben Füllstandes wieder geschlossen. Danach verlassen die befüllten und verschlossenen Behalter den Umfangsbereich des Rotationsfüllers und werden mit relativ hoher gleichmäßiger Geschwindigkeit über ein Abförderband weitergeleitet .

Eine derartige Rotations-Abfüllanlage ist aus der EP 0 893 396 Bl bekannt, die zum automatischen Befüllen von

Kunststoffflaschen mit einer Flüssigkeit vorgesehen ist. Dabei werden die Flaschen auf die Umlaufbahn am Umfang der Abfüllanlage unter jeweils einen Einfüllstutzen mit einem Füllventil geleitet, wobei der Flaschenhals von einem Halteelement unter dem Einfüllstutzen fixiert wird. Während des rotatorischen Umlaufs wird nun das Füllventil geöffnet und die Flüssigkeit wird in die Falsche eingelassen bis offensichtlich eine vorgegeben Menge eingefüllt ist. Hierbei handelt es sich offenbar um eine volumetrische Befüllung, die nicht für alle Flüssigkeiten oder Flaschen geeignet ist.

Eine gewichtsabhängige Befüllung ist aus der DE 698 08 118 T3 bekannt, die eine auskragende Gewichtsermittlung und Halterung einer Flasche unter einem Einfüllstutzen vorsieht. Dabei ist ebenfalls eine Abfüllanlage von einem Karusselltyp vorgesehen, die eine drehbare Plattform zum Befüllen der Flaschen offenbart. Diese Befüllvorrichtung ist ausschließlich für Kunststoffflaschen vorgesehen, die unterhalb ihrer rohrförmigen Einfüllöffnung um den zylindrischen Hals einen seitlich abstehenden umlaufenden Kragen aufweisen. Dazu ist eine Wägevorrichtung vorgesehen, die eine Biegebalkenwägezelle enthält. Diese ist als Doppelbiegebalken ausgebildet, der aus einem langgestreckten Vierkantstab besteht, in den seitlich zwei durchgehende horizontale Bohrungen eingelassen und durch eine dazwischen liegende Aussparung miteinander verbunden sind. Durch die seitlichen horizontalen Bohrungen entstehen zur Balkenober- und -Unterseite zwei Dünnstellen, die einen Verformungskörper darstellen, an dem Dehnungsmessstreifen zur Ermittlung der Gewichtskraft appliziert sind. Dabei stellt das eine horizontale Ende des eingespannten Biegebalkens ein Kraftausleitungselement dar, das mit dem Gestell der rotierenden Abfüllanlage verbunden ist. Das gegenüber liegende Ende des Biegebalkens stellt dabei das Krafteinleitungselement dar, an das ein Haltelement befestigt ist. Das Halteelement erstreckt sich dabei seitlich auskragend vom Biegebalken und dem Gestell der Abfüllanlage weg. Dabei besteht das Haltelement aus zwei horizontalen seitlich drehbar gelagerten flachen Backen, die mittels einer Feder zusammengehalten werden und an seinem auskragenden Ende eine runde Öffnung aufweisen. Bei den zugeführten Flaschen werden diese mit ihrem Hals so in die Öffnung geleitet, dass der Kragen auf der oberen Backenfläche aufliegt, so dass die Flaschen im Haltelement freihängend befüllbar sind. Zum Befüllen der Flaschen ist oberhalb der Öffnung ein Füllstutzen angebracht, durch den nach Öffnung eines Ventils die Flüssigkeit in die Flasche eingefüllt wird. Durch die Lagerung des Kragens auf den Backen des Haltelements wird während des rotierenden Befüllvorganges die Gewichtskraft in das Krafteinleitungselement der Wägevorrichtung eingeleitet, die starr gegenüber dem Gestell der Abfüllanlage eingespannt ist. Dadurch wird in dem Verformungskörper eine Dehnung erzeugt, die dem Gewicht der Flaschen proportional ist und die von den Dehnungsmessstreifen erfasst wird. Bei Erreichen eines vorgegeben Füllgewichts wird dann der Zufluss durch den Füllstutzen gestoppt und der Füllvorgang ist beendet. Eine derartige Befüllvorrichtung hat den Nachteil, dass sie nur zur Befüllung von Kunststoffflaschen mit einem sich um den Hals erstreckenden Kragen geeignet ist und einen seitlich grossen Bauraum für die Anordnung der stabförmigen Wägezelle benötigt.

Aus der DE 39 04 714 Al ist zwar auch ein Kraftmessring bekannt, der nur einen geringen auskragenden Bauraum benötigt. Dieser Kraftmessring besteht aus zwei koaxial ineinander angeordneten Ringelementen, wobei das obere innenliegende Ringelement mit dem äußeren unteren Ringelement durch zwei bewegliche Biegefedern als Verformungskörper radial miteinander verbunden sind. Zur Erfassung der in den oberen Ring eingeleiteten Kraft sind die Biegefedern mit Dehnungsmessstreifen bestückt. Auch wenn dieser Kraftmessring eine durchgehende zentrale hohle Öffnung aufweist, ist nicht ersichtlich, wie dieser zur gewichtsmäßigen Befüllung von Behältern einsetzbar wäre.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur gewichtsabhängigen Befüllung von Behältern zu schaffen, die nur einen geringen auskragenden Bauraum benötigt und auch für Behälter oder Flaschen ohne Kragen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die ringförmige Ausbildung der Wägevorrichtung der zentrale innere Ringhohlraum zur Durchleitung der Einfüllflüssigkeit genutzt werden kann. Dadurch ist eine sehr kompakte Einfüllvorrichtung ausführbar, die sowohl in ihrer axialen Länge als auch in den auskragenden Bereich kurzbauend ist und vorteilhafterweise nur einen geringen Bauraum erfordert, der kaum über den Durchmesser der zu befüllenden Behälter hinausgeht.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, dass durch die symmetrische Anordnung des Halteelements am Innenring der Wägevorrichtung kein Hebelarm auf das Messelement wirkt, so dass die Wägevorrichtung auch bei größeren Einfülldruckstössen nicht zugleich überlastbar ist. Die weitgehend rotationssymmetrische Ausführung der Wägevorrichtung hat zusätzlich den Vorteil, dass damit eine hohe Wägegenauigkeit erzielbar ist, da durch die zentrale Halterung und Einfüllung der Flüssigkeit in den Behälter nur geringe störende Biegemomente auf die Messeinrichtung einwirken können oder sich durch die symmetrische Anordnung kompensieren.

Die Erfindung hat zusätzlich den Vorteil, dass durch die zentrale und axiale Anordnung des Halteelements unterhalb der Wägevorrichtung damit alle Behälter mit zentralen Einfüllöffnungen gewichtsabhängig befüllbar sind, wobei es auf ein Vorhandensein eines Kragens am Behälter nicht ankommt. Gleichzeitig hat eine derartige Halterung zentral unterhalb der Wägevorrichtung den Vorteil, dass damit auch Behälter unterschiedlicher Länge abfüllbar sind, ohne dass dafür Einstellungen an der Abfüllanlage notwendig wären. Bei entsprechend angepasstem Haltelement sind deshalb auch gewichtsabhängige Abfüllungen von Glasflaschen mit Kronkorkenoder Gewindehals als auch von Kunststoffflaschen nur mit Gewindehals möglich und dies bei hoher Einfüllgenauigkeit.

Bei einer besonderen Ausführung der Wägevorrichtung ist vorgesehen, den radialen Innenbereich zwischen den beiden Ringelementen oben und unten durch eine einfache biegeweiche Abdeckung zu verschliessen. Dies hat den Vorteil, dass dadurch eine hermetische Abdichtung der innenliegenden empfindlichen Messelemente möglich ist, ohne dass dafür ein separates

Gehäuse erforderlich wäre. Bei einer besonderen Ausführung der biegeweichen Abdeckung ist zusätzlich noch eine koaxial umlaufende Entlastungsnut vorgesehen, wodurch auch noch geringfügige störende Kraftnebenschlusseffekte verringerbar sind.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Abfüllanlage mit einer daran montierten Befüllvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht auf eine nach oben offene Wägevorrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Draufsicht auf eine nach unten offene Wägevorrichtung, und

Fig. 4 eine perspektivische Schnittdarstellung durch eine hermetisch abgedichtete Wägevorrichtung. In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausschnitt einer Karussell- Abfüllanlage 1 mit einer daran montierten Vorrichtung zur gewichtsabhängigen Befüllung von Flaschen 3 als Behälter dargestellt, die eine an eine Rotorplatte 4 geschraubte

Wägevorrichtung 5 enthält, an der darunter ein Halteelement 6 angeordnet und von oben axial durchgehend bis zum Flaschenhals 7 ein Füllstutzen 8 zentral durch die Wägevorrichtung 5 geführt ist.

Die Karussell-Abfüllanlage 1 enthält ein im Befüllbetrieb rotierendes Maschinengestell 2 an das als Teil oben eine Rotorplatte 4 überkragend angeordnet ist. Von einem nicht dargestellten Flüssigkeitsbehälter am Maschinengestell 2 ist zu jeder am Umfang der Rotorplatte 4 beabstandeten

Befüllvorrichtung ein Füllrohr 9 angeordnet, das durch die Rotorplatte 4 und zentral durch die Wägevorrichtung 5 geführt ist und dessen Einfüllstutzen 8 oberhalb der Einfüllöffnung am Flaschenhals 7 endet. Die Befüllvorrichtung kann aber auch an einer Linear-Abfüllanlage vorgesehen sein.

Als Halteelement 6 ist ein u-förmiger Haltebügel 10 vorgesehen, der radial zur Zuführrichtung der Flaschen 3 offen ist und zwei horizontal ausgerichtete parallele Schenkel 11 aufweist. Dabei ist der obere Schenkel 11 an der Unterseite der Wägevorrichtung 5 festgeschraubt und besitzt zur Durchführung des Einfüllstutzens 8 eine Durchführungsöffnung. Der untere Schenkel 11 des Halteelements 6 weist vorzugsweise eine nach vorne offene Aussparung auf, die mindestens dem Durchmesser des Flaschenhalses 7 entspricht. Es sind aber auch Ausführungen mit Klemmbacken und Anpassungen zur Fixierung an einem Gewinde- oder einem Kronkorkenrand als Haltelement 6 einsetzbar. Die dargestellte Ausführung mit nach vorne offener Aussparung ist zur Auflage des am Flaschenhals 7 befindlichen Kragens 12 vorgesehen, wie er bei den derzeit gebräuchlichen Kunststoffflaschen üblich ist. Beim Befüllen der Flaschen 3 oder anderer Behälter mit einer zentralen oberen zylinderförmigen Einfüllöffnung wird durch das Gewicht der Flasche 3 und dessen jeweiligen Inhalts über das Halteelement 6 die gravimetrisch nach unten wirkende Gewichtskraft F _G in die Wägevorrichtung 5 eingeleitet. Bei Erreichen einer vorgegeben Gewichtskraft F _G als Füllgewicht wird dann ein im Füllrohr 9 befindliches nicht dargestelltes Ventil geschlossen, so dass der Füllvorgang beendet ist und zum Beispiel eine mit einem Getränk gefüllte Flasche 3 zum Verschließen weiter befördert werden kann.

Die von unten an die Rotorplatte 4 des Maschinengestells 2 geschraubte Wägevorrichtung ist in Fig. 2 und Fig. 3 der Zeichnung im einzelnen dargestellt. Dabei zeigt die Fig. 2 der Zeichnung eine nach oben offene Wägevorrichtung 5, mit den zur Verschraubung vorgesehenen vier symmetrisch angeordneten

Durchgangsbohrungen 13. Die Wägevorrichtung 5 ist dabei als im wesentlichen rotationssymmetrische Wägezelle ausgebildet, die als Kraftaufnahmeelement 14 ein radial äußeres Ringelement als schmalen Außenring aufweist. Die Wägezelle 5 ist dabei einstückig aus einem kurzen massiven Rundstab durch eine spanabhebende Bearbeitung herausgearbeitet und verfügt deshalb nur über eine geringe Hysterese. Der dadurch hergestellte Grundkörper 38 besteht dabei vorzugsweise aus einer federelastischen Edelstahllegierung, Aluminium oder Titan. Der Grundkörper könnte aber auch aus Keramik in PIM-Technologie (Powder Injection Molding) oder in MIM-Technologie (Metal Injection Molding) hergestellt werden, der nach dem Pulverspritzgiessverfahren auf Maßhaltigkeit geschliffen werden müsste. Koaxial innen liegend zum Außenring 14 ist als Krafteinleitungselement 15 ein radial innen liegendes Ringelement als Innenring angeordnet, der einen zylinderförmigen zentralen Hohlraum 16 umschließt, durch den der Einfύllstutzen 8 berührungslos hindurchgeführt ist.

Zwischen dem Außenring 14 und dem Innenring 15 sind in einer horizontalen Mittenebene 31 vorzugsweise zwei radiale Verbindungsstege 17, 18 aus einem vorher belassenen Zwischenring 19 herausgearbeitet, die die zwei 180° radial gegenüber liegenden Verformungskörper darstellen, durch die das Kraftaufnahmeelement 14 mit dem Krafteinleitungselement 15 der Wägezelle 5 federelastisch verbunden ist.

Dazu sind in den vorherigen vollen Zwischenring 19 im Bereich des Außenrings 14 ein axial durchgehender

Außenringnutabschnitt 20 auf einen Umfangsbereich von ca. 235° und 180° radial gegenüber liegend im Bereich des Innenrings 15 ein weiterer axial durchgehender Innenringnutabschnitt 21 von ebenfalls ca. 235° eingefräst. Zwischen den überschneidenden Ringnutabschnitten 20, 21 sind dadurch ein erster

Verbindungssteg 17 und radial 180° gegenüberliegend ein zweiter Verbindungssteg 18 entstanden, die den Außenring 14 und den Innenring 15 radial miteinander verbinden und auf einem jeweils tangentialen Ringstegabschnitt 34 von ca. 60° konzentrisch zum Innenring 15 verlaufen. In diese beiden gegenüberliegenden konzentrischen Ringstegabschnitte 34 der Verbindungsstege 17, 18 sind von der Oberseite der Wägezelle 5 zwei parallele Quernuten 22 mit halbrundem Querschnitt eingefräst. Diese bilden jeweils zwei Dünnstellen 23 in den Verbindungsstegen 17, 18, auf dessen gegenüberliegender ebener Stegfläche jeweils zwei Dehnungsmessstreifen 24 als Schubspannungsaufnehmer appliziert sind, wie dies aus Fig. 3 der Zeichnung näher ersichtlich ist. Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt dabei eine nach unten offene Seite der Wägezelle 5. Die Wägezelle 5 ist dabei auf ihrer Unterseite etwa symmetrisch zur Oberseite ausgebildet, wobei allerdings auf den Stegunterseiten 25 keine Quernuten 22 eingefräst sind. Dadurch können die Dehnungsmessstreifen 24 sehr genau auf den ebenen Flächen der Dünnstellen 23 appliziert werden.

Zur Montage des Haltebügels 10 ist der Innenring 15 zur Unterseite mit einer verbreiterten Wandstärke und mit vier symmetrisch verteilten Gewindebohrungen als Befestigungsbohrungen 26 versehen. Desweiteren ist der Außenring 14 in einem schmalen Bereich seiner äußeren Mantelfläche abgeflacht, wo zum Anschluss der Wägeelektronik und der Dehnungsmessstreifen eine abgedichtete Kabeleinführung 27 angeordnet ist.

Der Anschluss zur Wägeelektronik über die Kabeleinführung 27 ist im einzelnen aus Fig. 4 der Zeichnung ersichtlich, die die Wägezelle 5 als Seitenansicht im Schnitt darstellt. Diese Fig. 4 zeigt gleichzeitig eine besondere Ausführung der Erfindung in der die Wägeelektronik 33 in der Wägezelle 5 integriert und der Innenraum durch zwei membranartige Abdeckungen 28, 29 hermetisch verschlossen ist. Dabei ist in Fig. 4 der Zeichnung die Wägezelle 5 umgekehrt zur Einbaulage dargestellt, wobei die Unterseite der Wägezelle 5 durch eine biegeelastische untere membranartige Abdeckung 28 abgedichtet ist, die zwischen dem Außenumfang des Innenrings 15 und dem Innenumfang des Außenrings 14 angebracht und mit diesem hermetisch dicht verschweißt ist. In gleicher Ausführung und Anordnung ist auch die obere Abdeckung 29 an der gegenüberliegenden Wägezellenseite angebracht. Die Abdeckungen 28, 29 bestehen dabei vorzugsweise aus einem membranartigen dünnen Edelstahlblech von ca. 0,1 mm Dicke, das mit den Rändern der Ringelemente 14, 15 gut verschweißbar ist. Zur Verbesserung der Wägegenauigkeit insbesondere zur Verringerung eines möglichen Kraftnebenschlußeffektes ist in jeder Abdeckung 28, 29 eine konzentrische Entlastungsnut 30 mit einem dreieckförmigen oder halbrunden Querschnitt eingeprägt, die eine radial biegeweiche Struktur aufweist.

Desweiteren ist oberhalb der horizontalen Mittenebene 31 noch ein radial umlaufender Haltering 32 einseitig an der Innenwand des Außenrings 14 angebracht, auf den eine elektronische Schaltungsplatine 33 mit der Wägeelektronik befestigt ist. Hierdurch werden die Dehnungsmessstreifen 24 zu einer vorzugsweise Waethstonschen Messbrücke verschaltet, mit einer Speisespannung versorgt, die Wägesignale verstärkt, digitalisiert und zur Übertragung moduliert. Die Übertragung kann auch mit einem Bus-System erfolgen. Bei einer anderen Ausführung der Befüllvorrichtung ist die Wägeelektronik im Anschlusskabel integriert.

Der Füllvorgang in der Abfüllanlage 1 läuft wie folgt da:

Von einem Zuführband werden die Flaschen 3 in schneller Reihenfolge der Karussell-Abfüllanlage 1 zugeführt und mit ihren Kragen 12 in den Haltebügel 10 des Halteelements 6 unter dem Einfüllstutzen 8 frei schwebend eingehängt. Dann wird während der rotatorischen Drehung der Rotorplatte 4 durch Öffnung eines Einlassventils die Flasche 3 kontinuierlich befüllt. Dabei wir das Gewicht über den Haltebügel 10 in den Innenring 15 als Krafteinleitungselement eingeleitet, dessen Kraftwirkung eine maximale Dehnung in den Dünnstellen 23 der Verbindungsstege 17, 18 bewirkt. Diese ist der Gewichtskraft F _G proportional und wird von den Dehnungsmessstreifen 24 in ein elektrisches Gewichtssignal umgewandelt und einer Auswerteschaltung übermittelt. Dort wird während des Füllvorgangs dieses Gewichtssignal mit einem vorgegebenen Füllgewicht verglichen und bei dessen Erreichen der Fullvorgang beendet. Bei der vorbeschriebenen Wagezelle 5 handelt es sich um eine hochgenaue eichfahige Ausführung vorzugsweise mit einem Nenngewichtsbereich von 10 kg und einer Genauigkeit von +/- 0,5 g bis +/- 1,0 g.

Mit einer derartigen Befullvorrichtung werden vorzugsweise Getränke in Kunststoffflaschen von 1,0 bis 1,5 1 Inhalts gefüllt, wobei damit auch Flaschen 3 und Behalter von 0,33 bis 5,0 1 Inhalt mit eichfahiger Genauigkeit befullbar sind. Die dargestellte Ausfuhrung der Wagezelle 5 mit einer Nennlast von 10 kg besitzt dabei vorzugsweise einen Außendurchmesser von ca. 90 mm und eine Hohe von ca. 40 mm. Dadurch können die Wagezellen 5 etwa mit dem Falschendurchmesser von 1,5 1- Flaschen 3 nebeneinander um die Rotorplatte 4 angeordnet werden, um gleichzeitig eine größtmögliche Anzahl von Flaschen 3 oder Behaltern befullen zu können.

Der zentrale Hohlraum 16 des Innenrings 15 besitzt vorzugsweise einen Durchmesser von 27 mm, so dass dadurch übliche Fullstutzen 8 für herkömmliche Flaschenoffnungen so durchfuhrbar sind, dass eine schnelle Befüllung gewahrleistet ist, ohne dass die Gefahr einer Berührung des Krafteinleitungselements 15 besteht. Mit einer derartigen Wagezelle 5 sind bei entsprechender Dimensionierung der Verformungskorper 17, 18 aber auch Ausfuhrungen mit kleineren Nennlasten von zum Beispiel 2 kg und größeren Nennlasten von zum Beispiel 50 kg herstellbar. Dabei ist die gewichtsabhangige Befullvorrichtung nicht nur für Flüssigkeiten, sondern auch für rieselfahige oder staubformige Fullmaterialien einsetzbar.

Bei der Ausfuhrung des Haltelements 6 sind nicht nur mechanische Haltebugel 10 zur Auflage eines Flaschenkragens 12 einsetzbar, sondern samtliche Ausfuhrungen, bei denen der Behalter symmetrisch zur Einfulloffnung 8 fixierbar ist. So sind auch elektrische, hydraulische, pneumatische oder magnetische Klemmsysteme denkbar, durch die die Flaschenhälse, Behältergewinde oder Dosen zentral unter dem Einfüllstutzen 8 gehalten werden können.