Titel

Vorrichtung zum Abfüllen und Verdichten rieselfähiger Produkte

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Abfüllen und Verdichten rieselfähiger Produkte nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs. Aus der DE 10 2006 010 092 Al ist bereits eine Vorrichtung zum Abfüllen eines feinkörnigen Gutes bekannt. Hierbei sind eine Dosiereinrichtung, eine Führungseinrichtung zum Zuführen des Gutes von der Dosiereinrichtung in eine Verpackung, eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von aufgewirbeltem, feinkörnigem Gut mit einem Absauggehäuse vorgesehen, wobei die Führungseinrichtung durch das Absauggehäuse hindurchgeführt ist und die Führungseinrichtung sowie das Absaugge- häuse über der Verpackung angeordnet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Abfüllvorgang weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abfüllen und Verdichten rieselfähiger Produkte hat demgegenüber den Vorteil, dass der Abfüllvorgang weiter verbes- sert wird, indem ein kraftgeregeltes Füllen und Verpressen rieselfähiger Produkte vorgesehen ist. Insbesondere bei bestimmten Produkten, wie beispielsweise Kaffeepulver, ist eine kraftgesteuerte Verpressung besonders vorteilhaft, um eine bestimmte Geschmacksnote zu erhalten. Weiterhin zeichnet sich die Vorrichtung durch eine besonders platzsparende Anordnung aus, da Abfüllung und Verpres- sung in nur einer Arbeitsstation erfolgen können. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass als Mittel zum Aufbringen einer Kraft auf den Stempel ein Linearantrieb und/oder ein Pneumatikzylinder vorgesehen sind. Ersterer zeichnet sich durch einfache Regelbarkeit aus. Weiterhin kann zur Aufbringung einer Presskraft der Pneumatikzylinder einer

Kraftaufbringung durch den Linearantrieb überlagert sein. Dadurch können insbesondere kleine Linearantriebe verwendet werden, die dann die kraftgesteuerte bzw. kraftgeregelte Beaufschlagung der Stempel übernehmen. Über den Pneumatikzylinder wird vorzugsweise eine minimale Anpresskraft auf den Stempel aufgebracht.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Linearantrieb mit einem Hebelmechanismus auf den Stempel einwirkt. Diese Anordnung zeichnet sich zum einen durch einen besonders geringen Bauraumbedarf aus. Weiterhin erlaubt eine entsprechende Hebelübersetzung die Verwendung relativ kleiner Linearmotoren zur Kraftsteuerung bzw. Kraftregelung der Anpresskraft des Stempels.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind Erfassungsmittel zum Erfassen der auf den Stempel wirkenden Kraft vorgesehen. Hierzu eignen sich insbesondere

Kraftmessdosen aufgrund ihrer robusten Bauweise. Die Messdaten der Erfassungsmittel können zur Sollwertsteuerung des Linearmotors verwendet werden. Dadurch wird das Erreichen der vorgewählten Presskraft in besonders einfacher Art und Weise sichergestellt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist das Erfassungsmittel direkt über dem Stempel angeordnet. Dadurch spielen Verlustreibungen in den oberhalb der Erfassungsmittel angeordneten Führungen sowie Hebelmechanismen keine Rolle. Dadurch wird die Güte der Kraftsteuerung/Kraftregelung weiter verbessert.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass Abstreif mittel vorgesehen sind, die ein Anhaften des zu verdichtenden Produkts an der Unterseite des Stempels verhindern. Hierzu eignen sich insbesondere Mechanismen, die eine Drehbewegung des Stempels um die Längsachse erzwingen, oder auch UIt- raschalleinrichtungen, die den Stempel in Schwingungen versetzen können. Da- durch wird das Anhaften des abzufüllenden Produkts vermieden, wodurch sich eine gleichbleibend hohe Qualität der kraftgesteuerten Verpressung bzw. Verdichtung des Produkts einstellt.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest zwei

Stempel zusammen mit den Mitteln zur Aufbringung einer Kraft verschiebbar angeordnet sind, relativ zu einem Abfüllblock, über den dem abzufüllenden Behältnis das abzufüllende Produkt zugeführt wird. Dadurch kann besonders bevorzugt erreicht werden, dass auch mehrere Stempel mit nur einem Bewegungsmecha- nismus zum Verdichten des abgefüllten Produkts bewegt werden, während auf der anderen Seite sichergestellt werden kann, dass jeder Stempel einzeln kraftgeregelt bzw. kraftgesteuert verfahren werden kann. Dies trägt weiterhin zur Bau- raumminimierung der Gesamtanordnung bei bei gleichbleibend hoher Abfüllqualität aufgrund der separat kraftsteuerbaren bzw. kraftregelbaren Stempel.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abfüllen und Verdichten rieselfähiger Produkte ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigen: die Figur 1 eine teilweise längs geschnittene Ansicht der Vorrichtung sowie die Figur 2 eine schematische Ansicht einer verfahrbaren Stempeleinheit.

Über einen Abfüllblock 10 werden hier exemplarisch zwei Behältnisse 12 mit einem rieselfähigem Produkt befüllt. Das rieselfähige Produkt gelangt über eine Produktzuführung 16, die gegenüber einer Längsachse eines Stempels 14 geneigt angeordnet ist, in das Behältnis 12. Zwischen der Mündung der Produktzu- führung 16 und des Behältnisses 12 ist eine Öffnung eines Ejektors 44 angeord- - A -

net, welcher vorzugsweise als Ringabsaugung ausgebildet ist, um eventuelle Produktverluste zu minimieren. Eine Stempeleinheit 28 ist relativ zu dem Abfüllblock 10 beweglich angeordnet, was der seitliche Doppelpfeil symbolisieren soll. Hierzu weist die verfahrbare Stempeleinheit 28 mehrere Führungsbuchsen 52 auf, die eine Verschiebbarkeit der Stempeleinheit 28 gegenüber feststehenden

Führungsstangen 50 gewährleisten. Die Stempeleinheit 28 weist an ihrem unteren Ende exemplarisch dargestellt zwei Stempel 14 auf, welche über entsprechende Hülsen 43 mit jeweils einem Druckerfassungsmittel 42 verbunden sind. Stempel 14, Hülse 43 und Kraftmessdose 42 sind über eine Lagerung 41 drehbar gelagert und können durch eine im Lagerbereich angeordnete Dreheinrichtung

40 um die Stempelmittelachse gedreht werden. Ein Ausgangssignal der Druckerfassung 42 ist einer Ansteuereinrichtung 26 zugeführt, welche wiederum ein Ansteuersignal generiert für einen Linearmotor 30. Der Linearmotor 30 ist baueinheitlicher Bestandteil der Stempeleinheit 28 ist. Eine Bewegung des Linearmo- tors 30 wirkt auf einen Hebelarm 31, der über einen Lagerpunkt 34 eines Lagerblocks 33 drehbar gelagert ist. Eine entsprechende Bewegung des Linearantriebs 30, gegebenenfalls verstärkt durch einen ebenfalls auf den Hebelarm 31 einwirkenden Pneumatikzylinder 32, verschiebt eine Druckstange 36 ein, die koaxial zum Stempel 14 angeordnet ist. Die Bewegung der Druckstange 36 und damit des Stempels 14 wird durch einen Anschlag 35 begrenzt. Eine Führung 38 überträgt die Bewegung der Druckstange 36 auf den Stempel 14.

Die Verfahrbarkeit der Stempeleinheit 28 gegenüber dem Abfüllblock 10 wird erreicht, indem parallel zur Verfahrrichtung der Stempel 14 Führungsstangen 50 mit einem Maschinengestell 54 verbunden sind. Auf dem Maschinengestell 54 liegt auch der Abfüllblock 10 auf. Die Führungsstangen 50 können oben über ein Gestell miteinander verbunden sein, auf dem ein Motor 56 aufliegt. Dieser betätigt eine Spindel 58, über die die Stempeleinheit 28 mit zugehörigen Stempeln 14 entlang der Führungsstangen 50, gelagert in den Führungsbuchsen 52, verscho- ben werden kann.

Hochwertige Produkte verlangen eine kraftgesteuerte Verpressung, um beispielsweise bei Kaffeepulver eine bestimmte Geschmacksnote zu erhalten. Um bei entsprechenden Abfüllanlagen eine möglichst hohe Ausbringung zu errei- chen, ist es nötig, auf engem Raum zu bauen. Eine kostengünstige Art, Behält- nisse 12 herzustellen, ist das Thermoformen von Kunststofffolien. Auch um möglichst wenig Abfall zu erzeugen, versucht man auf diesen Anlagen, die Behältnisse 12 möglichst dicht nebeneinander anzuordnen. Die Vorrichtung zum Abfüllen und Verdichten rieselfähiger Produkte kann beispielsweise auf einer Thermo- formmaschine eingesetzt werden, um auf engstem Raum eine kraftgesteuerte bzw. kraftgeregelte Verpressung des Produkts nach dem Füllen des Behältnisses 12 in einer Station bzw. einem Arbeitsgang zu erreichen.

Hierzu wird das Behältnis 12 an die Mündung des Abfüllblockes 10 angehoben. Durch die Produktzuführung 16, die als Bohrung ausgeführt ist, wird das Produkt in das Behältnis 12 dosiert. Die Dosiermenge kann dabei das Behältervolumen übersteigen, da das Behältnis 12 dicht an der Mündung des Abfüllblockes 10 anliegt. Nach erfolgter Dosierung wird der Stempel 14 nach unten bewegt, um das im Behältnis 12 befindliche Produkt zu komprimieren.

Während oder nach dem Pressvorgang wird der Stempel 14 mittels der Dreheinrichtung 40 gedreht, um ein Anhaften des Produkts am Stempel 14 zu vermeiden. Vorzugsweise ist die Dreheinrichtung 40 als Zahnstange- Ritzelantrieb ausgeführt. Es könnten hiefür auch andere Techniken verwendet werden, beispiels- weise das Versetzen des Stempels 14 in Schwingungen. Dies könnte mittels Ultraschall erfolgen.

Um den Stempel 14 relativ zu dem Behältnis 12 zur Verpressung zu bewegen, wird die ganze Stempeleinheit 28 gegenüber dem feststehenden Abfüllblock 10 verfahren. Hierzu wird die Stempeleinheit 28 durch den Motor 56 über die Spindel 58 entlang der Führungsstangen 50 nach unten bzw. oben verfahren. Die Stempeleinheit 28 ist durch Führungsbuchsen 52 gegenüber den Führungsstangen 50 gelagert. Die Führungsstangen 52 können Bestandteil des Maschinengestells 54 sein.

In der Stempeleinheit 28 selbst ist der Stempel 14 axial drehmomentgesichert geführt. Diese Aufgabe übernimmt die Führung 38, welche vorzugsweise als Drehmomentbüchse ausgeführt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Drehung des Stempels 14 nicht weiter über die Führung 38 hinaus nach oben wei- tergeführt wird. Die eigentliche Presskraft wird über den Hebel 31 eingeleitet, der im Lagerblock 33 seinen Drehpunkt 34 besitzt. Hierzu drücken ein Linearmotor 30 und ein Pneumatikzylinder 32 auf den Hebel 31, der über eine Rolle auf eine Druckstan- ge 36 und die Führung 38 eine Kraft ausübt. Der Anschlag 35 verhindert eine weitergehende Bewegung. Wenn nun der Stempel 14 auf das Produkt trifft, dies verpresst und die im Linearmotor 30 vorgewählte Kraft übersteigt, federt quasi der Stempel 14 in seiner Führung ein. Dabei regelt der Linearmotor 30 auf die eingestellte Kraft und stellt somit die gewählte Presskraft sicher. Um eine ver- hältnismäßig hohe Presskraft zu erzeugen, wird zum einen der Hebelarm 31 verwendet. Weiterhin unterstützt auch der Pneumatikzylinder 32 die Aufbringung einer Kraft. Durch eine entsprechende Druckvorwahl und entsprechende Hebelübersetzung können auch relativ kleine Linearmotoren 30 zur Verwendung kommen. Auch andere Antriebsarten als Linearmotoren 30 eignen sich hierfür. Sie müssen lediglich den Hebelarm 31 so verschieben, dass sich die gewünschte

Presskraft auf den Stempel 14 einstellt.

Zur Überwachung der Presskraft dient die Druckerfassung 42. Diese erfasst die auf den Stempel 14 aufgebrachte Presskraft und gibt ein entsprechendes Aus- gangssignal an die Ansteuereinrichtung 26. Messdaten der Druckerfassung 42 können zur Sollwertsteuerung des Linearmotors 30 dienen. Dadurch wird das Erreichen der vorgewählten Presskraft sichergestellt. Als Druckerfassung dient vorzugsweise ein Druckkraftsensor 42, der beispielsweise als Druckmessdose ausgeführt ist. Durch die direkte Anordnung über dem Stempel 14 spielen Verlustrei- bungen in den Führungen 38 und in entsprechenden Kraftübertragungsmechanismen 31, 33, 34, 36 keine Rolle. Die Messergebnisse werden somit nicht verfälscht.

Eventuelle Produktverluste durch Spalten zwischen Behältnis 12 und Mündung der Produktzuführung 16 werden durch eine Ringabsaugung des Ejektors 44 abgesaugt.

Besonders bevorzugt umfasst die Stempeleinheit 28 zumindest zwei Stempel 14. Zum Verpressen können die zumindest zwei Stempel 14 durch lediglich eine Bewegungseinrichtung 56, 58 verfahren werden. Auf der anderen Seite ist si- chergestellt, dass jedem der Stempel 14 eine separate Antriebseinrichtung 30 zur Presskraftsteuerung bzw. Presskraftregelung zugeordnet ist. Damit ist eine individuelle Presskraftanpassung für jeden Stempel 14 möglich. Um darüber hinaus eine besonders platzsparende Ausführung der Stempeleinheit 28 zu erhalten, sind die jeweiligen Hebelarme 31 für die jeweiligen Stempel 14 hintereinander und ineinander greifend angeordnet.