Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts.

Vertikale Schlauchbeutelmaschinen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Hierbei werden Produktelemente eines abzufüllenden Produkts mittels einer Sensoreinrichtung erfasst, um die in den Schlauchbeutel abgefüllte Produktmenge zu ermitteln. Eine derartige Schlauchbeutelmaschine ist z. B. aus der DE 10 2006 013 663 A1 bekannt. Der Sensor detektiert nur Objekte außerhalb des Füllrohrs. Der Abstand zwischen Sender und Empfänger des Mengenmesssystems ist zwar konstant, jedoch kann das Schlauchende, in dem sich die zu detektierende Menge befindet, in der Positionierung um einige Millimeter oder Zentimeter schwanken. Aufgrund dieser Schwankungen kann es zu erheblichen Fehldetektionen kommen. Zudem werden Produktabgabeeinrichtungen gesteuert. Ergibt sich eine Abweichung zwischen der Sollmenge und der aktuell gemessenen Menge, dann wird die Produktabgabeeinrichtung nachgesteuert und damit die abzugebende Menge verändert.

Die EP 2791010 B1 betrifft eine Schlauchbeutelmaschine zur Abfüllung eines Produkts, umfassend ein vertikales Füllrohr, eine Quersiegeleinheit, eine Steuereinheit zur Steuerung der Schlauchbeutelmaschine, und eine

Sensoreinrichtung zur Erfassung des Produkts im Füllrohr, welche ausgelegt ist, das durch das Füllrohr fallende Produkt zu erfassen, wobei die Sensoreinrichtung einen Sensor zum Emittieren von elektromagnetischen Wellen umfasst, der mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die vom Sensor emittierten

elektromagnetischen Wellen in einem Erfassungsraum verbleiben, welcher auf einen Bereich am Füllrohr begrenzt ist. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass in der Dosiereinrichtung selbst die Dichte und/oder die Masse und/oder das Volumen und damit die Menge des

abzufüllenden Produkts bestimmt werden können. Mit dieser Information kann die Dosiereinrichtung online, also während des Dosierprozesses, geregelt bzw. gesteuert werden. Dies erhöht die Dosiergenauigkeit. Damit wird ein Ausschuss von nicht korrekt gefüllten Beuteln bzw. Verpackungen, bei denen die abgefüllte Menge signifikant von der Sollmenge abweicht, vermieden. Dies wird

erfindungsgemäß durch eine bestimmte Anordnung und Einrichtung der

Sensoreinrichtung erreicht, so dass die Sensoreinrichtung über eine

Vibrationsanalyse die charakteristischen Eigenschaften des in der

Dosiereinrichtung befindlichen Produkts ermittelt. Anhand der Vibrationsanalyse lassen sich unterschiedliche Füllgrade und Verdichtungen der Dosiereinrichtung, insbesondere Dosierschnecke, unterscheiden. Über eine Kalibrierung oder Kalibrierungskurve kann auf die Dichte und damit das abgefüllte Volumen geschlossen werden. Sensoreinheiten zur Aufzeichnung von Vibrationen sind in der Regel recht robust ausgeführt und eignen sich somit besonders für die genannten Anwendungen. Mit der Vibrationsanalyse ist es überraschender Weise möglich, den Füllungsgrad der Dosiereinrichtung, insbesondere

Dosierschnecke, bestimmen zu können. Wird eine Dosierung ohne Produkt durchgeführt, schlägt nämlich beispielsweise die Dosierschnecke an den Seiten des Dosierrohrs an und verursacht Vibrationen. Wird Produkt hinzugefügt, stabilisiert sich die Dosiereinrichtung und verursacht weniger Vibrationen. Die Vibrationen scheinen von der Menge des Produkts in der Dosiereinrichtung abhängig zu sein Je mehr Produkt sich in der Dosiereinrichtung befindet, desto weniger Vibrationen werden bei einer Dosierung verursacht. Wird also bei einer Dosierung die Vibration gemessen, kann mit Hilfe eines Kennfelds die Menge bzw. die Masse an abgegebenem Produkt bestimmt werden. Selbst bei einer recht zeitaufwendigen Auswertung kann bei einer geringen Totzeit von einem Beutel eine höhere Regelgüte erreicht werden, was den Ausschuss vermindert. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Sensoreinrichtung als

Beschleunigungssensor und/oder Mikrofon und/oder Piezokeramik ausgebildet. Diese Sensoren werden bereits erfolgreich für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt und eignen sich auch für die Vibrationsanalyse zur Erkennung der Produktbefüllung.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung wird die Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung angesteuert. Besonders zweckmäßig wird die Dosiereinrichtung während des laufenden Dosiervorgangs im Sinne einer Veränderung der Sollmenge angesteuert. Durch die

Nachjustierung im laufenden Dosierbetrieb wird eine fehlerhafte Befüllung minimiert. Beispielsweise wird das Signal der Sensoreinheit aufgezeichnet, analysiert und ggf. im nächsten Schritt der Dosiervorgang beeinflusst.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Sensoreinrichtung an einem

Dosierrohr der Dosiereinrichtung, insbesondere an der Außenseite, angeordnet. Damit kommt die Sensoreinheit nicht mit dem abzufüllenden Produkt mechanisch in Berührung, was die Störanfälligkeit reduziert. Vibrationen werden sicher erfasst.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist in dem Dosierrohr zumindest eine Aussparung vorgesehen, in der die Sensoreinrichtung zumindest teilweise angeordnet ist. Damit ist die Sensoreinrichtung geschützt, aber dennoch nahe an der Dosiereinrichtung angeordnet. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform ohne Beeinträchtigung der Leistung und Sensitivität des Sensors erreicht. Ferner kann der Sensor ohne großen Montageaufwand auf einfache Weise ausgetauscht werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Formeinrichtung, vorzugsweise eine Formschulter und/oder ein Formrohr, die Dosiereinrichtung zumindest teilweise umgibt. Damit kann die Sensoreinheit zwischen

Formeinrichtung und Dosiereinrichtung vor Umwelteinflüssen geschützt angeordnet werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist einer Steuerung neben dem Signal der Sensoreinheit zumindest ein weiteres Signal zugeführt, vorzugsweise ein Signal des Antriebs, zur Ermittlung der charakteristischen Größe des Produkts. Die Genauigkeit der Dichte und Füllgradbestimmung kann durch die Kombination der Auswertung mithilfe einer weiteren Größe plausibilisiert und damit weiter verbessert werden. Damit erhöht sich die Regelgenauigkeit weiter. Die

Einbeziehung weiterer Messgrößen macht den Regelprozess weniger störanfällig und damit stabiler.

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

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist: die Figur eine schematische Schnittdarstellung einer

Schlauchbeutelmaschine gemäß einem bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figur eine Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.

Die Figur zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zur Abfüllung eines Produkts gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst einen Trichter 14, in den ein abzufüllendes Produkt zugeführt wird. An dem Trichter 14 ist ein vorzugsweise vertikales Dosierrohr 22 befestigt. Das Dosierrohr 22 umgibt eine Dosierschnecke 19, die portionsweise das abzufüllende Produkt zuführt. Dosierrohr 22 und Dosierschnecke 19 bilden eine Dosiereinrichtung 19. Auf einer Packstoffrolle 10 ist Packstoff 12 aufgerollt. Der Packstoff 12 wird von der Packstoffrolle 10 abgerollt und einer

Formeinrichtung 16, beispielsweise eine Formschulter einer

Schlauchbeutelmaschine, zugeführt. Über die Formeinrichtung 16 wird der zugeführte Packstoff 12 zu einem Schlauch geformt und über eine weitere Formeinrichtung 24, beispielsweise ein Formrohr, zu einem länglichen

Packstoffschlauch geformt, der durch eine hier nicht dargestellte

Längssiegeleinheit mittels einer Längssiegelnaht in Längsrichtung verschweißt wird. Die Dosiereinrichtung 18 wird von der Formeinrichtung 24 umgeben. Die Vorrichtung, beispielsweise eine Schlauchbeutelmaschine, umfasst ferner eine nicht eigens dargestellte Quersiegeleinheit mit horizontalen ersten und zweiten Siegelbacken, die an einem dem Trichter 14 entgegengesetzten Ende des Dosierrohrs 22 angeordnet sein kann. Die Quersiegeleinheit siegelt am geformten und zyklisch zugeführten Packstoffschlauch zuerst eine Fußnaht und, nachdem eine Produktportion hineingefallen ist und der gefüllte

Schlauchabschnitt weiter nach unten bewegt wurde, wird der Packstoffschlauch mittels einer Kopfnaht zu einem geschlossenen Beutel versiegelt, wobei gleichzeitig auch die Fußnaht der nachfolgenden Verpackung gesiegelt wird.

Ferner ist eine in bzw. an der Dosiereinrichtung 18 angeordnete

Sensoreinrichtung 20 vorgesehen, die charakteristische Eigenschaften, insbesondere eine Masse und/oder eine Dichte und/oder ein Volumen des durch die Dosiereinrichtung 18 geförderten Produkts erfasst. Die Sensoreinrichtung 20 dient der Erfassung von Vibrationen. Die zu erfassenden Vibrationen können im Ultraschallbereich, Körperschallbereich als auch im akustischen Bereich liegen. Als Sensoren der Sensoreinrichtung 20 können beispielsweise

Beschleunigungssensoren und/oder ein Mikrofon und/oder eine Piezokeramik verwendet werden.

Die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung 20 können einer Steuerung 28 zugeführt werden. So können eine nicht korrekt gefüllte Dosiereinrichtung 18 und/oder durch das Produkt verursachte Schwankungen der charakteristischen Eigenschaften erkannt werden. Aufgrund der Tatsache, dass das Produkt durch die Dosiereinrichtung 18 gefördert und dessen charakteristische Eigenschaften unmittelbar über eine Vibrationsanalyse ermittelt werden, kann die aktuell bereits abgegebene Produktmenge während eines Produktabgabevorgangs ermittelt werden. Durch die online ermittelte Differenz zwischen der bereits dosierten Menge und der Sollmenge kann die Dosiereinrichtung 18 online geregelt werden.

Aufgrund der Auswertungsdauer könnte das Signal, insbesondere der zeitliche Verlauf, der Sensoreinrichtung 20 während einer Dosierung aufgenommen und danach ausgewertet werden, um dann bei der nächsten Dosierung

gegenzusteuern. Anhand der erfassten Vibrationswerte der Dosiereinrichtung 18 kann auf das Volumen/Dichte/Masse bzw. die Verdichtung des Produkts und somit die abgegebene Menge geschlossen werden. Die Vibrationswerte werden als Zeitsignal aufgenommen, in den Frequenzbereich transformiert und dort z.B. „

über das Leistungsspektrum, deren Mittelwertbildung und Standardabweichung analysiert. Dies könnte beispielsweise durch die Steuerung 28 vorgenommen werden. Ist die Dosiereinrichtung 18 mit keinem Produkt gefüllt, läuft also leer, dann berührt die Dosierschnecke 19 beim Anfahren die Dosierrohrinnenwand und die Sensoreinrichtung 20 empfängt Vibrationen bzw. schlägt aus. Je mehr Produkt in der Dosiereinrichtung 18 ist, desto stabiler läuft die Dosierschnecke 19 und schwingt weniger bzw. verursacht weniger Vibrationen. Beispielsweise sind die Standardabweichung sowie der Mittelwert des Leistungsspektrums bei einer leeren Dosiereinrichtung 18 größer als bei einer vollen Dosiereinrichtung 18.

Die Genauigkeit der Dichte und/oder Masse und/oder Volumen und/oder Füllgradbestimmung kann durch eine Kombination der Auswertung

verschiedener weiterer Größen verbessert werden. Im Ablauf einer Dosierung können parallel zu der Ermittlung der Dichte und/oder Masse und/oder Volumen auch andere physikalische Größen erfasst werden wie beispielsweise die Lastaufnahme der Antriebe 26. Durch die Kombination der Werte kann mit Hilfe einer Auswertelogik (beispielsweise neuronale Netze) oder eines

Erfahrungskennfeldes die Dichte genauer bestimmt und somit die

Regelgenauigkeit erhöht werden. Die Einbeziehung weiterer Messgrößen macht den Regelprozess weniger störanfällig und stabiler. Beispielsweise hängt die Lastaufnahme der Antriebe 26 von den physikalischen Eigenschaften des verwendeten Produkts, beispielsweise vom Füllungsgrad der Dosiereinrichtung 18 und damit von der Dichte ab. Diese Abhängigkeiten können in einem Kennfeld hinterlegt sein. Zu jedem Zeitpunkt kann über diese Informationen, z.B. der Lastaufnahme der Antriebe 26, die physikalische Größe, z.B. die dosierte Masse, anhand des Kennfeldes ermittelt werden. Dieser Wert kann zur Plausibilisierung des Sensorwerts der Sensoreinrichtung 20 verwendet werden.

Die Sensoreinrichtung 20 kann am Dosierrohr 22 angebracht sein,

beispielsweise am Anfang oder auch Ende des Dosierrohrs 22.

Prinzipiell kann die Sensoreinrichtung 20 über die gesamte Länge der

Dosiereinrichtung 18 an einer günstigen Stelle platziert werden, um die

Vibrationen der Dosiereinrichtung 18 sicher zu erfassen. Die Sensoreinheit 20 könnte auch an der Dosierschnecke 19 angebracht werden. Außerdem ist ein Antrieb 26 vorgesehen, der die Dosiereinrichtung 18 beim Dosiervorgang bewegt. Hierzu könnte der Antrieb 26 auf eine drehbar gelagerte Halterung 17 einwirken, an der beispielsweise die Dosierschnecke 19 der Dosiereinrichtung 18 befestigt ist. Der Antrieb 26 kann durch die Steuerung 28 angesteuert werden. Die Steuerung 28 kann optional von dem Antrieb 26 charakteristische Informationen beispielsweise über die Belastung, Drehzahl, Position etc. erhalten. Mit diesen Informationen kann die Steuerung 28 die Vibrationssignale der Sensoreinrichtung 20 zur Ermittlung der physikalischen Größen des dosierten Produkts weiter verbessern bzw. plausibilisieren. Sinkt bei einem zu dosierenden Produkt beispielsweise die Belastung der

Dosiereinrichtung 18, so müssen sich auch bei gleichbleibenden Parametern die physikalischen Werte der Sensoreinheit 20 verändern, das heißt der

Füllungsgrad und somit die Dichte/Masse/Volumen verändern sich. Die

Belastung und die physikalischen Werte verhalten sich abhängig voneinander, das heißt diese korrelieren. Über solche weiteren Informationen ist es möglich, die Signale der Sensoreinrichtung 20 zu plausibilisieren.

Die Steuerung 28 steuert die Dosiereinrichtung 18 so an, dass eine gewünschte Sollmenge des zu dosierenden Produkts in die bereitstehende Verpackung wie beispielsweise ein Packstoffschlauch abgefüllt wird. Abhängig von der aus dem

Ausgangssignal der Sensoreinheit 20 in Verbindung mit einer Vibrationsanalyse ermittelten charakteristischen Größe des Produkts bestimmt die Steuerung 28, ob die so ermittelte Istmenge von der Sollmenge des abzufüllenden Produkts abweicht. Ist dies der Fall, so verändert die Steuerung 28 die Stellgrößen für die Dosiereinrichtung 18. Dies kann beispielsweise in einer Veränderung der

Ansteuergrößen für den Antrieb 26 erfolgen. Diese Veränderung könnte in Form einer Regelung, beispielsweise über einfache Standard-Regler wie P, PI, PID Regler oder sonstige (robuste) Regler oder statistische Verfahren erfolgen. Als Dosiereinrichtung 18 kommt beispielsweise eine Dosierschnecke 19 zum

Einsatz. Das zu dosierende Produkt wird über entsprechende Gewindegänge der abzufüllenden Verpackung zugeführt in der gewünschten Menge wie oben beschrieben. Die Sensoreinrichtung 20 wird benachbart zur Dosiereinrichtung 18 so angeordnet, dass Vibrationen der Dosiereinrichtung 18 sicher erfasst werden.

Zudem wird die Dosiereinrichtung 18 gesteuert bzw. geregelt in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung 20. Die Dosiereinrichtung 18 kann unter anderem zum Befüllen von Beuteln einer vertikalen

Schlauchbeutelmaschine verwendet werden, kann jedoch auch bei horizontalen Schlauchbeutelmaschinen eingesetzt werden. Jedoch auch das Befüllen von in einer Kette eingesetzten Beuteln ist durch die Dosiereinrichtung 18 möglich. Alternativ könnten auch vorgefertigte Beutel befüllt und die abgefüllte Menge durch die Sensoreinheit 20 ermittelt werden. Die Formeinrichtung 16, 24 muss nicht notwendiger Weise Bestandteil der Vorrichtung sein. Weiterhin wesentlich ist ebenfalls, dass die Sensoreinrichtung 20 während des Dosiervorgangs die physikalischen Größen des abzufüllenden Produkts ermittelt, so dass eine entsprechende Einflussnahme auf den laufenden Dosierprozess, gegebenenfalls verzögert, möglich wird. Die Dosiereinrichtung 18 kann somit während des Dosiervorgangs auf die Sollmenge bzw. das Sollgewicht geregelt werden. Bei dem Produkt handelt es sich beispielsweise um einen rieselfähiges bzw.

fließfähiges Produkt.