<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Dosiereinrichtung einer nach dem Freifallprinzip arbeitenden Füllmaschine für Ventil- oder offene Säcke auf einen zu einer optimalen Füllzeit führenden Füllgutstrom, wobei die in den Sack einzufüllende Füllgutmenge mittels einer Mengenbestimmungseinrichtung festgelegt wird und von der Mengenbestimmungseinrichtung im freien Fall einen Füllkanal durchströmt, an den der zu füllende Sack anhängbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Das in Frage kommende Verfahren ist insbesondere bei Füllmaschinen zum Abfüllen von frei fliessenden Füllgütern, wie z. B. Granulaten, geeignet. Die Mengenbestimmungseinrichtung derartiger Füllmaschinen ist entweder eine Waage oder bei nach dem volumetrischen Prinzip arbeitenden Einrichtungen ein Messbehälter.
Nach dem Entleeren der Waage oder des Messbehälters gelangt das Füllgut zunächst in einen darunterliegenden Fülltrichter, an den sich ein Füllkanal anschliesst. Das Füllgut durchströmt den Füllkanal im freien Fall. Die Dosierung erfolgt vor dem Einlauf in den Füllkanal durch eine Dosiereinrichtung. Der Füllkanal ist beispielsweise bei einer Ventilsackfüllmaschine ein entsprechend ausgelegtes Rohrsystem, welches in der Branche als Fallrohr bezeichnet wird Bei einer Füllmaschine zum Füllen von offenen Säcken ist der Füllkanal ähnlich, wobei die Abmessung jedoch grösser sein können, entsprechend den Einfüllöffnungen der zu füllenden Säcke.
Bei den bisher bekannten Füllmaschinen liegt die Dosiereinrichtung im unteren, dem Füllkanal zugeordneten Bereich des Fülltrichters Die Dosiereinrichtung kann beispielsweise als ein in vertikaler Richtung verfahrbarer Dosierkegel ausgebildet sein. Durch Änderung der Höhenlage dieses Dosierkegels wird der Durchströmquerschnitt für das Füllgut verändert. Die Dosiereinrichtung ist so einzustellen, dass nur soviel Füllgut durch den Füllkanal hindurchströmt, wie am Auslauf frei und kontinuierlich, d. h. ohne Staubildung, hindurchströmen kann. Das Stauen des Füllgutes ist auf die hohe innere Reibung und auf die Wandreibung zurückzuführen.
Es ist bekannt, dass die Staubildung bzw. das diskontinuierliche Durchströmen des Füllgutes durch den unteren Bereich des Füllkanals zu einer wesentlich höheren Füllzeit für den an den Füllkanal angehängten Sack und somit zu einer gravierenden Leistungsminderung der Füllmaschine führt Die Füllzeit ist insbesondere vom Füllgut, von den Abmessungen des Sackes als nicht veränderbare Parameter sowie von der abzuführenden Luft als variabler Parameter abhängig Die Dosiereinrichtungen der bisher bekannten Füllmaschinen sind mit einer Handverstellung aus- gerüstet, damit der Bedienungsmann eine auf Erfahrung beruhende Einstellung vornehmen kann In der Praxis wird die Verstellung des Dosierkegels nicht genutzt, so dass eine optimale Einstellung in Abhängigkeit vom Füllgut nicht erfolgt Dies gilt insbesondere für automatisch arbeitende Füllmaschinen,
bei denen der Bedienungsmann im wesentlichen eine Kontrollfunktion für mehrere Maschinen hat und deshalb nicht mehr an der Maschine steht. Die Staubildung des Füllgutes im unteren Bereich des Füllkanals bzw. der diskontinuierliche Durchlauf wird in der Branche mit "Verschlucken" bezeichnet.
Zur Leistungssteigerung ist es notwendig, dass der Füllkanal relativ lang ist, d h. der Abstand der Dosiereinrichtung zum unteren Endbereich des Füllkanals, an den der Sack angehängt wird, soll möglichst gross sein. Damit keine Totzeiten entstehen, wird die Waage bzw der Messbehälter bei bestimmten Füllsystemen schon entleert, bevor der Sack an den Füllkanal angehängt ist. Die Länge des Füllkanals kann jedoch nicht beliebig gross werden, sowohl aus Kostengründen als auch aus einer maximalen Höhe der Füllmaschine, da sie ansonsten in vorhandenen Hallen nicht mehr aufgestellt werden kann.
Die Dosiereinrichtung einer Füllmaschine zum Füllen von Ventilsäcken ist ein in vertikaler Richtung verfahrbarer Dosierkegel, dessen Spitze der Auslaufseite des Füllkanals abgewandt liegt.
Üblicherweise wird der Dosierkegel in zwei verschiedene Stellungen verfahren. Durch eine Hö- henverstellung des Dosierkegels lässt sich der ringförmige Durchströmquerschnitt für das Füllgut vergrössern oder verkleinern. Unmittelbar nach dem Ausschütten der Waage bzw des Messbehälters muss dieser Durchströmquerschnitt kleiner sein, da das Füllgut von der Waage bzw. vom Messbehälter aus direkt in den Füllkanal einströmt, ohne im Fülltrichter zur Ruhe zu kommen. Nach einer gewissen Zeit nach dem Ausschütten der Waage bzw. des Messbehälters hat sich die Restmenge des Füllgutes über den Dosierkegel gelegt und wird von hier aus der Ruhestellung heraus beschleunigt.
In dieser Phase des Füllvorganges muss der Dosierkegel so verfahren werden, dass der Durchströmquerschnitt grösser wird.
<Desc/Clms Page number 2>
Bei einer Füllmaschine zum Füllen von offenen Säcken ist die Dosiereinrichtung ebenfalls ein in vertikaler Richtung verfahrbarer Dosierkegel Auch hier treten die gleichen Verhältnisse auf, wie bei Ventilsackfüllmaschinen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, wonach eine selbsttätige und geregelte Einstellung der Dosiereinrichtung so vorgenommen wird, dass bei allen Füllgütern und allen Säcken ein grösstmöglicher Füllgutstrom durch den Füllkanal fliesst, ohne dass es zu einem Stau im unteren Bereich des Füllkanals kommt, so dass die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zu einer kontinuierlichen Höchstleistung der Füllmaschine führt.
Der Erfindung liegt darüber hinaus noch die Aufgabe zugrunde, eine Füllmaschine so zu gestalten, dass in konstruktiv einfacher Weise entweder bei gleicher Bauhöhe der Abstand vom unteren Ende des Füllkanals bis zur Dosiereinnchtung grösser wird und somit zu einer erhöhten Leistung führt oder bei gleichem Abstand die Bauhöhe der Maschine und der sich daraus ergebende konstruktive Aufwand ohne eine Leistungsverminderung verringert wird.
Die gestellte Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Dosiereinrichtung zur Änderung des Füllgutstromes solange schrittweise verstellt wird, bis durch die laufend erfolgte Messung und Auswertung der Durchlaufzeit durch den Füllkanal der in den Sack einzufüllenden Füllgutmenge ergeben hat, dass zumindest ein Füllvorgang mit einer Staubildung im Füllkanal erfolgte, woraufhin der Füllgutstrom durch Verstellung der Dosiereinrichtung derart verringert wird, dass sich die Durchlaufzeit sprunghaft verkürzt.
Die Durchlaufzeiten liegen bei Ventilsackfüllmaschinen beispielsweise in einer Schwankungsbreite von 3,5-5 Sekunden und bei Füllmaschinen für offene Säcke in einer Schwankungsbreite von beispielsweise 0,6 -1,1 Sekunden. Im Falle einer Staubildung im unteren Bereich des Füllkanals verdoppeln sich die Durchlaufzeiten Die kleinste Durchlaufzeit bzw der grösstmögliche Füllgutmengenstrom pro Zeiteinheit liegt unmittelbar direkt vor dem Punkt der Staubildung.
Durch die erfindungsgemässe Lösung liegt die Durchlaufzeit bzw. der Füllgutmengenstrom immer kurz vor der Staubildung, da für die Einstellung der Dosiereinrichtung zunächst diese Staubildung absichtlich herbeigeführt wird. Die Durchlaufzeit bei einer Staubildung ist deshalb im Sinne eines Ausgangswertes für die optimale Einstellung der Dosiereinrichtung zu sehen, da ausgehend von dieser Zeit der durch die Dosiereinrichtung bestimmte Durchströmquerschnitt flächenmässig nur ein klein wenig verringert wird, wodurch die Durchlaufzeit dann sprunghaft kleiner wird. Es ist ausreichend, wenn eine Füllung unter einer Staubildung erfolgt. Aus Sicherheitsgründen kann es jedoch auch zweckmässig sein, dass mehrere Füllungen unter Staubildungen erfolgen.
Während der Dauer des Einstellens der Dosiereinrichtung wird die Durchlaufzeit laufend gemessen und ausgewertet Dies erfolgt zweckmässigerweise durch Vergleich der Durchlaufzeiten von zwei aufeinanderfolgenden Füllvorgängen. Dazu ist es dann notwendig, dass die Zeit des vorhergehenden Füllvorganges gespeichert wird. Steigt die Durchlaufzeit auf einen Wert, der über dem bekannten maximalen Wert liegt, kann diese Steigerung nur so gewertet werden, dass der Füllvorgang mit einer Staubildung erfolgte Wird zunächst eine Verkürzung der Durchlaufzeit festgestellt, ergibt sich daraus ein bestimmtes Vorzeichen. Wenn der kritische Punkt überschritten wird, ist dieses im Sinne eines Vorzeichen- wechsels zu sehen, d. h. eine Verlängerung der Durchlaufzeit.
Durch diese Massnahme wird festgestellt, auf welcher Seite des kritischen Punktes man sich bei der Ermittlung der Durchlaufzeit befindet, d. h. wenn die Durchlauf Zeiten durch eine Kurve dargestellt werden, ob man sich vor oder hinter dem kritischen Punkt befindet.
Die Einstellung der Dosiereinrichtung hat so zu erfolgen, dass die optimalen Durchlauf Zeiten innerhalb der bereits angegebenen Schwankungsbreiten liegen. Die Einstellung sollte zumindest nach einem Produktwechsel durchgeführt werden. Jedes Produkt hat seine besonderen Fliesseigenschaften, die sich selbst bei einem gleichen oder gleichartigen Produkt noch ändern können, beispielsweise durch einen unterschiedlichen Feuchtengehalt. Nach einem Pro- duktwechsel kann beispielsweise die Dosiereinrichtung von einer Grundstellung aus schrittweise so geändert werden, dass der Durchströmquerschnitt so lange vergrössert wird, bis es zu einer Staubildung kommt. Anschliessend wird dann die Dosiereinrichtung zumindest auf den vorhergehenden Wert zurückgefahren, so dass dann die optimale Einstellung erreicht wird.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Dosiereinrichtung um einen grösseren und vorgegebenen Sicher- heitswert zurückgefahren wird. Der Einstellvorgang von einer Grundstellung aus hat den Vorteil, dass diese Grundstellung so gewählt werden kann, dass es ausgeschlossen ist, dass die optimale
<Desc/Clms Page number 3>
Durchlauf zeit schon überschritten ist und die Füllvorgänge mit einer Staubildung durchgeführt wurden Es ist auch denkbar, nach einem Produktwechsel die Dosiereinrichtung manuel oder selbsttätig in eine Grundstellung zu bringen, in der bei allen Füllgütern sichergestellt ist, dass die Füllung der Säcke ohne Staubildung im Füllkanal erfolgt.
Das Zurückfahren der Dosiereinrichtung in die Grundstellung ist nicht unbedingt notwendig Da die gemessenen Werte der Füllvorgänge mit Staubildungen gleich bleiben oder schlechter werden, können diese Werte dann so ausgewertet werden, dass der Durchströmquerschnitt so lange verkleinert wird, bis eine sprunghafte Verringerung der Durchlaufzeit festgestellt wird
Die Einstellung der Dosiereinrichtung nach einem Produktwechsel kann in einfachster Weise durch ein manuell erzeugtes Signal ausgelöst werden. Dadurch besteht ausserdem noch die Möglichkeit, dass die eine oder mehrere Füllmaschinen überwachende Person die Einstellung jederzeit auslösen kann. In der Praxis kommt es vor, dass über einen längeren Zeitraum das gleiche Produkt abgefüllt wird.
Da sich jedoch, wie bereits erwähnt, Eigenschaften des Füllgutes ändern können, ist es zweckmässig, wenn die Einstellung in zeitlich vorgegebenen Abständen durch eine von einer Zeitschalteinrichtung gegebenes Signal ausgelöst wird
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinrichtung als Verschlussorgan für die jeweilige Mengenbestimmungseinrichtung ausgebildet ist, und dass das Verschlussorgan mittels eines Stellantriebes um eine horizontale Achse schwenkbar ist und zur Beeinflussung des auslaufenden Füllgutstromes in verschiedene Offenstellungen bringbar ist
Die Füllmaschinen gemäss dem Stand der Technik sind normalerweise mit ein oder zwei Nettowaagen oder zwei Messbehältern ausgerüstet, die wechselweise zur Bestimmung der Menge des Füllgutes benutzt werden.
Der das Füllgut aufnehmende Behälter ist durch eine um eine horizontale Achse schwenkbare Klappe verschliessbar. Nach dem die Füllgutmenge festgelegt ist, wird diese schlagartig so weit geschwenkt, dass die gesamte Auslauföffnung des Behälters freigegeben wird. Die Regelung des Füllgutstromes erfolgt durch einen im oberen Bereich des Füllkanals montierten Dosierkegel, der in vertikaler Richtung verstellbar ist.
Durch die erfindungsgemässe Gestaltung der Füllmaschine wird das Auslaufen des Füllgutes aus dem Behälter der Nettowaage oder dem Messbehälter so geregelt, dass es im unteren Bereich des Füllkanals nicht zu einem Stau des Füllgutes kommt Vorteilhaft ist besonders, dass bei glei- cher Höhe der Füllmaschine bzw. bei gleichen Einbauverhältnissen die Fallhöhe des Produktes in vorteilhafter Weise erhöht wird. Ein weiterer Vorteil des Systems liegt darin, dass das Füllgut nicht wie bei den Maschinen gemäss dem Stand der Technik vorbeschleunigt auf das Dosierorgan fällt.
Dadurch werden die unterschiedlichen Strömungsarten (dynamisch oder aus der Ruhe heraus) berücksichtigt, so dass die bei der Verstellung des Dosierkegels angewandte Verfahrbarkeit nicht erforderlich ist.
Um die Leistung der Füllmaschine noch weiter zu steigern, besteht ausserdem die Möglichkeit der Anpassung an die Auslaufgeschwindigkeiten, in dem die Klappe z. B. bei Ende des Füllvorganges noch weiter geöffnet werden kann, damit das noch in der Nettowaage oder im Messbehälter befindliche Restfüllgut schneller aus dem Behälter herausfliessen kann, da der Öffnungsquerschnitt vergrössert wird. Durch diese Massnahme findet in gewisser Weise ein aus- gleich der geringer werdenden Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes durch den nachlassenden Druck des Füllgutes statt. Der Öffnungsquerschnitt könnte demzufolge in Abhängigkeit vom Druck des Füllgutes eingestellt werden.
Als technische Lösung ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Verschlussorgan noch weiter geöffnet wird, nachdem ca. 80 bis 90 % des Füllgutes aus dem Behälter herausgeströmt sind Das Signal für die weitere Öffnung des Verschlussorgans kann durch einen Sensor erfolgen, der sich im unteren Bereich des Behälters der Nettowaage oder des Messbehälters befindet Ausserdem besteht die Möglichkeit, dass das Verschlussorgan weiter geöffnet wird, wenn ein vorgegebenes Gewicht, welches elektronisch ermittelt wird, unterschritten ist. Bei der letzteren Version wird also ein Signal von der Elektroniksteuerung erzeugt, sobald die Gewichtsmenge einen Wert unterschritten hat, welcher an die Verhältnisse anpassbar ist.
Durch die erfindungsgemässe Gestaltung wird nicht nur der mechanische Aufwand verringert, sondern auch eine höhere Leistung erreicht, bedingt durch die grössere Fallhöhe für das Füllgut.
Wird diese Leistungssteigerung nicht verlangt, kann die Bauhöhe der Füllmaschine um den Betrag reduziert werden, der sich bei den bekannten Füllmaschinen aus dem Abstand zwischen dem Auslauf des jeweiligen Behälters und dem Dosierkegel ergibt. Man kann davon ausgehen, dass durch die Verbesserung die Füllgeschwindigkeit bei offenen Säcken erheblich gesteigert wird Da
<Desc/Clms Page number 4>
es in der Vergangenheit oftmals nicht möglich war, aus baulichen Gründen, die Füllmaschine mit einer Dosiereinrichtung auszurüsten, ist bei diesen Füllmaschinen noch eine weitere Steigerung möglich. Es ergibt sich allerdings eine längere Auslaufzeit aus dem Behälter der Nettowaage bzw. aus dem Messbehälter. Dadurch wird jedoch die Leistung nicht beeinträchtigt, da diese Einrichtungen überdimensioniert sind.
Die jeweilige Stellung des Verschlussorgans zum Ausströmen des Füllgutes kann durch Messen der Durchlaufzeit in der eingangs beschriebenen Weise bestimmt werden. Die Öffnungsbewegung des Verschlussorgans kann in einfacher Weise über eine Kolben-Zylinder-Einheit erfolgen. Die Öffnungsbewegung wird in besonders einfacher Weise durch einen verstellbaren Anschlag begrenzt. Die Durchlaufzeit kann beispielsweise durch Sensoren ermittelt werden, die im Bereich des Auslaufendes des Füllkanals montiert sind Die zur Ermittlung der optimalen Stellung des Verschlussorganes notwendige Steuerung wird nicht beschreiben. Das Verschlussorgan kann als eine Klappe ausgebildet sein, die seitliche Stege aufweist, damit der Füllgutstrom gezielt auf den Füllkanal gerichtet werden kann Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Teilansicht einer Füllmaschine für Ventilsäcke, im wesentlichen das Fallrohr und die
Dosiereinrichtung zeigend und
Fig. 2 eine Teilansicht einer Füllmaschine für offene Säcke, beide Darstellungen stark schematisiert
Die in der Fig 1 aufgezeigte Ventilsackfüllmaschine beinhaltet einen Fülltrichter 10, an den sich ein als Fallrohr 11 ausgebildeter, vertikaler Füllkanal anschliesst. An das untere, dem Fülltrichter 10 abgewandte Ende des Fallrohres ist ein in strichpunktierten Linien angedeuteter Ventilsack 12 angehängt, der mittels einer nicht näher erläuterten Klemmeinrichtung am Fallrohr 11festgelegt ist Wie die Fig. 1 zeigt, ist das im Querschnitt kreisförmige Fallrohr 11konisch ausgebildet, wobei sich der Querschnitt zum unteren Ende hin verkleinert.
Im Übergangsbereich des Fülltrichters 10 zum Fallrohr 11 ist ein die Dosiereinrichtung bildender Dosierkegel 14 montiert, der über ein Gestänge 15 mittels eines motorischen Stelltriebes 16 in vertikaler Richtung verfahrbar ist. Am unteren Ende des Fallrohres 11 sind Sensoren 13 montiert, um die Durchlauf zeit des Füllgutes zu messen Die Auswertung der Messwerte erfolgt durch ein nicht dargestelltes Auswertgerät. Über eine nicht dargestellte Steuereinheit wird der Stelltrieb 16 angesteuert, um den Dosierkegel 14 in eine solche Stellung zu bringen, dass die Füllung des Ventilsackes 12 in kürzester Zeit ohne eine Staubildung im unteren Bereich des Fallrohres 11 erfolgt.
Wenn diese optimale Stellung des Dosierkegels 14 ermittelt ist, kann auch zu Beginn des Füllvorganges der Durchströmquerschnitt durch ein Verfahren des Dosierkegels 14 nach unten verkleinert werden, da, wie bereits ausgeführt, das Füllgut sich noch nicht über den Dosierkegel gelegt hat, d. h. mit hoher Geschwindigkeit auf den Dosierkegel fällt.
Die in der Fig. 2 schematisch dargestellte Füllmaschine ist zum Füllen von offenen Säcken ausgelegt. An das untere Ende ist ein andeutungsweise dargestellter Sack 17 durch die beiden Klemmbacken 22 festgeklemmt. Das Fallrohr 11 verjüngt sich zum unteren Ende hin. Auch diese Füllmaschine weist oberhalb des Fallrohres 11 einen Fülltrichter 10 auf Oberhalb dieses Fülltrichters 10 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel Messbehälter, wie z. B. zwei Nettowaagen 18 montiert, die nicht näher beschrieben werden, da sie seit langem zum Stand der Technikgehören. Jede Nettowaage 18 weist einen Behälter zur Aufnahme des Füllgutes auf Dieser Behälter ist an dem unteren, dem Fülltrichter 10 zugewandten Ende durch eine um eine Horizontalachse 19 schwenkbare Klappe 20 verschliessbar.
Die Klappe 20 ist im Querschnitt u- förmig ausgebildet, so dass eine Ausflussrinne für das Füllgut gebildet wird, wenn gemäss der in der Darstellung linken Nettowaage 18 die Klappe im Uhrzeigersinn geschwenkt wird. Das Füllgut läuft dann in den mittleren Bereich des Fülltrichters 10 ein. In nicht dargestellter Weise wird die Klappe 20 über ein entsprechend ausgelegtes Gestänge von einer Kolben-Zylinder-Einheit geöffnet und geschlossen. Die Öffnungsbewegung kann durch einen verstellbaren Anschlag 21 begrenzt werden. Dieser Anschlag 21 ist so einzustellen, dass der Schwenkwinkel veränderbar ist, so dass jede Klappe 20 innerhalb des Schwenkbereiches in jede Öffnungsstellung geschwenkt werden kann.
Dieser Anschlag 21 ermöglicht es ausserdem, dass jede Klappe 20 bei Ende des Füllvorganges noch weiter geöffnet wird, beispielsweise, wenn bereits 80 - 90 % des Füllgutes aus der jeweiligen Nettowaage 18 herausgeströmt ist. Dadurch wird die sich verringernde Strömungsgeschwindigkeit kompensiert, die auf die Verringerung des Füllgutdruckes zu- rückzuführen ist. Auch dadurch wird die Füllzeit verkürzt, so dass die Leistung der Maschine
<Desc/Clms Page number 5>
entsprechend erhöht wird. Eine volumetrische Füllmaschine ist anstelle der beiden Nettowaagen 18 mit Messbehältern ausgerüstet.