DE102004037107A1

DE102004037107A1 - Verfahren und Vorrichtung für das Befüllen von offenen Gebinden mit einem pulverförmigen Produkt

Info

Publication number: DE102004037107A1
Application number: DE102004037107A
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl.-Ing. Combrink
Original assignee: Haver and Boecker OHG
Current assignee: Haver and Boecker OHG
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2005-12-08
Also published as: EP1744984B1; US8069882B2; EP1744984A2; DE502005007790D1; WO2005110849A2; US7866353B2; ES2329596T3; US20080257450A1; DK1744984T3; US20110056585A1; WO2005110849A3; ATE437839T1

Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung eines Gebindes (7), insbesondere eines offenen Sackes mit einem pulverförmigen Produkt, mit folgenden Merkmalen: einer Nettowage (1) oberhalb einer Rohr- und/oder Trichteranordnung (2), die in einen Füllstutzen (6) mündet, der oberhalb des zu befüllenden Gebindes (7) angeordnet ist und vorzugsweise in dieses hineinragt, nutzen eine der Nettowaage nach- und dem Gebinde (7) vorgeschaltete Zwischenkammer (3) zur temporären Aufnahme zumindest eines Teils des von der Nettowaage abgegebenen Produkts und eine Verdichtungseinrichtung (8, 9) zur Verdichtung des in das Gebinde (7) eingefüllten Produktes aus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befüllung eines offenen Gebindes, vorzugsweise eines offenen Sackes nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14.
Pulverförmige Produkte, die zudem sehr fein sind, haben die Eigenart, dass sie während des Transportierens und auch während des Füllvorganges Luft aufnehmen, was zu einer erheblichen Volumenvergrößerung führt. Dies hat zur Folge, dass im Normalfall die als Verpackung verwendeten Säcke ein entsprechend großes Volumen aufweisen müssen, damit das Produkt in den Säcken ausreichend Platz findet.
Nachdem das Produkt nach dem Befüllen der Säcke die aufgenommene Luft wieder ganz oder teilweise abgegeben hat, beispielsweise durch Einleiten von Verdichtungsmaßnahmen oder aber nach dem Ablauf einer bestimmten Zeit, nimmt das Produkt ein entsprechend kleineres Volumen ein, was zur Folge hat, dass der Sack bzw. die Sackware zu groß ist, d.h. es wird Packmittel verschenkt, was zu erhöhten Kosten und zu Problemen beim Stapeln der Säcke führt.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken, ist versucht worden, das Produkt beispielsweise in zwei Schritten zuzuführen, um eine Überfüllung bei einem entsprechend kleinerem Gebinde zu vermeiden. Dabei wird die Teilmenge des Produktes zunächst verdichtet bevor das restliche Material zugeführt wird.
Weiter ist es bei der Befüllung von Ventilsäcken (Brutto-Systeme) bekannt, den Produktstrom innerhalb des Füllrohres in Grob- und Feinstrom aufzuteilen, wobei der Feinstrom über eine Schnecke geführt wird. Diese Anordnung dient aber nicht dazu, den Füllstand zu regulieren, sondern ausschließlich dazu, die Gewichtsgenauigkeit zu erhöhen.
Alle diese Verfahren weisen den Nachteil auf, dass sie entweder sehr aufwendig sind oder aber nur eine geringe Leistung zulassen.

Die Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen von Gebinden mit einem pulverförmigen Produkt zu schaffen, mit denen die vorstehend beschriebenen Probleme auf einfache Weise behoben werden.

Die Erfindung löst diese Aufgabe in Hinsicht auf die Vorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und in Hinsicht auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruchs 14.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 weist die Vorrichtung eine der Nettowaage nach- und dem Gebinde vorgeschaltete Zwischenkammer zur temporären Aufnahme zumindest eines Teils des von der Nettowaage abgegebenen Produkts und eine Verdichtungseinrichtung zur Verdichtung des in das Gebinde eingefüllten Produktes auf.

In Hinsicht auf das Verfahren wird das Produkt von der Nettowaage über die Rohr- und/oder Trichteranordnung in abgewogener Menge – also im Nettoverfahren – in das Gebinde entleert, wobei ein Teil des Produktes temporär in einer Zwischenkammer aufgenommen wird, bevor es in das Gebinde geleitet wird.

Bevorzugt wird das in das Gebinde eingeleitete Produkt mittels einer Verdichtungseinrichtung verdichtet und während des nun einsetzenden Verdichtungsvorgangs mittels der Verdichtungseinrichtung und der damit verbundenen Volumenreduzierung des Produktes im Gebinde wird das restliche Produkt von der Zwischenkammer aus nachdosiert.

Da nicht sofort der gesamte Volumenstrom in das Gebinde gelangt, wird eine Überfüllung des Gebindes trotz des Einsatzes des Nettoprinzips vermieden. Sodann erfolgt eine Nachdosierung, bevorzugt begleitet von einer Verdichtung des Produktes im Gebinde bzw. Sack. Der Sack kann damit relativ klein dimensioniert werden.

Besondere Vorteile dieser Vorgehensweise sind:

1. Eine hohe Leistungsfähigkeit der Vorrichtung, da die Nettowaage das Produkt in einem Arbeitsgang entleeren kann;
2. Eine hohe Verdichtungsgeschwindigkeit, da der erste Produktstoß schnell einlaufen kann und einen max. Füllungsgrad des Sackes garantiert, sodass der Verdichtungserfolg optimal ist;
3. Ein proportionales Nachführen des Produktes zum Verdichtungseffekt ohne eine Überfüllung des Gebindes.

Zweckmäßig strömt das restliche Produkt an der Zwischenkammer vorbei und wird direkt in das Gebinde geleitet, wobei das Verhältnis der Aufteilung zwischen der Zwischenkammer und dem direkt in das Gebinde eingeleiteten restlichen Produkt so gewählt wird, dass keine Überfüllung des Sackes erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch für den Einsatz an einer rotierenden Füllmaschine, wo die vorgeschalteten Nettowaagen stationär angeordnet sind. Gerade bei einer solchen Konstellation wäre das stufenweise Zuführen des Materials überhaupt nur mit erhöhtem technischem Aufwand möglich.

Ein mit Luft angereichertes pulverförmiges Produkt hat ein extrem hohes Fließvermögen und kann in seinem Fließverhalten durchaus mit Wasser verglichen werden. Das heißt, dass der Sack am Stutzen sehr gut abgedichtet sein muss, damit kein Produkt nach außen tritt und zur Verschmutzung der Säcke und der Anlage führt.

Diese Abdichtungsmaßnahmen sind zwar auch Bestandteil der Maschine, sind aber einem Verschleiß unterworfen. Des Weiteren ist die Qualität der Abdichtung auch von der Beschaffenheit der Sackware (Falten) abhängig.

Da der Füllspiegel erfindungsgemäß aber stets unterhalb der gefährdeten Zone bleibt, stellen sich die vorstehend erläuterten Probleme nicht mehr. Damit wird eine sichere Arbeitsweise der Vorrichtung gewährleistet.

Vorteilhaft sind im Befüllstutzen Kanäle angeordnet, welche die verdrängte Luft abführen und somit einen Überdruck im Sack verhindern. Wenn der Füllspiegel so hoch steigt, dass diese Kanäle verschlossen werden, ist diese Funktion nicht mehr gegeben. Gleichzeitig besteht die Gefahr, dass sich Produkt in diesen Kanälen ablagert und nach dem Abnehmen des Sackes austritt und zur Verschmutzung der Anlage und der Säcke führt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Befüllen von Säcken ist die Forderung nach einer hohen Sauberkeit der späteren Verschlusszone des Sackes. Diese ist umso wichtiger, wenn ein Verschweißen als Verschluss zum Einsatz kommt, was insbesondere eine hohe Sauberkeit der Folieninnenseite voraussetzt. Gerade auch zur Lösung dieses Problems hat sich das zuvor geschilderte Verfahren bei hoher Füllgeschwindigkeit bestens bewährt.

Nach einer Variante, bei der die Zwischenkammer über den gesamten Trichterquerschnitt ausgebildet ist, und entsprechend die gesamte Materialmenge aufnimmt, regelt das Dosierorgan zunächst auf einen hohen Massenstrom ein..

Besonders bevorzugt steuert oder regelt das Dosierorgan den hohen Massestrom derart, dass es zu keiner Brückenbildung des Stutzens durch Materialaufstauung kommt.

Nach einer Weiterbildung steuert oder regelt das Dosierorgan nach der Schnellbefüllung den durchgelassenen Massenstrom derart, dass es während der Verdichtung des Materials im Gebinde zu keiner Überfüllung des Gebindes kommt.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt:
1a,b eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Befüllung eines Gebindes in zwei aufeinander folgenden Schritten beim Befüllen des Gebindes mittels Nachdosierung mit einer Zellradschleuse;
2a,b eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zur Befüllung eines Gebindes in zwei aufeinanderfolgenden Schritten nach und beim Befüllen des Gebindes mittels Nachdosierung mit einem beliebigen Dosierorgan, hier einer Klappe; und
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung zur Befüllung eines Gebindes in zwei aufeinanderfolgenden Schritten beim Befüllen des Gebindes, mit einer das gesamte Füllgut aufnehmenden Zwischenkammer, und einem Dosierorgan mit der Möglichkeit der Befüllung des Gebindes, mit regelbarem Grob- und Feinstrom.
1a,b zeigt eine Vorrichtung zur Befüllung eines Gebindes 7 – eines offenen Sackes – mit einer Nettowaage 1, die oberhalb einer Rohr- und/oder Trichteranordnung 2 angeordnet ist, die in einen Stutzen 6 mündet, an welchen ein Gebinde 7 – insbesondere ein offener Sack – angehängt ist.
Als Wägeverfahren wird das sogenannte Netto-Prinzip angewendet, d.h., die Nettowaage 1 wiegt das abzufüllende Produkt portionsweise – z.B. in 25kg Größen – ab und gibt es dann in diesen abgewogenen Portionen ab, wobei es durch die Rohr/Trichteranordnung 2 und den Stutzen 6 in das Gebinde 7 geleitet wird. Dieses Verfahren bietet gegenüber dem Brutto-System den Vorteil einer besonders hohen Anlagenleistung.
Um dabei den nachteiligen Effekt des Überfüllens des Gebindes 7 zu vermeiden, gelangt der Produktstrom oder zumindest ein Teil desselben in eine in der Rohr- und/oder Trichteranordnung angeordnete Zwischenkammer 3. Diese Zwischenkammer 3 nimmt (je nach Luftinhalt des Produktes) einen Anteil des von der Nettowaage abgegebenen Produktes – bevorzugt ca. 20 – 50%, insbesondere ca. 1/3 des Produktes – auf.
Das restliche Produkt strömt an der Zwischenkammer 3, die nicht den gesamten Querschnitt der Rohr/Trichteranordnung verdeckt, vorbei und gelangt direkt in das Gebinde 7. Das Verhältnis der Aufteilung des Produktes zwischen der Zwischenkammer 3 und dem direkt in das Gebinde eingeleiteten Teil ist dabei so gewählt, dass keine Überfüllung des Sackes erfolgen kann (1a, 2a).
In das Gebinde 7 ragt z.B. von dessen offenen, oberen Seite her eine Verdichtungseinrichtung 8 oder eine anderweitig angeordnete Verdichtungseinrichtung 9 ein, die dazu ausgelegt ist, das in das Gebinde 7 eingeleitete Produkt so zu verdichten, dass es einen Teil der aufgenommenen Luft abgibt.
Während des nun einsetzenden Verdichtungsvorgangs mittels der Verdichtungseinrichtung 8/9 und der damit verbundenen Volumenreduzierung des Produktes wird das restliche Material von der Zwischenkammer 3 aus so nachdosiert, dass die Verdichtungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom, mit dem das Gebinde befüllbar ist, korrespondieren. Dies hat zur Folge, dass eine maximale Verdichtungsgeschwindigkeit gewährleistet ist, ohne dass dabei eine Überfüllung eintritt (1b, 2b).
Die Verdichtungseinrichtung kann an sich auf beliebige Art realisiert werden, beispielsweise mittels einer Art Sonde (Bezugszeichen 8, die z.B. Schwingungen erzeugt oder eine Vakuumlanze etc.) und/oder mit Hilfe einer Rüttelanordnung, z.B. mit Hilfe eines Rütteltischs (siehe 9), auf dem das Gebinde aufliegt.
Die Zwischenkammer 3 kann aus einzelnen Segmenten bestehen, also aus mehreren Unterkammern, die nacheinander entleert werden. Als günstigste Version hat sich dabei der Einsatz einer Zellenschleuse als Dosierorgan 4 erwiesen, wobei die Kammer über die flügelradartige Zellenschleuse kontinuierlich entleert wird (1a,b). Dabei lassen sich die Drehzahl und somit die Dosiergeschwindigkeit an den Prozess anpassen. Alternativ kann das Dosierorgan auch auf andere Weise ausgeführt werden ( 2, wo das Dosierorgan nach Art einer Klappe ausgebildet ist).
Da der Luftinhalt der abzufüllenden Produkte sich durch unterschiedliche Ablagerungszeiten oftmals verändert, bietet es sich an, die Zwischenkammer derart auszulegen, dass ihr Volumen und/oder Füllstand variabel einstellbar ist. Dies lässt sich z.B. durch eine verstellbare seitliche Begrenzungswand 5 an der Zwischenkammer 3 realisieren.
Alternativ zu der Vorrichtung 1a,b und 2a,b ist eine Ausführung der Zwischenkammer 3 gemäß 3 möglich. Bei dieser Anordnung erstreckt sich die Zwischenkammer 3 über den gesamten Trichterquerschnitt der Rohr-/Trichteranordnung 2 und nimmt somit die gesamte Füllmenge des aus der Nettowaage 1 abgeworfenen Materials auf. An ihrem unteren Ende befindet sich eine Dosiereinrichtung 4, welche vorteilhaft als Zellenradschleuse, aber auch als andere Dosiereinrichtung bekannter Bauart, ausgeführt wird.
Das in die derart gestaltete Zwischenkammer abgeworfene Material kann zu Beginn des Befüllvorganges das Dosierorgan 4 im Grobstrom durchqueren. Das Dosierorgan hat hier vorteilhaft die Eigenschaft, den Strom derart zu begrenzen, dass es zu keinerlei Brückenbildung bzw. zu einem durch innerer Reibung des Materials z.B. in einem zugelaufenen Füllstutzen verzögertem Durchlauf des Materials in das Gebinde 7 kommen kann. Nach der anfänglichen Schnellbefüllung regelt das Dosierorgan 4 je nach Füllstand im Gebinde 7 den Volumenstrom, gemäß der parallel einsetzenden Verdichtung mittels der Verdichtungseinrichtung 8, 9 im Sack, derart herunter, dass es während des Befüllvorganges im Gebinde 7 zu keinerlei Überfüllung kommen kann.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass eine kurzzeitige Sperrung des Dosierorgans 4 – zu Beginn des Befüllvorganges – eine zeitliche Entkoppelung des Materialabwurfes und der Notwendig eines bereits aufgesteckten Gebindes auf dem Stutzen ermöglicht. Ferner benötigt dieses Verfahren keine volumetrische Anpassung der Zwischenkammer 3 mittels einer z. B. verstellbaren Seitenwand, da die Zwischenkammer nicht einen definierten Teil des abgeworfenen Materials aufnehmen muss, sondern generell das gesamte abgeworfene Material aufnimmt. Und gegen Schüttgewichts-, und damit Volumenschwankungen, unempfindlich ist.
Da sich aber oftmals auch die Verdichtungseigenschaft des Produktes verändert, ist es weiterhin möglich, die Anlage vorzugsweise mit dem vorteilhaften Sensor 10 auszurüsten der unterhalb des Stutzenauslaufs 11 den Füllstand des Produktes erfasst. Mit einer solchen Technik ist es nun möglich die Dosiereinrichtung so zu steuern, dass eine Überfüllung nicht auftritt. Andernfalls müsste beim Befüllvorgang ein Sicherheitsabstand zwischen dem Produktspiegel und dem Stutzenauslauf 11 vorgesehen werden, was dann aber zu einer Reduzierung der Verdichtungsgeschwindigkeit führen würde.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Übergabe des gefüllten Gebindes 7 in die Verschlussposition. Um hier einen sicheren Verschluss des Gebindes 7 zu garantieren muss oberhalb des Produktspiegels ein gewisser Freiraum sein, damit die Werkzeuge für das Verschließen den Sack vernünftig greifen können. Auch hierbei ist der zuvor beschriebene Sensor 10 von Vorteil, da dieser den Verdichtungsvorgang so steuern könnte, dass der erforderliche Freiraum gewährleistet ist.
Die zuvor geschilderte Lösung sichert zusammengefasst eine hohe Leistung der Anlage, eine kompakte Sackabmessung, eine hohe Sauberkeit der Säcke und der Anlage, eine hohe Sicherheit des Sackverschlusses und eine hohe Gewichtsgenauigkeit.

1: Nettowaage
2: Trichteranordnung
3: Zwischenkammer
4: Dosierorgan
5: Begrenzungswand
6: Stutzen
7: Gebinde
8: Verdichtungseinrichtung
9: Verdichtungseinrichtung
10: Sensor
11: Stutzenauslauf

Claims

Vorrichtung zur Befüllung eines oben offenen Gebindes (7), vorzugsweise eines offenen Sackes, mit einem pulverförmigen Produkt, mit folgenden Merkmalen: – einer Nettowaage (1) oberhalb einer Rohr- und/oder Trichteranordnung (2), – die in einen Füllstutzen (6) mündet, der oberhalb des zu befüllenden Gebindes (7) angeordnet ist und vorzugsweise in dieses hineinragt, gekennzeichnet durch – eine der Nettowaage nach- und dem Gebinde (7) vorgeschaltete Zwischenkammer (3) zur temporären Aufnahme zumindest eines Teils des von der Nettowaage abgegebenen Produkts und – eine Verdichtungseinrichtung (8 und/oder 9) zur Verdichtung des in das Gebinde (7) eingefüllten Produktes.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (3) in der Rohr- und/oder Trichteranordnung (2) angeordnet ist und sich über einen Teil des Querschnittes der Rohr- und/oder Trichteranordnung (2) erstreckt, so dass ein Teil des von der Nettowaage abgegebenen Produktes direkt in das Gebinde und ein weiterer Teil über die Zwischenkammer (3) in das Gebinde (7) gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (3) dazu ausgelegt ist, einen Anteil des von der Nettowaage abgegebenen Produkts – bevorzugt ca. 20 – 50%, insbesondere ca. 1/3 des Produktes – temporär aufzunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (3) aus mehreren Unterkammern besteht, die separat entleerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (3) mit einem Dosierorgan (4) zur dosierten Abgabe des in der Zwischenkammer (3) enthaltenen Produktes in das Gebinde (7) versehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierorgan (4) als Zellenschleuse ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierorgan (4) als steuerbare Schwenkklappe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Zwischenkammer veränderlich ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Füllstutzen Entlüftungskanäle angeordnet sind..
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinrichtung (8) als in das Gebinde ragende Sonde und/oder als Rüttelanordnung ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungseinrichtung (8 und/oder 9) einen Rütteltisch umfasst, auf dem das Gebinde aufliegt.
Vorrichtung, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Füllstandsensor (10) zum Sensieren eines Füllstandes im Gebinde.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenkammer (3) den gesamten Querschnitt der Rohr- und/oder Trichteranordnung (2) einnimmt, so dass das gesamte von der Nettowaage 81) abgegebene Produkt zunächst in der Zwischenkammer (3) aufgenommen wird.
Verfahren zum Befüllen eines Gebindes (7) mit einem schüttfähigen Produkt mit Hilfe einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt von der Nettowaage über die Rohr- und/oder Trichteranordnung (5) in das Gebinde (7) entleert wird, wobei ein Teil des Produktes temporär in einer Zwischenkammer (3) aufgenommen wird, bevor es in das Gebinde (7) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das restliche Produkt an der Zwischenkammer (3) vorbeiströmt und direkt in das Gebinde (7) geleitet wird, wobei das Verhältnis der Aufteilung zwischen der Zwischenkammer (3) und dem direkt in das Gebinde eingeleiteten restlichen Produkt so gewählt wird, dass keine Überfüllung des Sackes erfolgen kann.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das in das Gebinde (7) eingeleitete Produkt mittels einer Verdichtungseinrichtung (8 und/oder 9) verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verdichtungsvorgangs mittels der Verdichtungseinrichtung (8, 9) und der damit verbundenen Volumenreduzierung des Produktes das restliche Material von der Zwischenkammer (3) aus nachdosiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsgeschwindigkeit und der Volumenstrom, mit dem das Gebinde (7) befüllt wird, aufeinander abgestimmt sind, so dass in keinem Moment des Befüllvorganges des Gebindes (7) eine Überfüllung desselben eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierorgan zunächst einen hohen Massestrom steuert oder regelt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierorgan den Massestrom derart steuert oder regelt, dass es zu keiner Brückenbildung im Bereich des Stutzens (6) durch Materialaufstauung kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Dosierorgan nach der Schnellbefüllung den durchgelassenen Massestrom derart steuert oder regelt, dass es während der Verdichtung des Materials im Gebinde zu keiner Überfüllung des Gebindes kommt.