DE102006019518A1

DE102006019518A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Befüllen von Behältnissen

Info

Publication number: DE102006019518A1
Application number: DE102006019518A
Authority: DE
Inventors: Frank Müller; Ulrich Krauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Syntegon Technology GmbH
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen von Behältnissen vorgeschlagen, mit zumindest einer Fülleinrichtung (12), die über eine Füllnadel (14) Flüssigkeit zu zumindest einem zu befüllenden Behältnis (20) zuführt, wobei die Füllnadel (14) zum kompletten Befüllen des Behältnisses (20) verwendet ist, mit einer Sensoreinrichtung (18) zur Überwachung des Füllstandes der dem Behältnis (20) zugeführten Flüssigkeit, wobei die Fülleinrichtung (12) in Abhängigkeit von zumindest einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung (18) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (16) vorgesehen ist, die die Füllnadel (14) während des Füllvorgangs bewegt.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Befüllen von Behältnissen nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche. Aus der DE 43 06 120 C1 ist bereits ein Getränkefüller für durchsichtige Behältnisse bekannt. Es sind Einrichtungen vorgesehen zur Messung des Füllpegels in den Behältern im Bereich des Füllstopps durch Einblick von außen und zur Abgabe von Schließsignalen an die Steuerorgane bei Erreichen eines Stopppegels, der unter Berücksichtigung eines eventuellen Nachlaufes zu dem gewünschten Sollpegel führt. Erfindungsgemäß ist hierzu eine Video-Kamera vorgesehen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Füllvorgang hinsichtlich Schnelligkeit, aber auch Genauigkeit zu optimieren. Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Befüllen von Behältnissen gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine schnelle Befüllung der Behältnisse in einem Schritt vorgenommen werden kann. Der Füllvorgang erfolgt relativ blasenfrei und sehr ruhig. Einerseits lässt sich dadurch die Geschwindigkeit optimieren, andererseits wird ein Überlaufen des zu befüllenden Behältnisses vermieden. Insbesondere kann ein Füllverfahren in zwei Schritten, bestehend aus einer oder mehrerer Vorfüllungen und einer in einer anderen Füllvorrichtung vorzunehmenden Vollfüllung, vermieden werden. Somit kann im Vergleich zu diesem Verfahren eine Füllstation wegfallen. Hierbei wird ebenfalls die Maschinenlänge reduziert. Zudem muss nur eine Füllstation in einen produktionsfertigen Zustand versetzt werden, einschließlich der Sterilisation von Teilen, Montage und Handling. Dadurch, dass nicht auf einen vorhandenen Füllspiegel gefüllt wird, erfolgen weder Blaseneintrag, Spritzen noch Verwirbelungen. Dadurch erhöht sich die Produktionssicherheit, und der Ausschuss wird verringert.

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

Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen die 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Befüllen von Behältnissen,
die 2 den genaueren Aufbau der Sensorvorrichtung sowie
3 ein Zeit-Weg-Diagramm der in vertikaler Richtung verfahrenen Füllnadel.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Eine Steuerung 10 steuert eine Fülleinrichtung 12 an, die abhängig von dem Ausgangssignal der Steuerung 10 Flüssigkeit über eine Füllnadel 14 an ein zu befüllendes Behältnis 20 abgibt. Die Füllnadel 14 lässt sich von einer Antriebsvorrichtung 16 vertikal in das Behältnis 20 ein- und ausfahren. Eine Sensoreinrichtung 18 überwacht die Füllung 22 des Behältnisses 20 und gibt bei Erreichen eines bestimmten Füllstandes ein Signal an die Steuerung 10 ab.
In 2 ist die Sensoreinrichtung 18 in Draufsicht auf das Behältnis 20 dargestellt. Eine Laserstrahlquelle 28 gibt einen Laserstrahl auf das durchsichtige Behältnis 20, vorzugsweise am Hals des Behältnisses 20, in der Weise ab, dass es das Innere des Behältnisses 20 durchstrahlt und auf der anderen Seite auf zumindest einen der beiden Detektoren 30 auftrifft. Befindet sich noch keine Flüssigkeit auf der von der Laserstrahlquelle 28 abgetasteten Füllhöhe, so wird der Laserstrahl aufgrund des Übergangs Glas in Luft und umgekehrt nach rechts abgelenkt und trifft auf den Detektor 30a. Es liegt ein so genanntes „Leer-Signal" vor. Befindet sich jedoch die Flüssigkeit in Höhe des Laserstrahls, wird dieser wegen der Brechung des Laserstrahls beim Übergang von Glas in Flüssigkeit nach links abgelenkt und trifft auf den linken Detektor 30b auf. Es liegt ein so genanntes „Voll-Signal" vor. Empfängt dieser Detektor eine bestimmte Strahlung, so wird dies der Steuerung 10 zurückgemeldet. Die Steuerung 10 kann die Fülleinrichtung 12 in Abhängigkeit von der Sensoreinrichtung 18 im Sinne eines Stoppens ansteuern, wobei der Stoppzeitpunkt so bemessen ist, dass die zwischen Stellorgan und Füllnadel befindliche Flüssigkeit noch zur kompletten Füllung des Behältnisses 20 ausreicht.
In 3 ist ein Zeit-Weg-Diagramm der Füllnadel 14 dargestellt. Nach oben ist die Position x der Füllnadel 14 aufgetragen. Die Füllnadel 14 befindet sich über dem Behältnis 20 und wird von der Ruheposition V003 mit konstanter Geschwindigkeit in das Behältnis 20 gebracht. Dies kann beispielsweise über eine Zeitsteuerung erfolgen, sodass die Füllnadel 14 für die Dauer V004 mit konstanter Geschwindigkeit in das Behältnis 20 eingeführt wird. Die Füllnadel 14 verharrt während des Füllstarts (V010) insgesamt für die Zeit V006 in der unteren Position. Nach Ablauf dieser Zeitspanne V006 wird die Füllnadel 14 mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Behältnis 20 heraus verfahren. Sie verharrt in Ruhe bei der Position V008 für eine Zeitspanne V015. Die Position V008 ist so gewählt, dass sich die Füllnadel 14 schon außerhalb des Behältnisses 20 befindet, um so noch die Vollfüllung des Behältnisses 20 zu erreichen. Dies lässt sich der Füllzeit V11 entnehmen. Erkennt nun die Sensoreinrichtung 18 das Erreichen des gewünschten Füllpegels, so wird die Fülleinrichtung 12 im Sinne eines Stoppens angesteuert. Obwohl der Füllvorgang bereits abgeschlossen ist, wartet jedoch die Füllnadel 14 bis zum Ablauf der Zeitspanne V015 in der Position V008 und fährt erst danach mit konstanter Geschwindigkeit für die Zeitspanne V016 wieder in die Warteposition V005. Das Warten in der Position V0008 hat den Sinn, dass sich beim Abschalten des Füllventils alle Nadeln 14 in der gleichen Position über dem Behältnis 20 befinden. Die abgeschnittene Flüssigkeitssäule, die in das Behältnis „fällt" ist somit für alle Füllstellen gleich groß (gleichmäßige Vollfüllung mehrerer Behältnisse). Nun kann sich ein neuer Füllvorgang anschließen.
Die Fülleinrichtung 12 steuert die Zufuhr der Flüssigkeit aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter. Die Flüssigkeitszufuhr könnte beispielsweise durch eine Pumpe realisiert werden. Um eine Veränderung des Volumenstroms zu erreichen, würde bei einer Pumpe die Kolbenbewegung entsprechend modifiziert. Die Zufuhr der Flüssigkeit könnte auch über ein Schlauchquetschventil realisiert werden. Eine Beeinflussung des zuzuführenden Volumenstroms erfolgt dann über die Querschnittsänderung des Schlauchquetschventils. Es gibt nun unterschiedliche Möglichkeiten, das Behältnis 20 in nur einem Schritt zu befüllen. So könnte das Behältnis 20 mit einem relativ hohen Volumenstrom bis zu einer bestimmten Grenze, beispielsweise 90 % der Vollfüllmenge, befüllt werden. Ab dieser Grenze wird der Volumenstrom der Fülleinrichtung reduziert und beim Erkennen des Füllspiegels die Füllung gestoppt. Die definierte Nachlaufmenge nach dem Abschalten der Füllung in Verbindung mit einer definierten Position aller Füllnadeln beim Abschalten des Füllventils, sorgt für die komplette und gleichmäßige Befüllung des Behältnisses 20. Das Umschalten von hohem Volumenstrom auf geringeren Volumenstrom könnte beispielsweise zeitabhängig von der Steuerung 10 vorgenommen werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann das Behältnis 20 mit einem relativ hohen Volumenstrom bis zur Erkennung des Füllpegels befüllt werden. Das Abschalten des Füllpegels erfolgt dann so schnell, dass die daraus resultierende Nachlaufmenge im optimalen Bereich geregelt werden kann.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Füllnadel 14, wie in 3 dargestellt, in definierter Art und Weise zu verfahren. So dient das Herausfahren der Füllnadel 14 während des Befüllvorgangs (Zeitspanne V007) der Verringerung der Blasenbildung. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung der Füllnadel 14 mit der selben Geschwindigkeit, mit der der Füllpegel steigt. Es lässt sich experimentell abhängig von den verschiedenen Parametern des zu befüllenden Behältnisses 20 und der zu befüllenden Flüssigkeit etc. ermitteln. Die entsprechenden Parameter sind in der Steuerung 10 hinterlegt und dienen der Ansteuerung der Antriebsvorrichtung 16 in entsprechender Weise. An dem prinzipiellen Geschwindigkeitsprofil der Füllnadel 14 ändert sich jedoch dadurch nichts. Weiterhin wesentlich ist es, dass die Füllnadel 14 für eine bestimmte Zeitspanne V015 in der Position V008 oberhalb des zu befüllenden Behältnisses 20 verbleibt, um einerseits den Befüllvorgang abzuschließen, andererseits jedoch sicherzustellen, dass nicht doch von einer über dieser Ruheposition liegenden Position das Behältnis 20 befüllt wird. Dies wäre insbesondere denkbar, wenn parallel mehrere Behältnisse 20 mit jeweils zugeordneten Füllnadeln 14 befüllt würden, die alle zu unterschiedlichen Zeitpunkten fertig befüllt wären. Denn das Warten in der Position V0008 hat – wie bereits erwähnt – den Sinn, dass sich beim Abschalten des Füllventils alle Nadeln 14 in der gleichen Position über dem Behältnis 20 befinden. Die abgeschnittene Flüssigkeitssäule, die in das Behältnis „fällt" ist somit für alle Füllstellen gleich groß (gleichmäßige Vollfüllung mehrerer Behältnisse). Das entsprechende Zeitintervall V015 kann durch die Steuerung 10 insbesondere für solche Fülleinrichtungen optimiert werden. Zur Erkennung des gewünschten Füllpegels eignet sich insbesondere die in 2 dargestellte Sensoreinrichtung 18. Lediglich über die Ablenkung des Laserstrahls, der von der Laserstrahlquelle 28 abgegeben wird und von den Detektoren 30 ermittelt wird, wird das Erreichen des Füllpegels erkannt.
Die Erfindung ist insbesondere für Karpulen-Füll- und Verschließmaschinen geeignet. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt.

Claims

Vorrichtung zum Befüllen von Behältnissen, mit zumindest einer Fülleinrichtung (12), die über eine Füllnadel (14) Flüssigkeit zu zumindest einem zu befüllenden Behältnis (20) zuführt, wobei die Füllnadel (14) zum kompletten Befüllen des Behältnisses (20) verwendet ist, mit einer Sensoreinrichtung (18) zur Überwachung des Füllstandes der dem Behältnis (20) zugeführten Flüssigkeit, wobei die Fülleinrichtung (12) in Abhängigkeit von zumindest einem Ausgangssignal der Sensoreinrichtung (18) angesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (16) vorgesehen ist, die die Füllnadel (14) während des Füllvorgangs bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülleinrichtung (12) Flüssigkeit während des Füllvorgangs des Behältnisses (20) mit unterschiedlichem Volumenstrom zuführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) sich während des Füllvorgangs mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) durch die Antriebsvorrichtung (16) in eine untere Position verfahren wird, dass sie nach Starten des Füllvorgangs in dieser unteren Position verbleibt, dass sie anschließend in eine obere Position außerhalb des Behältnisses (20) gebracht wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) für eine vorbestimmte Zeitspanne in der Position oberhalb des Behältnisses (20) verharrt, aus der heraus das Behältnis (20) noch vollständig befüllt wird.
Verfahren zum Befüllen von Behältnissen, umfassend eine Fülleinrichtung (12), die über eine Füllnadel (14) einem zu befüllenden Behältnis (20) Flüssigkeit zuführt, wobei das Zuführen der Flüssigkeit in lediglich einem Schritt erfolgt, mit einer Sensoreinrichtung (18) zur Überwachung des Füllstands, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (16) vorgesehen ist, die die Füllnadel (14) während des Füllvorgangs bewegt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) in eine untere Position verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) in eine obere Position verfahren wird oberhalb des Behältnisses (20).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel (14) mit konstanter Geschwindigkeit in die obere Position verfahren wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllnadel in der oberen Position für eine bestimmte Zeitspanne verharrt und von dieser oberen Position aus das Behältnis (20) noch vollends befüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (18) auf einen zylindrischen Teil des Behältnisses (20), vorzugsweise den Halsbereich gerichtet ist.