DE102013009284A1

DE102013009284A1 - Packmaschine und Verfahren

Info

Publication number: DE102013009284A1
Application number: DE102013009284.1A
Authority: DE
Inventors: Marcel Maßen; Theo Schulze-Forsthövel; Andre Sielemann
Original assignee: Haver and Boecker OHG
Current assignee: Haver and Boecker OHG
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-04
Also published as: DK3003864T3; WO2014195235A1; ES2706231T3; CN105263805B; EP3003864A1; EP3003864B1; CN105263805A

Abstract

Packmaschine und Verfahren zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde, wobei die Packmaschine einen Produktvorrat, eine Fördereinrichtung, einen Füllstutzen, eine Belüftungseinrichtung mit einem Belüftungsventil und einer Belüftungsdüse an dem Produktweg zwischen dem Produktvorrat und einem Produktausgang umfasst. Das Belüftungsventil ist über eine Steuereinheit steuerbar ausgeführt und die Steuereinheit und das Belüftungsventil sind dazu eingerichtet und ausgebildet, die effektiv durch die Belüftungsdüse durchtretende Luftmenge in einem Zeitabschnitt am Anfang eines Füllvorgangs größer einzustellen als in einem Zeitabschnitt am Ende des Füllvorgangs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Packmaschine zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde und ein Verfahren. Dabei werden Schüttgüter insbesondere in Ventilsäcke gefüllt.
Bei der Füllung von Ventilsäcken werden die Ventilsäcke auf einen in der Regel etwa horizontal ausgerichteten Füllstutzen aufgeschoben und anschließend durch das Innere des Füllstutzens gefüllt. Nach der Abnahme verschließt das Ventil des Ventilsacks die Öffnung selbstdichtend oder es wird eine zusätzliche Schweißnaht zur Verschließung des Ventils angebracht.
Bei der vorliegenden Packmaschine wird in einem Produktvorrat ein Vorrat an abzufüllenden Schüttgütern aufbewahrt. Einem oder mehreren Füllstutzen ist jeweils eine Fördereinrichtung zugeordnet. Die Fördereinrichtung kann einen Fülltopf und eine Förderturbine umfassen. Eine Förderturbine, die ähnlich einer Zellenradschleuse aufgebaut ist, fördert durch Drehen der Turbinenflügel das Schüttgut aus dem Fülltopf in den daran angeschlossenen Füllkanal, an dessen Ende der Produktausgang vorgesehen ist. Der Produktausgang befindet sich an dem Füllstutzen.
Bei der Abfüllung von Schüttgütern in Gebinde wie Ventilsäcke oder auch offene Säcke ist es bei der Abfüllung von z. B. Baumaterialien wie Zement in der Regel erforderlich, Druckluft zur Fluidisierung des abzufüllenden Schüttguts zuzusetzen. Durch die Beigabe von Druckluft wird das Schüttgut fließfähig gehalten bzw. gemacht, sodass eine effektive Abfüllung ermöglicht wird. Die Zugabe von Luft führt aber dazu, dass der Innendruck in dem Gebinde während der Abfüllung steigt. Dieser Innendruck muss vor Abnahme des Gebindes weitgehend abgebaut werden, damit nicht ein erheblicher Teil des abgefüllten Schüttguts bei der Abnahme von dem Füllstutzen durch den Druckabbau entweicht und somit die Umgebung der Packmaschine verschmutzt. Dies gilt umso mehr bei der Abfüllung von Schüttgütern in Gebinde aus beispielsweise Polyäthylenfolien oder dergleichen, da die Folienwand an sich luftundurchlässig ist.
Der Gewährleistung der Sauberkeit einer Abfüllanlage kommt zunehmende Bedeutung zu. Mit der DE 41 00 658 C2 sind deshalb ein Verfahren und eine Füllmaschine zum Füllen von fließfähigem Füllgut in Ventilsäcke bekannt geworden, bei der Druckluft in den Innenraum der Füllturbine oder des Füllrohres durch Drosselventile eingeblasen wird, wenn die Gewichtszunahme beim Füllprozess einen Vorgabewert unterschreitet. Durch dieses Verfahren wird die ständige Zugabe von Luft beim Füllvorgang vermieden, sodass weniger Luft mit in den Sack eingebracht wird. Dadurch kann die Wartezeit zum Entlüften nach dem Ende des Füllvorgangs reduziert werden. Nachteilig daran ist aber, dass sich die Abfüllbedingungen von Sack zu Sack und sogar während eines Füllvorgangs erheblich ändern, da mal Luft zugegeben wird und mal nicht. Ein weiterer Nachteil ist, dass auch bei solch einem Füllverfahren auch am Ende des Füllvorgangs noch ein relativ hoher Innendruck im Ventilsack vorherrschen kann, der zu einem beträchtlichen Auswurf von Schüttgut führen kann, wenn der Sack abgenommen wird und sich der Innendruck beim Entweichen der Luft schlagartig abbaut. Das kann nur durch eine vergrößerte Wartezeit am Ende des Füllvorgangs verhindert werden, um mehr Zeit für den Druckabbau aus dem Sackinneren zur Verfügung zu stellen. Dadurch sinkt allerdings die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Außerdem kann dennoch nicht gewährleistet werden, dass sich der Sackinnendruck schnell genug abbaut.
Es sind deshalb mit der EP 1 860 027 B1 eine Anlage und ein Verfahren zum Befüllen von Säcken bekannt geworden, wobei während des Füllvorgangs ein Maß für den im Sack herrschenden Innendruck gemessen wird und wobei während des Füllens des Sacks ein Füllparameter wie z. B. die Luftzufuhr in Abhängigkeit von dem im Sack herrschenden Innendruck gesteuert wird, um die Verarbeitung des Sackes zu beschleunigen. Diese vorbekannte Anlage funktioniert zufriedenstellend und ermöglicht eine zügige Abfüllung von Schüttgütern in Ventilsäcke bei gleichzeitiger optimaler Sauberkeit der Anlage. Nachteilig daran ist allerdings der erheblich erhöhte apparative Aufwand, da jeder Füllstutzen mit einem separaten Drucksensor ausgestattet werden muss, um ein Maß für das in dem Ventilsack herrschende Druckniveau zu erfassen. Insbesondere bei der Abfüllung von abrasiven Materialien und Baustoffen wie beispielsweise Zement werden an die eingesetzten Materialien und Mess-Systeme sehr hohe Anforderungen gestellt, da diese im durchgehenden 24-stündigen Betrieb 7 Tage die Woche zuverlässig arbeiten müssen.
Da Packmaschinen oft als rotierende Packanlagen mit 8, 12 oder 16 Füllstutzen ausgerüstet sind, kann schon ein Defekt eines einzelnen Füllstutzens zu erheblichen Stillstandszeiten einer solchen Packmaschine führen.
Eine Füllanlage gemäß der EP 1 860 027 B1 wird deshalb vor allem bei der Abfüllung von besonders leichten Materialien wie Rußpartikeln oder TiO2-Partikeln oder dergleichen eingesetzt, bei denen besonders viel Luft enthalten ist. Für andere Anwendungszwecke ist die Anlage zu teuer.
Vor dem beschriebenen Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Packmaschine und ein Verfahren zum Abfüllen von Schüttgütern in Gebinde zur Verfügung zu stellen, womit eine hohe Sauberkeit der Anlage gewährleistet werden kann und bei der der apparative Aufwand geringer ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die erfindungsgemäße Packmaschine dient zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde und umfasst wenigstens einen Produktvorrat, wenigstens eine Fördereinrichtung, wenigstens einen Füllstutzen, wenigstens eine Belüftungseinrichtung mit wenigstens einem Belüftungsventil und wenigstens einer Belüftungsdüse an dem Produktweg zwischen dem Produktvorrat und wenigstens einem Produktausgang. Der Produktausgang ist vorzugsweise an dem Füllstutzen vorgesehen. Das Belüftungsventil ist über eine Steuereinheit steuerbar ausgeführt und die Steuereinheit und das Belüftungsventil sind dazu eingerichtet und ausgebildet, die durch die Belüftungsdüse durchtretende Luftmenge und/oder die effektiv durchtretende Luftmenge in einem Zeitabschnitt am Anfang eines Füllvorgangs größer einzustellen als in einem Zeitabschnitt am Ende des Füllvorgangs.
Die erfindungsgemäße Packmaschine hat viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Packmaschine ist, dass kein zusätzlicher Drucksensor an jedem Füllstutzen benötigt wird, um eine effektive Sauberkeit der Packmaschine zu gewährleisten. Dadurch, dass die Steuereinheit die durchtretende Luftmenge zu Beginn des Füllvorgangs größer einstellt, als am Ende des Füllvorgangs kann effektiv gewährleistet werden, dass der im Gebinde vorherrschende Innendruck erheblich geringer als im Stand der Technik ist, da die Gesamtluftmenge reduziert und speziell zum Füllungsende, wenn sich das Produkt das Gebinde mehr und mehr füllt, weniger Luft zugegeben wird. Dadurch kann bei der Abnahme des Gebindes von dem Füllstutzen der Austritt von abgefülltem Schüttgut zuverlässig verhindert werden. Damit ermöglicht die Erfindung auf günstige Art eine besonders zuverlässige Packmaschine, bei der durch verringerte Anzahl von Komponenten eine besonders hohe Zuverlässigkeit erzielt werden kann.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die insgesamt während eines Füllvorgangs einem Gebinde zugeführte Luftmenge erheblich reduziert werden kann, wenn zunächst eine höhere Luftmenge eingestellt wird und diese anschließend erheblich reduziert wird. Eine kontinuierlich gleichbleibende Luftmenge vom Anfang des Füllvorgangs bis zum Ende führt bei ähnlichen Fließeigenschaften des abzufüllenden Schüttguts zu einer insgesamt deutlich größeren Luftmenge, die in das Gebinde gelangt, wodurch auch der Innendruck im Gebinde am Ende des Füllvorgangs entsprechend höher ist. Dadurch resultiert eine größere Verschmutzung und/oder eine erheblich größere Wartezeit am Ende des Füllvorgangs.
Wird die zugeführte Luftmenge während des gesamten Füllvorgangs reduziert, kann es passieren, dass zunächst einige Gebinde zuverlässig gefüllt werden können und dass anschließend die Füllgeschwindigkeit sich erheblich reduziert oder gar kein Material mehr eingebracht wird, da das Material blockt und/oder Brücken bildet.
Die Belüftungseinrichtung umfasst wenigstens eine Ventileinrichtung und wenigstens eine Belüftungsdüse. Die Ventileinrichtung kann mit der Belüftungsdüse über eine Druckluftverbindung verbunden sein. Die Ventileinrichtung kann direkt an der Belüftungsdüse vorgesehen oder auch davon beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise kann die Ventileinrichtung in oder an einem Schaltschrank angeordnet sein, während die Belüftungsdüse an dem Produktweg, beispielsweise an der Fördereinrichtung und/oder an dem Füllstutzen angeordnet ist.
Ein bedeutender Vorteil der Erfindung ist auch, dass der Füllungsgrad der Gebinde verbessert werden kann. Dadurch, dass ein geringerer Luftanteil in die Gebinde gelangt, kann das Volumen des Gebindes verringert werden. Wird beispielsweise das Gebinde um 5% oder nur 2% oder auch nur 0,5% verkleinert, so können die Kosten für die Gebinde entsprechend reduziert werden. Bei einem Betrieb mit sechszehn Füllstutzen und 24 Stunden am Tag an sieben Tagen die Woche können die Kosten für das Gebindematerial entsprechend reduziert werden. Auch der Stauraum und das Transportvolumen können etwas reduziert werden.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass auch die Gewichtsgenauigkeit verbessert werden kann. Dadurch, dass bei der Abnahme des Gebindes vom Füllstutzen praktisch kein Material mehr austritt, wird nicht nur die Sauberkeit erhöht, sondern auch die Genauigkeit verbessert. Die Gewichtsgenauigkeit wird auch durch die verbesserte Steuerung des Füllvorgangs erhöht, da durch die optimierte Luftversorgung des Füllgutes die Grob- und Feinstromphasen besser gesteuert und so die Gewichtszunahme in der Feinstromphase kleiner gewählt werden kann. Dadurch ergibt sich ein noch exakterer Abschaltpunkt mit geringerem systembedingten Nachlauf.
Vorzugsweise wird während wenigstens eines Teils der Füllvorgänge eine Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts über der Füllzeit ermittelt und in einer Speichereinrichtung als historische Daten abgelegt. Die Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts über der Füllzeit kann alle erfassten Füllgewichtsdaten umfassen. Möglich und bevorzugt ist es auch, aus dem Verlauf des Füllgewichts über der Füllzeit wenigstens einen charakteristischen Wert abzuleiten und bei der Steuerung eines nachfolgenden Füllvorgangs zu berücksichtigen. Dann kann die Zugabe von Luft an den Verlauf des Füllgewichts über der Füllzeit wenigstens eines vorhergehenden Füllvorgangs angepasst werden. Die Luftmenge kann reduziert werden, wenn sich aus der Füllkurve ergibt, dass zu viel Luft zugegeben wurde. Die Luftmenge kann bei einem folgenden Füllvorgang erhöht werden, wenn sich aus dem Verlauf des Füllgewichts über der Füllzeit ergibt, dass zu wenig Luft zugegeben wurde.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet und eingerichtet, die Steuerung des Belüftungsventils bei einem folgenden Füllvorgang in Abhängigkeit von abgespeicherten historischen Daten zu verändern.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet und eingerichtet, die historischen Daten mehrerer vergangener Füllvorgänge zu berücksichtigen. Das kann durch Bildung von Mittelwerten über mehrere Füllvorgänge erfolgen.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich, dass die durch das wenigstens eine Belüftungsventil zugeführte Luftmenge über eine Variation des Belüftungsquerschnitts des Belüftungsventils eingestellt wird. Möglich ist es aber auch, dass der eingesetzte Luftdruck variiert wird, um unterschiedliche Luftmengen einzustellen.
Besonders bevorzugt ist das Belüftungsventil als ein Proportionalventil ausgebildet oder umfasst wenigstens ein solches Proportionalventil. Das Belüftungsventil kann als Magnetventil ausgebildet sein und umfasst dann insbesondere wenigstens eine elektrische Spule und wenigstens eine vorzugsweise als Feder ausgeführte Vorbelastungseinheit, um das Belüftungsventil in eine bevorzugte Stellung vorzubelasten. Die bevorzugte Stellung kann beispielsweise die geschlossene Stellung sein. Das Belüftungsventil kann einen Steuerkonus, ein Polrohr und einen Anker umfassen, um in Abhängigkeit von dem aufgebrachten Strom einen entsprechenden Belüftungsquerschnitt einzustellen. Vorzugsweise ist der Belüftungsquerschnitt des Belüftungsventils wenigstens in einer Vielzahl von Stufen einstellbar. Vorzugsweise ist der Belüftungsquerschnitt quasi kontinuierlich oder kontinuierlich einstellbar. Dadurch wird eine besonders genaue Steuerung der durchtretenden Luftmenge ermöglicht.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass eine Kennlinie des Belüftungsventils in der Steuereinheit hinterlegt ist. Dabei kann die Kennlinie insbesondere auch Hysterese-Effekte berücksichtigen. Dadurch wird eine besonders genaue Steuerung des Belüftungsventils ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet und ausgebildet, den effektiven Belüftungsquerschnitt des Belüftungsventils über wenigstens ein Pulsweitenmodulationsverfahren einzustellen. Ein Pulsweitenmodulationsverfahren ermöglicht auf einfache und effektive Weise die Steuerung der durch das Belüftungsventil durchtretenden Luftmenge. Bei einem Pulsweitenmodulationsverfahren wird vorzugsweise eine Intervalldauer kleiner 1 Sekunde und insbesondere kleiner 100 Millisekunden eingestellt.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen beträgt eine Intervalldauer kleiner 50 Millisekunden und insbesondere kleiner 25 Millisekunden. In einer konkreten Ausgestaltung wurden 20 Millisekunden als Intervalldauer eingestellt. Bei einem Pulsweitenmodulationsverfahren wird der Zeitanteil einer Intervalldauer eingestellt, in dem das Belüftungsventil beispielsweise bestromt wird. Erfolgt beispielsweise über eine Zeitdauer von 10 Millisekunden eine Stromzufuhr bei einer Intervalldauer von 20 Millisekunden, so wird 50% der gesamten Intervalldauer die Spule bestromt.
Nach Ablauf einer Intervalldauer wiederholt sich jedes Intervall, bis die Pulsweite anders moduliert wird.
Vorzugsweise ist dem Füllstutzen eine Wägeeinheit zugeordnet, um ein Maß für ein Gewicht des zugeordneten Gebindes zu erfassen.
Dabei ist es möglich, dass ein Bruttogewicht erfasst wird. Möglich ist auch eine Erfassung eines Differentialgewichts, bei der beispielsweise die Fördereinrichtung separat gewogen wird und bei der aus der Gewichtsabnahme des Produktvorrates auf das in das Gebinde abgefüllte Gewicht zurückgeschlossen wird. Möglich ist es auch, dass das Gebinde beispielsweise mit einem zugehörigen Sackstuhl separat gewogen wird und aus dem ermittelten Gewicht auf das in dem Gebinde abgefüllte Gewicht zurückgeschlossen wird.
Es ist besonders bevorzugt, dass wenigstens eine Belüftungsdüse an dem Füllkanal zwischen der Fördereinrichtung und dem Produktausgang des Füllstutzens vorgesehen ist. Bevorzugt ist es auch, dass wenigstens eine Belüftungsdüse an der Fördereinrichtung vorgesehen ist. Es ist möglich, dass nur einzelne Belüftungsdüsen hinsichtlich ihrer Luftmenge steuerbar vorgesehen sind. Möglich und bevorzugt ist es auch, dass alle oder im Wesentlichen alle Belüftungsdüsen hinsichtlich ihrer Luftmenge steuerbar vorgesehen sind.
In bevorzugten Ausgestaltungen ist in dem Füllkanal eine Absperreinrichtung vorgesehen. Die Absperreinrichtung kann auch als Dosiereinrichtung bezeichnet werden, da regelmäßig die Absperreinrichtung nicht nur zum vollständigen Verschließen bzw. Freigeben des Füllkanals vorgesehen ist, sondern auch zur Einstellung des Grobstroms und des Feinstroms. Dabei wird zur Einstellung des Feinstroms mit der Absperreinrichtung ein Teil des Füllkanals verschlossen, sodass nicht mehr der gesamte Füllquerschnitt zur Verfügung steht. Das führt dazu, dass die Fördereinrichtung effektiv weniger Schüttgut durch den Füllkanal in das Gebinde hineinfördert. In bevorzugten Ausgestaltungen ist es auch möglich, zwei oder mehr unterschiedliche Grobströme und zwei oder mehr unterschiedliche Feinströme einzustellen.
Vorzugsweise ist vor und/oder hinter der Absperreinrichtung wenigstens eine Belüftungsdüse vorgesehen.
In bevorzugten Ausgestaltungen umfasst die Belüftungseinrichtung oder wenigstens eine Belüftungseinrichtung einen ringförmigen Körper mit einem inneren Durchtrittsquerschnitt und wenigstens einen den Durchtrittsquerschnitt wenigstens teilweise umgebenden Belüftungskanal. Dabei umfasst das Belüftungsventil vorzugweise wenigstens einen ringförmigen Belüftungskanal, welcher den Innenquerschnitt des Füllkanals wenigstens teilweise und insbesondere im Wesentlichen vollständig umgibt.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass sich von der Fördereinrichtung aus ein Füllkanal erstreckt. Der Füllkanal endet an dem Produktaustritt des Füllstutzens. Der Füllkanal wird somit wenigstens teilweise durch den Füllstutzen gebildet. In bevorzugten Weiterbildungen bildet der ringförmige Körper der Belüftungseinrichtung mit seinem inneren Durchtrittsquerschnitt einen Abschnitt des Füllkanals. Vorzugsweise umgibt der ringförmige Belüftungskanal den Innenquerschnitt des Füllkanals. Dadurch wird eine besonders effektive und gleichmäßige Luftversorgung des Füllkanals erzielt.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass wenigstens zwei Belüftungseinrichtungen vorgesehen sind. Möglich ist es, dass an dem Füllkanal zwei verschiedene Belüftungseinrichtungen vorgesehen sind. Bevorzugt ist es auch, dass an dem Füllkanal zwei Belüftungsdüsen vorgesehen sind. Die zwei Belüftungsdüsen können separat an den Füllkanal münden und/oder aber in den ringförmigen Belüftungskanal des ringförmigen Körpers münden.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Steuereinheit dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die Luftmenge durch die Belüftungsdüse in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter zu steuern. Der Parameter ist insbesondere aus einer Gruppe von Parametern entnommen, welche das aktuelle Füllgewicht des Gebindes, die vergangene Füllzeit, einen gemessenen oder geschätzten Füllstand im Gebinde, die Schüttguttemperatur, die Umgebungstemperatur, die Schüttgutfeuchte, die Umgebungsfeuchte, die vorausgegangene Standzeit der Packmaschine, die Art des abzufüllenden Schüttguts und andere Messwerte des abzufüllenden Schüttguts und der Umgebung des Schüttguts und der Packmaschine umfasst.
Durch eine solche Weiterbildung wird eine besonders effektive Ausgestaltung ermöglicht. Wird beispielsweise die Standzeit der Packmaschine berücksichtigt, so kann bei einer längeren Standzeit von beispielsweise zwei oder mehr Stunden zunächst eine erhöhte Luftmenge zugeführt werden, bis einige Säcke abgefüllt sind. Auch die Umgebungstemperatur und die Schüttguttemperatur im Produktvorrat haben einen erheblichen Einfluss auf die Fließeigenschaften des Schüttguts, sodass die Berücksichtigung dieser Parameter zu einer deutlichen Verbesserung des Abfüllverhaltens führt. Dadurch können auch die Sauberkeit der Packmaschine und deren Umgebung gesteigert werden, da durch diese Maßnahmen im Normalfall die zugeführte Luftmenge reduziert werden kann.
Produktspezifisch können die Belüftungseinrichtungen auch unterschiedlich betrieben werden.
Es ist möglich und bevorzugt, dass die Steuereinheit dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Belüftung durch das Belüftungsventil vor Beginn des Füllens zu starten. Unter dem Beginn des Füllens wird hier der Start des Förderorgans und/oder das Öffnen der Absperreinrichtung verstanden. Wird beispielsweise vor dem Öffnen der Absperreinrichtung schon etwas Luft dem Schüttgut zugeführt oder z. B. nach einem Stillstand, so verbessern sich die Fließeigenschaften des abzufüllenden Schüttguts, wodurch nachfolgend die zugeführte Luftmenge entsprechend reduziert werden kann. Die Zufuhr kann auch nur von dem Förderorgan z. B. als Druckluftimpuls erfolgen.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der Füllvorgang wenigstens einen Grobstrom und wenigstens einen Feinstrom umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet und eingerichtet, die effektive Luftmenge des Belüftungsventils schon während des Grobstroms oder auch während des Feinstroms zu verringern. In besonders bevorzugten Ausgestaltungen wird die effektive Luftmenge des Belüftungsventils noch während des Grobstroms verringert. Ein Füllvorgang umfasst wenigstens einen Grobstrom und einen danach erfolgenden Feinstrom. Beim Übergang vom Grobstrom zum Feinstrom kann beispielsweise das Absperrventil teilweise geschlossen werden, um den Eintrittsquerschnitt in den Füllkanal hinein oder einen Durchtrittsquerschnitt in dem Füllkanal zu verringern. Möglich ist es auch, dass die Förderleistung der Fördereinrichtung reduziert wird, um eine geringere Menge an Schüttgut zu fördern.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet und eingerichtet, eine Anpassung eines Steuerungsprofils zu bewirken, wenn sich die Füllzeit um ein vorgegebenes Maß ändert. Wird beispielsweise festgestellt, dass sich die Füllzeit verlängert oder verkürzt hat, kann in entsprechender Weise die Luftmenge erhöht oder erniedrigt werden, um beispielsweise eine Anpassung an sich geänderte Umgebungsbedingungen zu erzielen.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass mehrere Belüftungsventile parallel und/oder hintereinander geschaltet sind.
Durch eine Parallelschaltung mehrerer Belüftungsventile kann auf einfache Art und Weise eine stufenweise Variation der Luftmenge erfolgen, auch wenn die einzelnen Belüftungsventile keine proportionale Steuerung eines Belüftungsquerschnitts ermöglichen, sondern nur ein- und ausschaltbar sind.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet und ausgebildet, einen folgenden Füllvorgang in Abhängigkeit von in einer Speichereinrichtung abgelegten historischen Daten zu steuern. Die historischen Daten sind vorzugsweise während wenigstens eines vorhergehenden Füllvorgangs aufgezeichnet worden. Die historischen Daten können direkte Messwerte sein oder aber wenigstens eine abgeleitete Kennzahl. Zur Steuerung eignet sich insbesondere die Totzeit bzw. eine daraus abgeleitete Kennzahl eines vorhergehenden Füllvorgangs. Eine effektive Steuerung wurde auch mit Kennzahlen erzielt, welche die Gewichtssteigung im Grobstrom und/oder die Gewichtssteigung im Feinstrom charakterisieren. Gute Ergebnisse wurden mit einer Kennzahl erreicht, welche das Verhältnis der Gewichtssteigungen im Grobstrom und im Feinstrom charakterisiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde mittels eines Füllvorgangs an einer Packmaschine. Dabei werden die Schüttgüter aus wenigstens einem Produktvorrat einer Packmaschine entnommen. Die Packmaschine umfasst wenigstens eine Fördereinrichtung, wenigstens einen Füllstutzen, wenigstens einer Belüftungseinrichtung mit wenigstens einem Belüftungsventil und wenigstens eine Belüftungsdüse an dem Produktweg zwischen dem Produktvorrat und wenigstens einem Produktausgang. Der Produktausgang ist insbesondere an dem Füllstutzen vorgesehen. Mittels der Fördereinrichtung wird Schüttgut durch wenigstens einen Füllstutzen in das Gebinde befördert. Mittels einer Steuereinheit wird das Belüftungsventil gesteuert, sodass die effektiv durch die Belüftungsdüse durchtretende Luftmenge in einem Zeitabschnitt am Anfang eines Füllvorgangs größer ist als in einem Zeitabschnitt am Ende des Füllvorgangs.
Auch das erfindungsgemäße Verfahren hat viele Vorteile, da es eine effektive und saubere Abfüllung von Schüttgütern in Gebinde ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Luftmenge in dem Zeitabschnitt am Anfang eines Füllvorgangs wenigstens 50% größer und insbesondere wenigstens doppelt so groß wie in dem Zeitabschnitt am Ende des Füllvorgangs. In besonderen Ausgestaltungen ist die Luftmenge am Anfang eines Füllvorgangs wenigstens viermal so groß wie an dem Ende eines Füllvorgangs. In bevorzugten Ausgestaltungen wird die Luft durch das Belüftungsventil während des gesamten Füllvorgangs zugegeben, wenigstens solange wie das Absperrventil geöffnet ist. In der Beruhigungsphase nach der Abschaltung der Fördereinrichtung und/oder nach dem Schließen der Absperreinrichtung wird keine Luft mehr zugeführt. Die Luftmenge kann stufenwiese oder kontinuierlich verändert werden. Der erste Zeitabschnitt am Anfang muss nicht direkt mit Beginn des Füllvorgangs starten. Der oben definierte Zeitabschnitt am Ende des Füllvorgangs kann, muss aber nicht mit dem Ende des Füllens enden. In besonders vorteilhaften Ausgestaltungen umfasst der Füllvorgang wenigstens einen Grobstrom am Anfang und wenigstens einen Feinstrom am Ende des Füllvorgangs. An das Ende des Feinstroms kann sich eine Wartezeit anschließen, um den in Gebinde vorhandenen Überdruck abzubauen.
In allen Ausgestaltungen ist es möglich und bevorzugt, dass wenigstens eine Kennzahl für ein Verhältnis einer Gewichtssteigung innerhalb des Grobstroms zu einer Gewichtssteigerung innerhalb des Feinstroms ermittelt wird. In einfachen Ausgestaltungen entspricht die Kennzahl dem Verhältnis der Gewichtssteigungen in dem Grobstrom und in dem Feinstrom. Dabei ist es möglich, dass die Gewichtssteigung über einen gewissen Zeitanteil des Grobstroms und über einen gewissen Zeitanteil des Feinstroms ermittelt wird. Innerhalb der entsprechenden Zeitabschnitte wird vorzugsweise eine durchschnittliche oder typische Steigung im Grobstrom und eine durchschnittliche oder typische Steigung im Feinstrom ermittelt.
Die Gewichtssteigungen im Grobstrom und im Feinstrom können für sich allein und/oder in Relation zueinander gesetzt werden, um ein Verhältnis bzw. die Kennzahl zu ermitteln. Das Verhältnis bzw. die Kennzahl wird gespeichert. Der folgende Füllvorgang wird vorzugsweise in Abhängigkeit von den gespeicherten Daten gesteuert.
In bevorzugten Ausgestaltungen wird die zugeführte Luftmenge im Zeitabschnitt am Anfang des Füllvorgangs reduziert, wenn die Gewichtssteigung innerhalb des Grobstroms bei der vorhergehenden Füllung ein vorbestimmtes Maß unterschreitet. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass bei der Zufuhr von zu viel Luft der Sackinnendruck so schnell steigt, dass die Materialzufuhr in das Gebinde reduziert wird. Wenn zu viel Luft zugeführt wird, verändert sich zudem das Volumenverhältnis von Produkt zu Luft im Füllkanal ungünstig.
Vorzugsweise wird die Luftmenge in dem Zeitabschnitt am Anfang eines folgenden Füllvorgangs erhöht, wenn die Totzeit am Anfang des aktuellen Füllvorgangs ein vorbestimmtes Maß überschreitet. Die Totzeit gibt die Zeitspanne an, bis eine Gewichtszunahme des Gebindes nach dem Starten des Füllens registriert werden kann. Dies geschieht z. B. wenn das Füllgut schlecht belüftet oder abgestanden ist und somit schlecht fließt.
Weiterhin werden vorzugsweise bei einem folgenden Füllvorgang die zugeführte Luftmenge in einem Zeitabschnitt am Anfang und die zugeführte Luftmenge in einem Zeitabschnitt am Ende angepasst, wenn das Verhältnis der Gewichtssteigungen innerhalb des Grobstroms und innerhalb des Feinstroms bei dem aktuellen Füllvorgang ein vorbestimmtes Maß unterschreiten. Bei einem konkreten Zement hat sich ein Wert von vier als geeignet herausgestellt. Dieser Wert kann bei anderen Produkten anders sein. Wird zu viel Luft zugeführt, so kann im Gewichtsverlauf kein ausgeprägtes Grobstrom- und kein ausgeprägtes Feinstromintervall mehr festgestellt werden und die Zugabe von Luft wird anschließend reduziert.
Wenn der Kennwert einen weiteren vorbestimmten Wert überschreitet, ist es bevorzugt, in wenigstens einem Zeitintervall die zugeführte Luftmenge zu erhöhen, um eine Blockade zu vermeiden. Wird zu wenig Luft zugeführt, droht eine Blockade durch beispielsweise Brückenbildung.
Die Fördereinrichtung kann einen Fülltopf und eine Förderturbine umfassen. Alternativ kann als Förderorgan auch eine Pumpe, eine Schnecke oder eine Schwerkraftförderung eingesetzt werden. In allen Ausgestaltungen ist wenigstens eine Belüftungsdüse vorgesehen, bei der die Luftmenge konstanter eingestellt wird und/oder sogar konstant eingestellt wird und/oder anders gesteuert wird. In einem solchen Fall regelt ein Belüftungsventil die Luftmenge und ein Ventil dient zur konstanten Grundbelüftung.
Für einen anderen Aspekt ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Packmaschine und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, womit eine verbesserte Abfüllung ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Packmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 25. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile vorteilhafte Merkmale und Eigenschaften sind zuvor beschrieben worden.
Eine solche erfindungsgemäße Packmaschine dient zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde. Die Packmaschine umfasst wenigstens einen Produktvorrat, wenigstens eine Fördereinrichtung, wenigstens einen Füllstutzen, wenigstens eine Wägeeinheit, wenigstens eine Steuereinheit und wenigstens eine Speichereinrichtung. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet und eingerichtet, bei einem Füllvorgang wenigstens eine Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts über der Füllzeit in der Speichereinrichtung als historische Daten abzulegen. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet und eingerichtet, einen nachfolgenden Füllvorgang in Abhängigkeit von den historischen in der Speichereinrichtung abgelegten historischen Daten zu steuern.
Die historischen Daten sind insbesondere wenigstens teilweise während eines direkt vorhergehenden Füllvorgangs in der Speichereinrichtung abgelegt worden. Möglich ist es auch, das bei jedem zweiten oder jedem n-ten (n = 1, 2, 3 ...) Füllvorgang die Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts über der Füllzeit in der Speichereinrichtung abgelegt wird. Die Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts kann alle ermittelten Gewichtsdaten umfassen. Möglich ist es auch, dass nur einzelne Daten in der Speichereinrichtung abgelegt werden, die charakteristisch und insbesondere repräsentativ für den Füllvorgang sind. Beispielsweise können typische Steigungen, Gewichtsdaten, Totzeiten und andere Zeitintervalle oder andere aus dem Gewichtsverlauf abgeleitete Daten in der Speichereinrichtung abgelegt werden.
Vorzugsweise ist wenigstens eine Belüftungseinrichtung vorgesehen. Die Belüftungseinrichtung umfasst wenigstens ein Belüftungsventil und wenigstens eine Belüftungsdüse. Die Belüftungsdüse ist vorzugsweise an dem Produktweg zwischen dem Produktvorrat und wenigstens einem Produktausgang vorgesehen. Vorzugsweise ist das Belüftungsventil über eine Steuereinheit steuerbar ausgeführt ist. Die Steuereinheit und das Belüftungsventil sind insbesondere dazu eingerichtet und ausgebildet, die effektiv durch die Belüftungsdüse durchtretende Luftmenge in Abhängigkeit von den in der Speichereinrichtung abgelegten historischen Daten zu steuern.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu eingerichtet und ausgebildet, die Fördereinrichtung in Abhängigkeit von den in der Speichereinrichtung abgelegten historischen Daten zu steuern.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß diesem Aspekt der Aufgabe dient zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde mit einer Packmaschine. Die Packmaschine weist wenigstens einen Produktvorrat, wenigstens eine Fördereinrichtung, wenigstens einen Füllstutzen, wenigstens eine Wägeeinheit, wenigstens eine Steuereinheit und wenigstens eine Speichereinrichtung auf. Ein Füllvorgang wird durch die Steuereinheit gesteuert. Die Steuereinheit legt bei dem Füllvorgang ermittelte charakteristische Daten als historische Daten in der Speichereinrichtung ab. Ein nachfolgender Füllvorgang wird von der Steuereinheit in Abhängigkeit von den in der Speichereinrichtung abgelegten historischen Daten gesteuert.
Eine solche erfindungsgemäße Packmaschine und ein solches erfindungsgemäßes Verfahren hat viele Vorteile. Auf einfache Art und Weise wird eine sich selbst an sich ändernde Betriebsbedingungen anpassende Packmaschine zur Verfügung gestellt. Durch die Ermittlung der Daten und Speicherung im Betrieb kann auch bei hohen und höchsten Leistungszahlen schnell reagiert werden. Auch wenn die Fließfähigkeit abnimmt oder steigt, wird jeweils zuverlässig reagiert. Stillstandzeiten können ebenso berücksichtigt werden. Auch auf einen Materialwechsel wird automatisch reagiert.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, welche mit Bezug auf die beiliegenden Figuren im Folgenden erläutert werden: In den Figuren zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Packmaschine zum Füllen von Ventilsäcken;
2 eine schematische Draufsicht auf die Packmaschine nach 1;
3 eine stark schematische Draufsicht auf die Packmaschine nach 1;
4 einen stark schematischen Querschnitt durch einen Teil der Packmaschine nach 1;
5 eine stark schematische perspektivische Ansicht eines Belüftungsventils;
6 eine schematische Darstellung des Gewichtsverlaufs während eines Füllvorgangs; und
7 eine schematische Darstellung eines Gewichtsverlaufs während eines folgenden Füllvorgangs.
In den 1 bis 3 ist eine Packmaschine 1 abgebildet, die zum Füllen von Schüttgütern in Gebinde 3 dient. Bei der Packmaschine 1 werden Ventilsäcke gefüllt.
Die Packmaschine 1 ist rotierbar ausgeführt und verfügt über mehrere Fülleinheiten 40. Die Zahl der Füllstutzen 7 kann je nach Ausgestaltung der Packmaschine 1 und dem vorgesehenen Einsatzzweck und dem abzufüllenden Material variieren und hier zwischen etwa vier und sechszehn oder mehr betragen. Eine erfindungsgemäße Packmaschine 1 kann aber auch als feststehende Einzelstutzen-Packmaschine oder aber als Reihenpacker mit mehreren Füllstutzen 7 ausgeführt sein. Allen Füllstutzen ist hier insgesamt ein Silo bzw. ein Produktvorrat 4 zugeordnet.
2 zeigt eine Draufsicht und 3 eine schematische Draufsicht auf die Packmaschine 1.
Jede Fülleinheit 40 der rotierbaren Packmaschine aus 1 nimmt einem Tortenstück entsprechend Raum ein. Der zur Verfügung stehende Platzbedarf eines Segmentes 45 ergibt sich aus dem Winkel 44. Bei 12 Füllstutzen sind das 30°. Jede Fülleinheit 40 weist einen Fülltopf 5, einen Füllstutzen 7, einen Sackstuhl 48 und hier jeweils eine Steuereinheit 12 auf. Der Packmaschine 1 ist hier eine Aufsteckeinrichtung 43 mit einem Sackmagazin 46 zugeordnet. Nach dem Aufstecken werden die Gebinde 3 während der kontinuierlichen Rotation gefüllt. Die Packmaschine 1 wird über einen Motor 47 in Drehrichtung 52 angetrieben. Nach der Füllung werden die gefüllten Ventilsäcke 3 von einer Austrageeinrichtung 41 abtransportiert. Jeder Fülleinheit 40 kann eine einzelne Verschließeinrichtung 42 zugeordnet sein oder es ist an der Austrageeinrichtung 41 eine gemeinsame Verschließeinrichtung 42 vorgesehen, um die Sackventile zusätzlich zu verschweißen.
4 zeigt einen stark schematischen Querschnitt eines Teils einer Packmaschine 1 gemäß der 1 bis 3. Oberhalb des Fülltopfes 5 ist schematisch der Produktvorrat 4 eingezeichnet. Der Produktweg 9 ist durch Pfeile schematisch von dem Produktvorrat 4 bis in den Ventilsack bzw. das Gebinde 3 eingezeichnet. Das Schüttgut 2 tritt am Ende des Füllstutzens 7 durch den Produktausgang 11 in das an dem Füllstutzen 7 hängende Gebinde 3 aus. Während des Füllvorgangs wird das Gebinde 3 mit dem sich darin befindenden Schüttgut 2 im Bruttoverfahren über eine Wägeeinheit 21 gewogen.
In den Fülltöpfen 5 ist hier als Fördereinrichtung 6 jeweils eine Förderturbine 6 vorgesehen, die sich hier ebenfalls um eine im Wesentlichen horizontale Achse dreht, sodass die Turbinenschaufeln der Förderturbine 6 das in dem jeweiligen Fülltopf 5 vorgesehene Schüttgut in den Füllkanal 18 transportieren. In anderen Ausführungen kann die Drehachse der Förderturbine 6 geneigt oder auch vertikal ausgerichtet sein. In dem Füllkanal 18 ist eine Absperreinrichtung 22 angeordnet. Die Absperreinrichtung 22 ist hier als Dosiereinrichtung ausgeführt und kann über den Stellzylinder 22a in die Absperrposition und in eine vollständig geöffnete Stellung für den Grobstrom und in eine teilweise geöffnete Stellung für den Feinstrom verbracht werden. Möglich sind auch noch mehr Stellungen, um mehrere Grobströme und/oder Feinströme zu ermöglichen.
Im oberen Bereich des Fülltopfes 5 ist hier schematisch eine Belüftungsdüse 26 eingezeichnet, durch welche eine steuerbare Luftmenge dem Schüttgut 2 im Fülltopf 5 zugeführt wird. Die Luftdüse 26 ist zur Steuerung mit einem Belüftungsventil 8 verbunden. Das Belüftungsventil 8 wird über eine Steuereinheit 12 gesteuert, die wiederum mit einer Speichereinrichtung 50 verbunden ist.
In der Speichereinrichtung 50 werden im Betrieb Daten 51 abgelegt. Abgelegt werden können z. B. Messdaten, die über verschiedene Sensoren während eines Füllvorgangs aufgezeichnet werden. Vorzugsweise wird auch wenigstens eine Kennzahl oder ein Kennwert in der Speichereinrichtung 50 abgelegt. Insbesondere werden mehrere Kennzahlen abgespeichert, die charakteristisch für den Füllvorgang sind.
Besonders eignen sich Messwerte bzw. daraus abgeleitete Kennzahlen, die sich aus dem Gewichtsverlauf während eines Füllvorganges ergeben. So eignen sich in besonderem Maße die aus dem Gewichtsverlauf ermittelte Totzeit zu Beginn eines Füllvorgangs und die charakteristischen Steigungen des Gewichtsverlaufes im Grobstrom und im Feinstrom zur Steuerung nachfolgender Füllvorgänge.
In dem Füllkanal 18 sind hier vor der Absperreinrichtung 22 und danach Belüftungsdüsen 26 angeordnet, die ebenfalls über das Belüftungsventil 8 und die Steuereinheit 12 gesteuert Luft zugeführt bekommen. Möglich ist es auch, dass jeweils separate Belüftungsventile 8 vorgesehen sind. Das bzw. die Belüftungsventile 8 können direkt an der Belüftungsdüse 26 angeordnet sein. Möglich ist aber auch eine zentrale Anordnung für jede Fülleinheit z. B. an dem einer Fülleinheit zugeordneten Steuerschrank. Die Belüftungsdüse 26 wird dann über eine Leitung mit dem Belüftungsventil 8 verbunden. Zeitverzögerungen durch das Volumen der Leitung können vernachlässigt werden.
Jedem Fülltopf 5 bzw. jedem Füllstutzen 7 ist eine Belüftungseinrichtung 20 zugeordnet. Jede Belüftungseinrichtung 20 verfügt über wenigstens ein Belüftungsventil 8, dem jeweils wenigstens eine Belüftungsdüse 26 zugeordnet ist. Die Steuerung des Belüftungsventils 8 erfolgt über eine Steuereinheit 12, die auch den Füllvorgang steuern kann. In der Steuereinheit 12 ist eine Kennlinie 19 für die angeschlossenen Belüftungsventile 8 hinterlegt, um eine proportionale Steuerung zu ermöglichen. Die von der Wägeeinheit 21 erfassten Gewichtsdaten werden in der Speichereinrichtung 50 abgelegt. Alle Messdaten und/oder die daraus ermittelten Kennzahlen 31 werden in der Speichereinrichtung 50 gespeichert. Die Messdaten werden hinsichtlich der Verläufe des Füllgewichts ausgewertet, um insbesondere den folgenden Füllvorgang an die gewonnenen Erkenntnisse anpassen zu können. Gegebenenfalls wird auch die Steuerung des aktuellen Füllvorgangs beispielsweise hinsichtlich der Wartezeit am Ende des Füllvorgangs angepasst.
Neben der Absperreinrichtung 22 führt die Belüftungsdüse 26 über einen ringförmigen Belüftungskanal 25 (vgl. 4) Luft dem Schüttgut 2 zu.
Das an dem Füllstutzen 7 hängende Gebinde 3 wird durch den Produktausgang 11 am Ende des Füllstutzens 7 gefüllt. Im mittleren Bereich des Füllkanals 18 ist an dem Füllstutzen 7 ein Sacktester 49 vorgesehen, welcher vor dem Beginn des Füllens die Anwesenheit eines Sacks testet.
5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Belüftungseinrichtung 20, die ein von der Steuereinheit 12 gesteuertes Belüftungsventil 8, einen ringförmigen Körper 23 mit einem Belüftungskanal 25 und eine Belüftungsdüse 26 umfasst. Der ringförmige Körper 23 weist einen Durchtrittsquerschnitt 24 auf, der an den Innenquerschnitt des Füllkanals 18 angepasst ist. Der Durchtrittsquerschnitt 24 ist von dem Belüftungskanal 25 umgeben. Über den vollständigen Umfang des ringförmigen Belüftungskanals 25 wird Luft dem Schüttgut 2 zugeführt. Dadurch wird insbesondere auch die Wandreibung herabgesetzt.
6 und 7 zeigen zwei nacheinander erfolgende Füllvorgänge 15a und 15b für das jeweilige Abfüllen von Zement als Schüttgut 2. Dabei ist jeweils das Füllgewicht 36a, 36b über der Füllzeit aufgetragen.
In beiden Fällen ist jeweils punktiert der Innendruck 37a, 37b im Gebinde 3 mit aufgetragen, obwohl der Innendruck regelmäßig nicht mit der Packmaschine 1 erfasst wird oder erfasst werden muss. Die Druckkurven 37a und 37b dienen hier zur Erläuterung des Prinzips und zeigen, dass eine Steuerung allein anhand der Gewichtskurven 36a, 36b möglich ist und im Laufe der Füllvorgänge zu hervorragenden Ergebnissen führt. Eine druckabhängige Steuerung während eines Füllvorgangs ist nicht nötig. Ein Drucksensor an jedem Füllstutzen ist nicht erforderlich und kann eingespart werden.
Zunächst ist in 6 ein nicht optimaler Füllvorgang 15a abgebildet, der hier eine absichtlich ungünstige Füllkurve aufweist, um das Prinzip zu erläutern.
Zu Beginn des Füllvorgangs 15a wird die Förderturbine 6 mit der vorgesehenen Betriebsdrehzahl betrieben. Gleichzeitig wird die Absperreinrichtung 22 über den Stellzylinder 22a in die Stellung für den Grobstrom 27a gebracht, in der hier der vollständige Füllkanal 18 freigegeben wird. Am Ende des Grobstroms 27a wird die Absperreinrichtung 22a in die Stellung für den Feinstrom 28a gebracht, in der beispielsweise die Hälfte des Füllkanals 18 verschlossen wird. Der Zeitpunkt für die Umschaltung von dem Grobstrom 27a auf den Feinstrom 28a kann sich beispielsweise durch das abgefüllte Gewicht ergeben, beispielsweise bei 70%, 80% oder 90% des vorgesehenen Sollgewichts.
Zusätzlich eingezeichnet ist die Luftmenge 13a, die hier kontinuierlich während eines vollständigen Zeitabschnitts 14a am Anfang des Füllvorgangs 15a zugegeben wird. Nach dem Ende des Zeitabschnitts 14a wird für den Zeitabschnitt 16a am Ende des Füllvorgangs 15a eine reduzierte Luftmenge 17a kontinuierlich zugeführt.
Wie sich aus der relativ geringen Totzeit 34a am Beginn des Füllvorgangs ergibt, reicht die zugeführte Luftmenge 13a am Anfang des Füllvorgangs 15a jedenfalls zu einer ausreichenden Fluidisierung des Schüttguts 2 aus. Die Totzeit 34a gibt die Zeitspanne an, bis eine Gewichtszunahme des Gebindes 3 registriert werden kann.
Bei der in 6 dargestellten Kurve des Füllgewichts 36a über der Zeit ist die zugeführte Luftmenge 13a hier im Zeitabschnitt 14a zu groß, sodass die Steigerung des Füllgewichts 36a während des Grobstroms 27a relativ gering ist. Das liegt daran, dass zu viel Luft in das Gebinde 3 gelangt ist, sodass die Förderturbine 6 gegen den Fülldruck im Gebinde 3 anarbeiten muss und im Füllkanal 18 zu wenig Material gefördert wird. Deshalb ist die durchschnittliche Gewichtssteigung 32a im Grobstrom 27a bzw. charakteristische Gewichtssteigerung 32a im Grobstrom 27a relativ gering, was die Fülldauer vergrößert. Außerdem steigt der hier exemplarisch mit eingezeichnete Innendruck 37a im Gebinde 3 stark an und verbleibt auf hohem Niveau.
Am Ende des Zeitabschnitts 14a wird die zugeführte Luftmenge 13a reduziert, sodass eine Luftmenge 17a im Zeitabschnitt 16a zugeführt wird. Die Reduktion der Luftmenge von 13a auf 17a ist aber relativ gering, sodass auch weiterhin noch ein erheblicher Luftanteil in das Gebinde 3 eingeführt wird. Das führt dazu, dass sich die Steigung des abgefüllten Füllgewichts 36a über der Zeit im Feinstrom 28a nicht wesentlich ändert. Ein Unterschied der Steigungsverläufe 32a und 33a ist nicht klar erkennbar. Das bedeutet, dass das Verhältnis der Gewichtssteigung 32a im Grobstrom 27a und der Gewichtssteigung 33a im Feinstrom 28a relativ klein ist.
Auch im Feinstrom 28a verbleibt der hier exemplarisch gemessene Innendruck 37a auf einem hohen Niveau und sinkt relativ wenig. Am Ende des Feinstroms 28a liegt immer noch ein erheblicher Sackinnendruck 37a vor, sodass eine erhebliche Wartezeit nach dem Ende des Zeitabschnitts 16a vorgesehen werden muss, bis das Gebinde abgenommen werden kann. Auch zu dem normalerweise vorgesehenen Abnahmezeitpunkt 10a liegt noch ein relativ hoher Innendruck 37a vor, der immer noch zu einer Verschmutzung der Umgebung der Packmaschine 1 führen könnte. Deshalb wird bei Messung eines Gewichtsverlaufes 36a, wie er in 6 dargestellt ist, die Wartezeit nach dem Ende des Feinstroms 28a, bis ein Sack 3 abgenommen wird, noch dynamisch vergrößert, um eine Verschmutzung der Umgebung sicher zu vermeiden. Hier wird der Sack 3 erst zum Zeitpunkt 10a' statt des Zeitpunktes 10a abgenommen. Die Wartezeit bis zur Abnahme wird z. B. um einen gewissen Prozentsatz erhöht, wenn eine in 6 dargestellte Gewichtskurve 36a ermittelt wird.
Der Verlauf des Füllgewichts 36a über der Zeit wird schon während des Füllvorgangs 15a oder auch danach noch weiter ausgewertet. Insbesondere wird die Totzeit 34a und weitere charakteristische Steigungswerte für die Gewichtssteigung 32a im Grobstrom und die Gewichtssteigung 33a im Feinstrom aus dem ermittelten Verlauf des Füllgewichts 36a als Kennzahlen 31 abgeleitet. Es werden wenigstens die Kennzahlen 31 (34a, 23a, 33a) als Daten 51 in der Speichereinrichtung 50 abgelegt. Es können auch sämtliche Messdaten oder ein Teil davon abgespeichert werden.
Das im Fall des Füllvorgangs 15a geringe Verhältnis der Steigungen 32a zu 33a ist hier ein deutliches Zeichen dafür, dass zu viel Luft zur Abfüllung des Zements zugegeben wurde. Ein idealer Kurvenverlauf ist von dem abzufüllenden Schüttgut abhängig.
Da das Verhältnis der Steigungen 32a zu 33a kleiner als gewünscht ist, wird für den folgenden Füllvorgang 15b ein geändertes Steuerungsprofil 29b vorgesehen. Dabei wird jedenfalls eine der Luftmengen 13b, 17b verändert, um die Füllkurve zu optimieren. Hier wird die Zeitdauer für das erste Zeitintervall 14b reduziert und das zweite Zeitintervall 16b angepasst. Weiterhin werden hier beide Luftmengen 13b und 17b reduziert. Insbesondere wird auch das Verhältnis der Luftmenge 13b zur Luftmenge 17b erheblich vergrößert. Die insgesamt zugeführte Luftmenge (Fläche unterhalb der Luftmengenkurve) wird dadurch wesentlich verringert.
7 zeigt eine Darstellung des Füllvorgangs 15b über der Zeit, wobei ebenfalls das Füllgewicht 36b über der Zeit aufgetragen ist. Auch hier ist zu Informationszwecken der Innendruck 37b im Gebinde 3 mit aufgetragen. Die Kenntnis des Innendrucks ist zur Steuerung der Luftmenge 13b, 17b aber nicht nötig.
Klar erkennbar ist, dass die Gewichtssteigung 32b im Grobstrom 27b deutlich stärker ist als die Gewichtssteigung 33b im Feinstrom 28b. Der Bereich des Grobstroms 27b und der Bereich des Feinstroms 28b sind optisch deutlich unterscheidbar. Durch die flachere Steigung im Feinstrom 28b wird auch die Gewichtsgenauigkeit verbessert. Weiterhin ist die gesamte Füllzeit 30b erheblich geringer als die Füllzeit 30a bei dem Füllvorgang 15a gemäß 6.
Wesentlich ist vor allem, dass zum Abnahmezeitpunkt 10b schon ein sehr geringer Innendruck 37b im Gebinde vorherrscht, sodass eine Verschmutzung der Umgebung erheblich reduziert wird. Gleichzeitig wird aber die Füllzeit 30b nicht vergrößert, sondern kann gegenüber der Füllzeit 30a deutlich verringert werden.
Das liegt hier an verschiedenen Faktoren. Die Luftmenge 13b im Zeitabschnitt 14b am Anfang des Füllvorgangs 15b ist gegenüber der Luftmenge 13a aus 6 etwas reduziert. Außerdem ist die Länge des Zeitintervalls 14b erheblich reduziert, sodass die innerhalb des Zeitintervalls 14b zugegebene gesamte Luftmenge erheblich kleiner ist als die innerhalb des Zeitintervalls 14a insgesamt zugegebene Luftmenge im Füllvorgang 15a nach 6. Weiterhin wird bei dem in 7 dargestellten Füllvorgang 15b die Luftmenge 13b im Zeitabschnitt 16b am Ende des Füllvorgangs 15b erheblich stärker reduziert als bei dem Füllvorgang 15a gemäß 6. Bei dem Füllvorgang 15b wird die Luftmenge 17b auf ein Drittel oder ein Viertel der Luftmenge 13b im Zeitabschnitt 14b eingestellt. Der Übergang von der Luftmenge 13b auf die Luftmenge 17b kann auch kontinuierlich erfolgen. Durch diese Maßnahmen wird sehr viel weniger Luft in den Sack eingebracht als bei dem Füllvorgang 15a gemäß 6. Das führt zu einer erheblich flacheren Druckkurve des Innendrucks 37b im Gebinde 3. Bei dem Füllvorgang 15b ist selbst am Ende des Feinstroms 28b der Innendruck 37b im Gebinde 3 geringer als am vorgesehenen Abnahmezeitpunkt 10a beim Füllvorgang 15a nach 6. Das führt dazu, dass nach einer kürzeren Wartezeit zum Abnahmezeitpunkt 10b der Innendruck 37b weiter abgesunken ist. Zum Abnahmezeitpunkt 10b kann der Austritt von Schüttgut 2 aus dem Inneren des Gebindes 3 nach außen sicher verhindert werden.
Dadurch kann die Sauberkeit der Packmaschine 1 und deren Umgebung erheblich gesteigert werden. Ein Einsatz von Drucksensoren ist dabei nicht nötig, da anhand des Gewichtsverlaufs des Füllgewichts 36a, 36b über der Zeit auf den vorhandenen Innendruck zurückgeschlossen werden kann, ohne die Innendrücke diesen messen zu müssen.
Die in 6 und 7 dargestellten Verläufe der Innendrücke 37a, 37b dienen deshalb der Illustration. Die Drucksensoren sind nicht notwendiger Bestandteil der Packmaschine 1.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Verhältnis der Gewichtssteigerung 32 im Grobstrom 27 zu der Gewichtssteigerung 33 im Feinstrom 28 von mehr als drei und insbesondere mehr als vier zu vorteilhaften Füllvorgängen führt. Deshalb werden in Abhängigkeit der tatsächlichen Gewichtsverläufe 36a, 36b die Luftmengen 13, 17 und gegebenenfalls die Zeitdauern der entsprechenden Intervalle 14, 16 angepasst, um nachfolgend besser angepasste Füllkurven zu erhalten. Bei der Anpassung kann nicht nur der jeweils direkt vorhergehende Füllvorgang berücksichtigt werden, sondern es können auch mehrere vorhergehende Füllvorgänge z. B. gleich oder auch unterschiedlich gewichtet berücksichtigt werden.
Insgesamt kann die Sauberkeit der Anlage stark gesteigert werden. Gleichzeitig kann sogar die Füllzeit reduziert werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass auch bei ungünstigen Startbedingungen oder auch Umgebungsbedingungen automatisch auf die sich ändernden Schüttgutbedingungen und auf das sich ändernde Fließverhalten reagiert werden kann und reagiert wird. Hat die Packmaschine 1 oder einer der Füllstutzen 7 beispielsweise mehrere Stunden oder Tage gestanden, bis eine weitere Abfüllung stattfindet, und liegen beispielsweise geringe Außentemperaturen vor, so wird durch Zugabe von mehr Luft zu Beginn eines Füllvorgangs das Fließverhalten an diesem Füllstutzen 7 verbessert. Nach der Abfüllung einiger Gebinde 3 wird die Zugabe von Luft automatisch reduziert, da anhand der Auswertung des Füllgewichts über der Zeit eine automatische Anpassung erfolgt.
Bezugszeichenliste

1: Packmaschine
2: Schüttgüter
3: Gebinde
4: Produktvorrat, Silo
5: Fülltopf
6: Förderturbine
7: Füllstutzen
8: Belüftungsventil
9: Produktweg
10a, 10b: Abnahmezeitpunkt
11: Produktausgang
12: Steuereinheit
13a, 13b: Luftmenge
14a, 14b: Zeitabschnitt
15a, 15b: Füllvorgang
16a, 16b: Zeitabschnitt
17a, 17b: Luftmenge
18: Füllkanal
19: Kennlinie
20: Belüftungseinrichtung
21: Wägeeinheit
22: Absperreinrichtung
22a: Stellzylinder
23: Körper
24: Durchtrittsquerschnitt
25: Belüftungskanal
26: Belüftungsdüse
27a, 27b: Grobstrom
28a, 28b: Feinstrom
29a, 29b: Steuerungsprofil
30a, 30b: Füllzeit
31: Kennzahl, Verhältnis
32a, 32b: Gewichtssteigung
33a, 33b: Gewichtssteigung
34a, 34b: Totzeit
36a, 36b: Füllgewicht
37a, 37b: Innendruck
40: Fülleinheit
41: Austrageeinrichtung
42: Verschließeinrichtung
43: Aufsteckeinrichtung
44: Winkel
45: Segment
46: Sackmagazin
47: Antrieb
48: Sackstuhl
49: Sacktester
50: Speichereinrichtung
51: Daten
52: Drehrichtung
60: Fördereinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4100658 C2 [0005]
EP 1860027 B1 [0006, 0008]

Claims

Packmaschine (1) zum Füllen von Schüttgütern (2) in Gebinde (3), mit wenigstens einem Produktvorrat (4), wenigstens einer Fördereinrichtung (60), wenigstens einem Füllstutzen (7), wenigstens einer Belüftungseinrichtung (20) mit wenigstens einem Belüftungsventil (8) und wenigstens einer Belüftungsdüse (26) an dem Produktweg (9) zwischen dem Produktvorrat (4) und wenigstens einem Produktausgang (11), dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (8) über eine Steuereinheit (12) steuerbar ausgeführt ist und dass die Steuereinheit (12) und das Belüftungsventil (8) dazu eingerichtet und ausgebildet sind, die effektiv durch die Belüftungsdüse (26) durchtretende Luftmenge (13) in einem Zeitabschnitt (14) am Anfang eines Füllvorgangs (15) größer einzustellen als in einem Zeitabschnitt (16) am Ende des Füllvorgangs (15).
Packmaschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts (36) über der Füllzeit in einer Speichereinrichtung (50) als historische Daten (51) abgelegt wird und wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Steuerung des Belüftungsventils (8) bei einem folgenden Füllvorgang in Abhängigkeit von den historischen Daten (51) zu verändern.
Packmaschine (1) nach dem Anspruch 2 und/oder 4, wobei das Belüftungsventil (8) als ein Proportionalventil ausgebildet ist und/oder wobei ein Belüftungsquerschnitt des Belüftungsventils (8) in einer Vielzahl von Stufen einstellbar ist.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kennlinie (19) des Belüftungsventils (8) in der Steuereinheit (12) hinterlegt ist.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, den effektiven Belüftungsquerschnitt des Belüftungsventils (8) über wenigstens ein Pulsweitenmodulationsverfahren einzustellen.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Füllstutzen (7) ein Wägeeinheit (21) zugeordnet ist, um ein Maß für ein Gewicht des zugeordneten Gebindes (3) zu erfassen.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Belüftungsdüse (8) an dem Füllkanal (18) zwischen der Fördereinrichtung (60) und dem Produktausgang (11) des Füllstutzens (7) vorgesehen ist.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Belüftungsdüse (8) einen ringförmigen Körper (23) mit einem inneren Durchtrittsquerschnitt (24) und wenigstens einen den Durchtrittsquerschnitt (24) wenigstens teilweise umgebenden Belüftungskanal (25) aufweist.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei Belüftungseinrichtungen (20) vorgesehen sind und/oder wobei wenigstens eine Belüftungseinrichtung (20) mit wenigstens zwei Belüftungsdüsen (8) vorgesehen ist.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die Luftmenge (13) durch das Belüftungsventil (8) in Abhängigkeit von wenigstens einem Parameter zu steuern, welcher Parameter aus einer Gruppe von Parametern entnommen ist, welche das Füllgewicht (36), die vergangene Füllzeit, einen gemessenen oder geschätzten Füllstand im Gebinde, die Schüttguttemperatur, die Umgebungstemperatur, die Schüttgutfeuchte, die Umgebungsfeuchte, die vorausgegangene Standzeit der Packmaschine, die Art des abzufüllenden Schüttguts (2) und andere Messwerte des abzufüllenden Schüttgutes (2) und historische Daten (51) wenigstens eines vergangenen Füllvorgangs umfasst.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die Belüftung vor Beginn des Füllens zu starten.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllvorgang wenigstens einen Grobstrom (27) und wenigstens einen Feinstrom (28) umfasst und wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, die effektive Luftmenge (13) des Belüftungsventils (8) während des Grobstroms (27) und/oder während des Feinstroms (28) zu verringern.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, eine Anpassung eines Steuerungsprofils (29) für einen folgenden Füllvorgang zu bewirken, wenn sich die Füllzeit (30) eines vorhergehenden Füllvorgangs um ein vorgegebenes Maß verändert.
Packmaschine (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mehrere Belüftungsventile (8) parallel und/oder hintereinander geschaltet sind.
Packmaschine (1) zum Füllen von Schüttgütern (2) in Gebinde (3), mit wenigstens einem Produktvorrat (4), wenigstens einer Fördereinrichtung (60), wenigstens einem Füllstutzen (7), wenigstens einer Wägeeinheit, wenigstens einer Steuereinheit (12) und wenigstens einer Speichereinrichtung (50), wobei die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, bei einem Füllvorgang wenigstens eine Charakteristik des Verlaufs des Füllgewichts (36) über der Füllzeit in der Speichereinrichtung (50) als historische Daten (51) abzulegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) dazu ausgebildet und eingerichtet ist, einen nachfolgenden Füllvorgang in Abhängigkeit von den historischen Daten (51) zu steuern.
Packmaschine (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei wenigstens eine Belüftungseinrichtung (20) mit wenigstens einem Belüftungsventil (8) und wenigstens einer Belüftungsdüse (26) an dem Produktweg (9) zwischen dem Produktvorrat (4) und wenigstens einem Produktausgang (11) vorgesehen ist und wobei das Belüftungsventil (8) über eine Steuereinheit (12) steuerbar ausgeführt ist und wobei die Steuereinheit (12) und das Belüftungsventil (8) dazu eingerichtet und ausgebildet sind, die effektiv durch die Belüftungsdüse (26) durchtretende Luftmenge (13) in Abhängigkeit von den historischen Daten (51) zu steuern.
Packmaschine (1) nach einem der vorhergehenden beiden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die Fördereinrichtung (60) in Abhängigkeit von den historischen Daten (51) zu steuern.
Verfahren zum Füllen von Schüttgütern (2) in Gebinde (3) mit einem Füllvorgang (15) an einer Packmaschine (1), wobei die wenigstens einen Produktvorrat (4), wenigstens eine Fördereinrichtung (60), wenigstens einen Füllstutzen (7), wenigstens eine Belüftungseinrichtung (20) mit wenigstens einem Belüftungsventil (8) und wenigstens einer Belüftungsdüse (26) an dem Produktweg (9) zwischen dem Produktvorrat (4) und wenigstens einem Produktausgang (11) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (12) das Belüftungsventil (8) steuert, sodass die effektiv durch die Belüftungsdüse (8) durchtretende Luftmenge (13) in einem Zeitabschnitt (14) am Anfang eines Füllvorgangs (15) größer ist als in einem Zeitabschnitt (16) am Ende des Füllvorgangs (15)
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Luftmenge (13) in dem Zeitabschnitt (14) am Anfang eines Füllvorgangs (15) wenigstens 50% größer und insbesondere wenigstens doppelt so groß ist wie in dem Zeitabschnitt (16) am Ende des Füllvorgangs (15).
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Füllvorgang (15) wenigstens einen Grobstrom (27) am Anfang und wenigstens einen Feinstrom (28) am Ende des Füllvorgangs (15) umfasst.
Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kennzahl (31) für ein Verhältnis einer Gewichtssteigung (32) innerhalb des Grobstroms (27) zu einer Gewichtssteigung (33) innerhalb des Feinstroms (28) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Totzeit (34) zu Beginn eines Füllvorgangs ermittelt wird.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Luftmenge (13) eines folgenden Füllvorgangs (15) in wenigstens einem Zeitabschnitt (14, 16) erhöht wird, wenn während wenigstens eines vorherigen Füllvorgangs die Kennzahl (31) ein vorbestimmtes Maß unterschritten hat und/oder wenn die Totzeit (34) eine vorbestimmte Zeitspanne überschritten hat.
Verfahren nach einem der sechs vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (12) das Belüftungsventil (8) in Abhängigkeit von wenigstens einem vorhergehenden Füllvorgang steuert.
Verfahren zum Füllen von Schüttgütern (2) in Gebinde (3) mit einem Füllvorgang (15) an einer Packmaschine (1), wobei die Packmaschine (1) wenigstens einen Produktvorrat (4), wenigstens eine Fördereinrichtung (60), wenigstens einen Füllstutzen (7), wenigstens eine Wägeeinheit (21), wenigstens eine Steuereinheit (12) und wenigstens eine Speichereinrichtung (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) bei dem Füllvorgang (15a) ermittelte charakteristische Daten als historische Daten (51) in der Speichereinrichtung (50) ablegt und einen nachfolgenden Füllvorgang (15b) in Abhängigkeit von den historischen Daten (51) steuert.