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Beschreibung:
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abmessung eines
vörgegebenen Volumens an schüttfähigem Gut (Produkt), insbesondere für Verpackungsanlagen,
mit einem Meßbecher und einer Zuführeinrichtung zum Zuführen des Produktes zum Meßbecher.
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Die Aufgabe, schüttfähiges Gut.in kl-einere Portionen aufzuteilen,
besteht insbesondere in der Verpackungstechnik. Dabei muß das Produkt oft schonend
behandelt werden, um Beschädigungen desselben zu vermeiden. Dies gilt z.B. für sogenannte
Snackprodukte, wie Kärtoffelchips und dergleichen.
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Bei hohen Anforderungen an die Produktschonung wurde bisher das Wiegeverfahren
angewendet. Bei diesem Verfahren wird nicht das Produktvolumen gemessen, sondern
dessen Gewicht. Dieses Verfahren ist jedoch wesentlich zeitaufwendiger als die Volumendosierung
Bei bekannten Volumendosierungen wird das Produkt mechanisch beansprucht. Beim Abstreichen
eines Meßbechers werden einzelne Produktteilchen eingeklemmt und können dabei beschädigt
werden. Bei der Volumendosierung-mittels einer Art
Pumpe wird das
Produkt ebenfalls stark beansprucht. Das gleiche gilt bei der Verwendung von Dosierschnecken.
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Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art, also eine Vorrichtung zur Volunicndosierung so auszubilden, daß das
Produkt nicht stärker beansprucht wird als bei einer Abbiegung.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Meßbecher
eine die Füllhöhe berührungslos abtastende Sonde zugeordnet ist und daß die Zuführeinrichtung
eine Schütteinrichtung ist, deren Schüttung stillgesetzt wird, wenn die Sonde das
Erreichen einer gewünschten Füllhöhe im Meßbecher anzeigt.
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Bei einer so ausgebildeten Vorrichtung wird das Produkt ebenso schonend
behandelt wie in einer Wiegeeinrichtung, jedoch läßt sich die Dosierung wesentlich
schneller durchführen als beim Abwiegen, da die Füllhöhenregistrierung praktisch
verzögerungsfrei erfolgt und deshalb sofort auf die Zuführeinrichtung eingewirkt
werden kann. Im Vergleich mit einer Wiegeeinrichtung wird deshalb die Dosiergeschwindigkeit
stark erhöht, so daß man bei einer vorgegebenen Taktzeit einer nachgeschalteten
Verpackungsmaschine, z . B. einer Schlau.chbeutelmaschine,nur einen oder wenige
Meßbecher benötigt.
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Als besonders vorteilhaft hat sich eine Infrarotsonde erwiesen. Eine
solche Sonde arbeitet störungsfrei und genau. Besonders vorteilhaft ist es, die
Sonde mit einer Schutzeinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4 zu versehen. Dadurch
wird ein Verstauben der Abstrahlungsfläche vermieden und so auch bei der Dosierung
von stark staubende Produkt ein störungsfreier Betrieb gewährleistet.
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Der Meßbecher hat vorzugsweise als Boden eine Klappe (Anspruch 5).
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Man ermöglicht damit bei einfacher Konstruktion eine das I s)cinkt
schonende Entleerung. Eine Entleerung könnte aber auch auf andere Weise erfolgen,
z.B. durch Kippen des Meßbechers.
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Mit einem teleskopartig ausgebildeten Meßbecher nach Anspruch 6 kann
man das zu dosierende Volumen bequem-ändernt ohne daß an der Füllhöhenabtastung
manipuliert werden muß. Man kann aber auch die Sonde höhenverstellbar anordnen.
In diesem Fall kann ein unveränderlicher Meßbecher verwendet werden.
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Durch eine Zuführeinrichtung mit Grobdosierung und Feindosierung gemäß
Anspruch 8 wird der Füllvorgang für den Meßbecher stark beschleunigt, so daß der
Durchsatz der Vorrichtung insgesamt erhöht wird.
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Besonders vorteilhaft ist eine Schütteinrichtung mi.t Vibrationsrinnen
(Anspruch 9). Solche Vibrationsrinnen sind an sich bekannt von Wiegeeinrichtungen
her, eignen sich jedoch auch gut im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Volumendosierung.
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Ein besonders rasches Dosieren ist möglich, wenn eine erste Vibrationsrinne
für die Grobdosierung und eine zweite Vibrationsrinne für die Feindosierung verwendet
wird (Anspruch.10).
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Eine besonders vorteilhaf-te konstruktive Anordnung hierfür ist im
Anspruch 11 angegeben. Zweckmäßig ist es auch, den Zufluß zur Vibrationsrinne mit
einer E'inrichtung'gem'äßAnspruch 12 zu überwachen. Diese .Überwachung stellt eine
Niveauregelung dar.
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Es können auch andere Fördermittel als Vibrationsrinnen verwendet
werden, z.B. Förderbänder oder Schneckenförderer.
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Die Vibrationsrinnen können sowohl derart gesteuert werden, dal3 sie
ein- und ausgeschaltet werden, als auch dadurch, daßdie Vibrationsgeschwindi.gkeit
verändert wird (Anspruch 13).
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Die Zusatzeinrichtung gemäß Anspruch t4 hat den Vorteil, daß die Zuführung
von Produkt rasch gestoppt werden kann und daß im Zeitraum zwischen der vollständigen
Füllung des Meßbechers und seiner Entleerung Produkt aufgefangen werden kann, das
dann später rasch in den Meßbecher abgegeben wird. Dadurch wird eine I.eistungserhöhung
erreicht, da die Zeit bis zur erneuten vollständigen
Füllung des
Meßbechers abyekürzt wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Dosierung-
in mehreren Meßbechern gemäß Anspruch 15 durch einen Prozeßrechner koordiniert.
Man kann damit eine Anlage mit mehreren Meßbechern optimal ausnutzen.
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In der Zeichnung sind Ausführullgsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 teils in Seitenansicht, teils im Vertikalschnitt
eine Volumendosiervorrichtung, Fig. 2 in perspektivischer, vergrößerter Darstellung''
eine Infrarotsonde Fig. 3 -die Seitenansicht einer Zuführeinrichtung -mit Vibrationsrinnen
für Grobdosierung und Feindosierung, Fig. 4 eine Draufsicht auf die Rinnen entsprechend
dem Pfeil IV in Fig. 3 und Fig. 5 einen, teleskopartig ausgeb-ildeten Meßbecher
mit zugeordneten Organen..
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Die insgesamt mit D bezeichnete Volumendosiervorrichtung ist an eine
strichpunktiert angedeutete Verpackungsmaschine V angebaut, z.B. eine Schlauchbeutelmaschine.
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Die Volumendosiervorrichtung hat eine insgesamt mit 1 b&-zèichnetez
-ühreinrichtung und einen insgesamt mit 2 zeichneten Meßbecher, dem eine Infrarotsonde
3 zugeordnet ist.
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Abzufüllendes Produkt befindet sich in einem Vorratsbehälter 4, der
eine untere Austrittsöffnung 4a hat. Die Austrittsöffnung 4a mündet in eine Abzugsrihrne
5, die mittels eines Vibrationsantriebes 6 in horizontale Schwingungen derart versetzt
werden kann, daß auf der Rinne 5befindlicheis Produkt .in Richtung des Pfeiles 7
gefördert wird.
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Am Ende der Abzugsrinne 5 befindet sich ein Element 8 zur Abfrage
des Füllstandes in einer nachfolgenden Dosierrinne 9.
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Durch das Element 8 kann eine Kapazität oder ein elektrischer
Widerstand
verändert werden, wodurch entsprechende Verstellvorgänge ausgelöst werden.
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Auch der Dosierrinne 9 ist ein Vibrationsantri-eb 10 zugrorinet, mit
dem die Rinne 9 in horizontale Schwingungen solcher Form versetzt wird, daß auf
ihr befindliches Produkt in Richtung des Pfeiles 11 gefördert wird.
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Am vorderen Ende der Dosierrinne 9 befindet sich eine Abspterrklappe
12, die um eine Achse 13 verschwenkbar ist. Eine Schließstellung ist- mit ausgezogenen
Linien und eine Offnungsstellung mit strichpunktierten Linien gezeichnet. Die Dosierrinne
9 mündet in einen Obergangstrichter 14, der in den zylindrischen Meßbecher 2 mündet.
Der Meßbecher 2 ist unten durch eine Bodenklappe 15 verschlossen. Die Klappe 15
ist um eine Achse 16 schwenkbar. Die Schließstellung der Klappe ist mit ausgezogenen
Linien und die öffnungsstellung mit strichpunktierten Linien gezeichnet. Das untere
Ende des Meßbechers 2 mündet in einen Trichter 17, der zu der Verpackungsmaschine
V führt. Aus dem Trichter 17 gelangt das aus dem Meßbecher herausfallende Produkt
in ein Füllrohr 18 der Verpackungsmaschine.
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Die Infrarotsonde 3 soll nachfolgend anhand der Fig. 2 genauer betrachtet
werden. Die Infrarotsonde hat einen Sondenkörper 19, an dessen einem Ende sich eine
Abstrahlungsfläche 20 befindet, von der infrarote Strahlung ausgesendet wird. Vom
hinteren Ende des Sondenkörpers 19 geht ein Kabel 21 aus, das zu einer elektronischen
Steuereinrichtung führt, die-in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
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Auf das vordere Ende des Sondenkörpers 19 ist eine Schutzhülse 22
aufgeschoben, deren vorderer Rand' 22a einen relativ großen Abstand von der' Abstrahlungsfläche
20 hat. An der Schutzhülse 22 befindet sich ein Stutzen 23 für den Anschluß einer
Druckluftleitung 24. Der Stutzen liegt im Bereich zwischen dem vorderen Rand 22a
der Schutzhülse 22 und der Abstrahlungsfläche 20.
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Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Von der Infrarotsonde 3 wird ständig
infrarote Strahlung nach unten ausgesendet. Diese
Strahlung wird
von der Oberfläche 25a des Produktes 25 reflektiert, was eine Meßgröße für den Abstand
der Abstrahlungsfläche von der Produktoberfläche 25a ergibt. Diese teßgröXe wird
in einem Steuergerät 26 verarbeitet. Das Steuergerät wirkt auf eine Antriebseinrichtung
für die Absperrklappe 12, sowie auf den Vibrationsantrieb 10 ein. Wenn eine 3gewünschte
ivillhöhe erreicht ist, wird die Absperrklappe 12 in die mit ausgezo.genen Linien
gezeichnete Schließstellung gebracht und der Vibrat-ionsantrieb 10 stillgesetzt.
Wenn von der Verpackungsmaschine V eine weitere Portion angefordert wird, öffnet
sich die Bodenklappe 15 und das Produkt 25 fällt in das Füllrohr 18 der Verpackungsmaschine.
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Das Element 8 tastet den Füllzustand in der Dosierrinne 9 ab. Wenn
festgestellt wird, daß der produktstand auf ein Minimum abgesunken ist, wird die
Abzugsrinne 5 in Bewegung gesetzt, bis die Rinne 9 zu einem Maximumstand aufgefüllt
ist.
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Während die Absperrklappe 12 geschlossen ist (in Fig. 1 mit ausgezogenen
Linien dargestellt), füllt sich der Hohlraum der als Becher ausgebildeten Klappe
mit Produkt, das weiterhin von der Vibrationsrinne 9 abgegeben wird. Wenn nach Entleerung
des Meßbechers 2 ein neuer Dosiervorgang eingeleitet wird, wird die Absperrklappe
in die strichpunktiert gezeichnete Lage bewegt, wobei der Inhalt der Absperrklappe
12 plötzlich in den Meßbecher 2 abgegeben wird, wodurch dieser sehr rasch bis zu
einer bestimmten Höhe füllt wird. Die Absperrklappe 12 hat also eine Doppelfunktion,
nämlich einmal die Funktion, die weitere Produktzuführung abzuschließen und so ein
Nachrieseln von Produkt zu verhindern, und zum anderen die Funktion,- den Füllvorgang
bei der Abmessung eines neuen Volumens zu verkürzen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sei angenommen, daß die Infrarotsonde
3 höhenverstellbar ist. Wenn das Produktvolumen größer werden soll, wird die Sonde
nach oben verstellt. Statt- & dessen kann auch eine Vorrichtung verwendet werden,
wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Der hier mit 2' bezeichnete Meßbecher hat einen
Unterteil 27 und einen Oberteil 28. Der Oberteil 28 greift teleskopartig in den
Unterteil 27 ein. Der Oberteil 28 ist an einer symbolisch durch einen Strich 29
angedeuteten Halteeinrichtung befestigt, die höhenverschiebbar
ist,
wie durch den Doppelpfeil 30 angedeutet. An den Oberteil 28 schließt ein-Obergangstrichter
19' an. Am Übergangstrichter ist wieder eine Infrarotsonde 3 befestigt. Sie wird
relativ zum Oberteil 28 des MeßbecherS 2' nicht versch'oben; ihr Abstand zum Unterteil
27 des Meßbechers ändert sich mit'der Höhenverstellung des tteßbecher-Oberteiles
28. Auch der Meßbecher 2' ist mittels einer Bodenklappe 15 abgeschlossen.
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Die Abstrahlungsfläche -20 der Infrarotsonde 3 wird dadurch staubfrei
gehalten, daß über die Druckluftleitung 24 ständig Luft eingeführt wird, die entsprechend
dem Pfeil 31 aus der Schutzhülse 22 austritt. Dadurch wird in der Schutzhülse ein.
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Druck aufrechterhalten, der ein wenig höher ist als der Umgebungsdruck,
so daß Staub nicht in die Hülse eindringen kann.
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Bei der Zuführeinrichtung 1' nach den, Fig., 3 und 4 sind anstelle
einer Rinne (Fig. 1) zwei Rinnen 32 und 33 verwendet. Die Rinne 32 dient für die
Grobdosierung und die Rinne 33 für die Feindosierung. Wie Fig. 4 zeigt, ist die
Rinne 32 breiter als die Rinne 33. Die Rinne 32 hat über ihre gesamte Länge eine
gleichbleibende Breite. Die Rinne 33 jedoch hat einen vorderen schmalen Bereich
33a, einen Verengungsbereich 33b und einen hinteren breiten Bereich 33', der aber
immer noch schmäler ist als die Rinne 32 Auch diese Anordnung hat eine Suführrinne
5 und ein Element 8 für die Füllstandsabfrage. Jede Rinne hat einen Vibrationsantrieb
6 bzw. -34 bzw. 35 Die Zuführung von Produkt 25 über die Abzugsrinne 5 und das Element
8 in die Rinne 33 erfolgt in gleicher Weise, wie dies bereits beschrieben wurde.
In dem hinteren Bereich 33c der Rinne 33, der auch höhere Seitenwände als der Übergangsbereich
33b und der vordere Bereich 33a hat, befindet sich das Produkt 25 im allgemeinen
auf einem Niveau, das höher ist als das Niveau in den vorderen Bereichen der Rinne.
Dort nämlich fällt das Produkt'tei'lweise über die Seitenwände der Rinne nach unten,
wie dies durch Pfeile 36 angedeutet ist-. Nur ein relativ kleiner Teil des zugeführten
Produktes gelangt in dem schmalen Rinnenbe-
reich 33a bis andas
vordere Ende. Wegen der wesentlich größeren Breite der unteren Rinne 32 fällt über
deren Ende mehr Produkt in einen Übergangstrichter 14', als von der oberen Rinne
33.
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In einer ersten Phase der Füllung eines Meßbechers wird dieser hauptsächlich
von der Rinne 32 aus gefüllt. Wenn sich der Füllstand dem gewünschten Niveau annähert,
wird die Grobdosierung durch Stillsetzung der Rinne 32 abgestellt und nur-noch mit
Hilfe der Rinne 33 nachgeschüttet, bis der gewünschte Füllstand erreicht ist, wonach
über-die Infratosonde 3 die Stillsetzung auch dieser Rinne bewirkt wird.
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Bei der Zuführeinrichtung'nach den Fig. 3 und 4 ist eine Absperrklappe
am vorderen Ende der Rinnen 32 und 33 nicht vorhanden. Der Aburf aus den Rinnen
wird durch deren Stillsetzung beendet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 kann
die Abspe-rrklappe 12 zugleich als Grobdosierbehälter dienen, in dem so viel Produkt
angesammelt wird, daß das gewünschte Volumen annähernd angesammelt ist und sofort
in den Meßbecher fällt, wenn die Klappe in die Öffnungsstellung geht. Der noch fehlende
-Rest wird dann mittels -der einzigen Dosierrinne 9 eingegeben. Die Grobdosierung
wird-also in.diesem Fall durch die als Behälter ausgebildete Klappe 12 gebildet.