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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, wobei es sich insbesondere um Flaschen handelt.
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Die Füllvorgänge der Behälter wie Flaschen, Flakons oder Dosen mit Lebensmittelprodukten, Kosmetika, Chemikalien, pharmazeutischen Artikeln, Cremes, Klebstoffen, Farben, Waschmitteln oder anderen, sehen eine Reihe von differenzierten Arbeitsschritten entsprechend des verwendeten Produktes vor.
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Genauer gesagt werden in der Weinindustrie eine Reihe von vorbereitenden Arbeitsschritten der Reinigung, Spülung und Sterilisation der Flaschen ausgeführt, welche befüllt werden sollen; daraufhin werden die Füllvorgänge auf unterschiedliche Arten entsprechend des Füllproduktes ausgeführt.
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Es können zum Beispiel isobare Maschinen verwendet werden (für das Befüllen von Behältern mit Perlweinen oder Sekten), die für eine Anwendung geeignet sind, bei der der Druck des Behälters entsprechend dem des Gefäßes ist, aus dem der Wein kommt, und wobei die Luft, welche sich in der Flasche befindet, nach außen befördert wird.
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Solche Maschinen umfassen im Wesentlichen einen zylinderförmigen waagerechten Tank, bei dem am unteren Teil eine Reihe von Hähnen zum Abfüllen vorgesehen sind.
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Gewöhnlich werden die Hähne aus einer Gesamtheit von festsitzenden konzentrischen Kanälen gebildet, wobei einer in den anderen eingeführt wird; der äußere Kanal wird verwendet, um die Flüssigkeit in die Flasche herabsteigen zu lassen, während entlang des inneren Kanals die Luft oder das Gas aufsteigt, welches sich im Inneren der Flasche selbst befindet.
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Des Weiteren sind Vakuumabfüllmaschinen für die Verarbeitung von Weinen, Likören, Sirups, Fruchtsäften, Ölen oder flüssigen chemischen Produkten, Shampoos, Kosmetika bekannt; derartige Maschinen arbeiten mit einem leichten Unterdruck, wobei sie ein mehr oder minder starkes Vakuum in dem Behälter erzeugen, aus dem das Produkt aufgesogen wird, welches zum Maschinentank gelangt, wobei dieser oberhalb einer Füllgruppe angebracht ist.
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Andere herkömmliche Füllmaschinen umfassen volumetrische oder mit Schwerkraft arbeitendeMaschinen, bei denen die Abfüllung durch freien Fall und mit konstanter Dosierung stattfindet; in diesem Fall wird das Produkt, das von einem Behälter aufgesogen wird, an eine Reihe von Dosiergeräten weitergeleitet und von diesen an die Behälter geliefert.
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In jedem Fall sieht der Stand der Technik bei Abfüllmaschinen große Regelungsmöglichkeiten mittels einer vereinfachten Benutzerschnittstelle sowie bezüglich der Zeiten und der Druckwerte für den Betrieb der Abfüllventile vor; die Möglichkeit der Regelung der Zeiten, in denen die Ventile festgelegte Abfüllphasen ausführen, ermöglicht eine Optimierung der Arbeitsstufen, sowohl bezogen auf die augenblickliche Geschwindigkeit der Füllmaschine als auch auf die Typologie des Produktes, welches in Flaschen gefüllt werden soll.
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Ein weiteres Merkmal der moderneren Abfüllmaschinen ist die Möglichkeit, täglich für eine vollständige Reinigung der Maschine zu sorgen, und im einzelnen von jedem beliebigen Teil der Maschine, welches auf jedwede Art mit Lebensmitteln in Kontakt kommt.
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Außerdem sieht der aktuelle Stand der Technik im Bereich der Weinindustrie, speziell bei der Abfüllung, bezeichnenderweise eine Phase der Vorbereitung und der Einstellung der Abfüllmaschine, bezogen auf das Format des zu befüllenden Behälters, des abzufüllenden Produktes und der Menge des Produktes, welches in den Behälter gegeben werden soll, vor.
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Derartige Regulierungseingriffe benötigen einige Arbeitsphasen seitens des Technikers, die Produktionsausfälle, die Möglichkeit der Verunreinigung der Maschine in den Produktionsintervallen sowie eine begrenzte Regulierungsflexibilität zur Folge haben (die Regulierung ist diskret statt kontinuierlich).
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Derzeit wird eine Änderung des Formates dadurch erreicht, dass die Positionierungsgeräte der Behälter, welche von einem Förderband an eine Scheibe für die Abfüllung transportiert werden, ersetzt werden müssen; ein Arbeitsschritt, der durch die Anwendung von angemessenen regulierbaren Geräten verkürzt werden kann (universelle Förderschnecke, Sterne mit veränderbarer Geometrie), wobei die Abfüllrohre durch die Verwendung von Bedienungsschlüsseln oder auch durch die von Kupplungen mit Schnellverbindung ersetzt werden; und wobei die Rohre mittels des Anschraubens oder Abschraubens der teleskopischen Teile und / oder mit dem Ersatz des Auswuchtungskegels des Behälters unterhalb des Abfüllhahns reguliert werden.
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Es ist außerdem möglich, einige Typen von isobaren Abfüllmaschinen zu ermitteln, welche die Regulierung der Höhe der Abfüllrohre gleichzeitig und nicht unabhängig ausführen; die genannten Abfüllmaschinen weisen das Problem auf, dass das Rohr immer im Inneren der Flasche bleibt und somit leicht durch Scherben beschädigt werden kann, falls einer der Behälter platzt, außerdem erhöht sich der Gesamtumfang des Rohres selbst, wobei es zu Ladeverlusten und zu einer Leistungsverminderung kommt.
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Diese Tatsache verursacht unterschiedliche Nachteile, von denen der erste der Produktivitätsverlust aufgrund der Unterbrechung der Abfüllserie bis zu dem Punkt ist, an dem die Arbeitsschritte nicht beendet werden. Gleichzeitig zum Produktivitätsverlust ist auch der Aspekt der möglichen Verunreinigung der Apparate, die zur Behälterbefüllung bereit stehen, genauso wichtig.
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Ein weiterer Aspekt, der sich schwerwiegend auf die aktuelle operative Beschaffenheit der Veränderung des Formates auswirkt, wird durch die Notwendigkeit bewirkt, kompetente und erfahrene Techniker auszubilden; denn je mehr die Gerätschaften vom Techniker betreut werden müssen, desto genauer muss dieser die Maschine kennen.
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Ein anderer Aspekt, der auf negative Art die Abfüllmaschinen mit isobaren Merkmalen kennzeichnet, ist der der möglichen Explosion der Flasche, während sie sich unter Druck befindet.
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Für den nicht nur gelegentlichen Fall, dass die Flasche platzt, kommt es häufig zur Beschädigung des unteren Teils des Abfüllventils, und zwar aufgrund des Aufpralls der Scherben der soeben explodierten Flasche gegen ein oder mehrere Rohre, welche die Abfüllung und die Nivellierung ausführen, was zur Notwendigkeit eines Wartungseingriffes für die Reparatur und / oder den Ersatz von Teilen des Abfüllventils führt.
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Der letzte, aber nicht weniger heikle Aspekt ist die Gefahr einer Beschädigung, welche durch eine vom Techniker selbst durchgeführte Handlung erzeugt wird; aufgrund der Tatsache, dass jeder Arbeitsschritt dem Eingriff des letzteren anvertraut wird, ist ersichtlich, dass der durch Unaufmerksamkeit bewirkte Fehler auch schwere Schäden an der gesamten Linie verursachen kann.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist somit jener, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen und besonders eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, herzustellen, welche es ermöglicht, das korrekte Befüllen der Behälter auszuführen, indem einen angemessenen Ausgleich der Füllhöhe (Kompensation des Pegels) in der Flasche mittels einer Gesamtheit von Schaltungen, Ventilen und Zylinderaktuatoren verwirklicht wird, welche, indem sie miteinander zusammenwirken, automatisch die Korrektur der Füllhöhe bis zum erwünschten Wert mittels einer korrekten Positionierung des Ausgleichsröhrchens für den Pegelabgleich ausführen, und somit eine außerordentlich hohe Präzision und Wiederholbarkeit garantieren.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist jener, eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, zu erzeugen, für welche die Regulierung der unterschiedlichen Phasen der Befüllung in einer Zeittabelle, die in einer SPS (PLC) festgehalten wird, vorbestimmt werden kann.
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Jene Tabelle erweist sich als spezifisch für jeden Flaschentyp, jedes Produkt und die Abfülltemperatur, die vom Kunden bestimmt wird, so dass die Maschine auf angemessene Weise den ästhetischen und praktischen Wünschen des Endbenutzers angepasst wird.
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Es wurde in die Phase der Entwicklung der Schaltung eines jeden Abfüllventils eingegriffen, um jede dieser Schaltungen zu optimieren.
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Dieser Eingriff hat es ermöglicht, dass ein doppelter Nutzen erzielt wurde: einerseits wurde ein Kontrollsystem für die Zeiten und Arten der Betätigung der einzelnen Ventile, welche voneinander unabhängig sind, erzeugt, andererseits wurde erreicht, dass die Einwirkungszeit der Aktuatoren der einzelnen Ventile mittels eines für den Zweck angemessenen Aktuators optimiert wurde.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist jener, eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, zu entwickeln, welche es ermöglicht, die Reinigungsphasen hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Bearbeitungszeit sowie die Kontrolle der verschiedenen Antriebsventile zu optimieren.
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Ein weiterer Zweck der Maschine, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist jener, den Vorgang der Veränderung der Formate der Behälter, die zu befüllen sind, extrem einfach und wiederholbar zu gestalten, um den Lernaufwand der Techniker weit möglichst zu reduzieren.
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Ein anderer Zweck, der auf angemessene Weise durch die vorliegende Erfindung erreicht wurde, ist jener der Verringerung der Gefahr einer Beschädigung der Struktur des Abfüllventils bei Platzen der Flasche, und zwar aufgrund einer umsichtigen Eintrittsphase der Rohre bei der Abfüllung und dem Füllhöhenabgleich während der Phase der Druckerhöhung im Inneren des Behälters.
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Nicht zuletzt ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung jener, eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, zu entwickeln, welche sich als extrem sicher für die Techniker und äußerst zuverlässig im Betrieb erweist.
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Diese und weitere Vorteile werden erreicht durch eine perfektionierte Vorrichtung für das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen, entsprechend des Patentanspruchs 1, auf welche der Kürze halber verwiesen wird.
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Weitere Nutzen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor, welche sich auf ein Beispiel einer vorteilhaften, aber nicht einschränkenden Ausführung der Vorrichtung beziehen, wobei:
- - die Darstellung 1 eine Grundrissansicht der Gesamtheit der perfektionierten Vorrichtung für das Befüllen von Behältern (3), insbesondere Flaschen, ist, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist;
- - die Darstellung 2 eine vollständige Querschnittsansicht einer perfektionierten Vorrichtung für das Befüllen von Behältern (3), insbesondere Flaschen einschließlich des Abfüllventils (6) ist, welche mindestens zwei konzentrische Rohre (7, 8), den Behälter (3) und das Hebesystem für Flaschen (5) umfasst;
- - die Darstellung 3 eine Perspektivansicht im Querschnitt des Abfüllventils ist und auch die Aktuatoren (12, 18, 19, 20, 21) entsprechend jedem einzelnen Ventil (6) in einem Abfülldrehkopf (4) entsprechend der Erfindung zeigt;
- - die Darstellung 4 eine Perspektivansicht im Querschnitt des Abfüllventils ist und auch die Aktuatoren (12, 18, 19, 20, 21), die jedem einzelnen Ventil (6) in einem erfindungsgemäßen Abfülldrehkopf (4) zugeordnet sind, in einer Ausführung mit getrenntem Rücklauf während der Abfüllphase (16) zeigt;
- - die Darstellung 5 eine Perspektivansicht der perfektionierten Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist.
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Die Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst eine isobare Abfüllmaschine 1 (Darstellung 5), welche ihrerseits ein äußeres Gestell 23, Schutzwände 24, 25 um die Maschine 1, und einen äußeren Schaltkasten 10, welche die elektrischen und elektronischen Betriebsvorrichtungen (Darstellung 1) enthält, aufweist.
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Die Behälter, insbesondere die Flaschen 3, die zu befüllen sind, werden in das Gestell 23 gegeben und in die Führung oder auf das Transportband 2 geladen, so dass sie sich entlang der Führung in einer Richtung, welche durch den Eingangspfeil Fl und den Ausgangspfeil FU ermittelt werden, vorwärts bewegen. Im Inneren des Gestells 23 sind ein Abfülldrehkopf, dessen Ausmaße mit 4 angezeigt werden, und die Sterne für den Eintritt 29 und den Austritt 30 vorgesehen.
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Die Flaschen 3, welche mit Lebensmitteln wie Milch, Wein, Fruchtsaft etc. befüllt werden müssen, werden nacheinander entlang eines Führungsbandes 2 geleitet und daraufhin in die Nähe des Eingangssterns 29 des Abfülldrehkopfes 4 transportiert, welcher die Durchführung aller für die Abfüllung notwendigen Phasen vornimmt.
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Die Flaschen 3, deren effektives Vorhandensein durch den Sensor 22 ermittelt wird, welcher sich am Ende der Förderschnecke 26 und direkt vor dem Eingangsstern 29 befindet und dazu dient, die Sperrung des Abfüllventils 6 vorzunehmen, wenn sich während des Betriebs keine Flaschen im Drehkopf 4 befinden, werden somit mittels des Eingangssterns 29 zum Abfülldrehkopf 4 befördert.
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Es wird direkt darauf hingewiesen, dass die eventuelle Abwesenheit eines Behälters oder einer Flasche 3 den Betrieb des einzelnen Abfüllventils 6, aber nicht den der Abfüllmaschine 1 sperrt, welche weiterhin perfekt funktioniert, um die Produktivität hoch zu halten, wobei die nachfolgende Flasche 3 korrekt befüllt werden kann.
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Der Behälter oder die Flasche 3 wird auf dem Hebezylinder 5 abgestellt, welcher aufsteigt und den Flaschenhals 14 gegen das Abfüllventil 6 drückt, und zwar mit einem dafür ermittelten Druck, um den optimalen Betrieb der Maschine zu garantieren, welche Gegenstand der Erfindung (Darstellung 2 - 4) ist; gleichzeitig, während der obere Zylinder 28 geschlossen ist, wird der Aktuator 20 geöffnet, welcher Unterdruck in den gesamten Kreislauf bis zum Freigabeaktuator 18 bringt.
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Nach der folgenden Öffnung des Freigabeaktuators 18 bildet sich im Inneren der Flasche 3 ein Unterdruck, um jede Anwesenheit von schädlichem Gas zu entfernen, das eventuell in der Flasche, welche sich in dergeeignet getrennten Führung (27) befindet, vorhanden sein könnte.
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Der Freigabeaktuator18 umfasst ein Ventil, das dazu dient, die Ausführzeiten der Phasen des Abfüllzyklus zu optimieren, um die Herstellung des Drucks im Kreislauf bis in die unmittelbare Nähe der Gaszufuhr ins Innere der Flasche 3 vorzuverlegen und die Phase der Herstellung des Drucks nur zum gewünschten Augenblick eintreten lässt, wobei ein sehr viel geringeres Volumen abgefüllt werden muss, weil es sich nur um eine Flasche 3 handelt.
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Außerdem werden alle Öffnungszeiten der Aktuatoren, welche die Abfüllventile 6 kontrollieren, durch Elektroventile bestimmt, die genauestens ausgewählt und verkleinert wurden, um den Abfüllzyklus zu optimieren, wobei es möglich ist, bei jedem Abfüllventil 6 auf unabhängige Weise einzelne Ventile der Aktuatoren 12, 18, 19, 20, 21 zu regeln, um ein angemessenes System zu verwirklichen, welches dazu dient, den Zyklus für jedes Abfüllventil 6 vollständig zu optimieren und gleichzeitig die Auswirkungen der mechanischen Bearbeitungstoleranz zu annullieren.
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Daraufhin kommt es zum Verschluss des Aktuators 20 und des Aktuators 18. Die folgende Öffnung des Ventils 21 führt in der gesamten pneumatischen Schaltung zu isobarem Druck, dies bedeutet zum gleichen Druck wie im Inneren des Tanks 15 der Abfüllmaschine 1, während darauf gewartet wird, dass die Öffnung des Aktuators 18 das Innere des Behälters 3 auf isobare Bedingungen bringt.
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Wenn der Druckausgleich zwischen dem Inneren des Tanks 15 der Abfüllmaschine 1 und dem Inneren der Flasche 3 erreicht wurde, kommt es zum Anheben des Zylinders 28, und gleichzeitig kommt es zur Öffnung des Abfüllventils 6, was das Befüllen der Flasche 3 bis zur erwünschten Füllhöhe 9 ermöglicht, woraufhin sich das Abfüllventil 6 wieder schließt.
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Das Herabsinken des Pneumatikzylinders 1 ermöglicht es dem zum Rohr 7 konzentrischen Kompensationsrohr 8, für den erwünschten Ausgleich der Füllhöhe 9 eine notwendige Menge abzulassen, um die Korrektur der erwünschten Füllhöhe auszuführen; jenes Absenken des Zylinders 11 kann pünktlich und für jedes Abfüllventil 6 einzeln, oder gleichzeitig für eines oder alle Abfüllventile 6 ausgeführt werden.
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Die Verschlusseinheit des Zylinders 11 wird geeignet von einem Bedienungsfeld mittels einer vorbestimmten Tabelle gesteuert; auf diese Weise ist es für Gruppen von verschiedenen Flaschen möglich, unabhängige Abfüllhöhen zu bestimmen und diesen Ablauf der Abfüllmaschine 1 komplett automatisch ohne manuelle Eingriffe des Technikers zu verwirklichen, sowohl in der Transportphase als auch beim Ersetzen der Teile.
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Die gleichzeitige Öffnung des Aktuatorventils 12 bringt den separaten Kreislauf 13 mit dem Hals 14 des Behälters 3 und mit den Schaltungen des Abfüllventils 6 so in Verbindung, dass das unter Druck stehende Gas die im Überfluss vorhandene Flüssigkeit mittels des Kompensationsrohres 8 verdrängt.
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Die Herstellung des Drucks in der Flasche 3 kann mit demselben Gas erzielt werden, welches sich im Tank (15) der Abfüllmaschine 1 befindet, oder auch mit einem Gas, das aus einem getrennten Kreislauf 13 kommt und nicht mit Dampfresten der Abfüllflüssigkeit in Berührung kam.
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Nur mit der angemessenen Öffnung des Freigabeaktuators 18 wird die tatsächliche Anpassung (Korrektur) der Füllhöhe der Flasche erreicht, welche es ermöglicht, die Flüssigkeit in der Flasche auf eine perfekte Füllhöhe zu bringen; die überschüssige Flüssigkeit kann bei Bedarf wieder in den Tank 15 eingeführt oder an einen Kreislauf für separate Wiedereinführung 16 weitergeleitet werden, um die Möglichkeit der Verunreinigung durch Gasanteile im Inneren des Abfülltanks 15 der Abfüllmaschine 1 zu verringern.
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Nachdem die Phase des Füllhöhenausgleichs durchgeführt wurde, werden die Aktuatoren 12 und 18 geschlossen und der Zylinder 11 angehoben, um das Kompensationsrohr 8 herauszunehmen, damit es vor einem eventuellen unvorhergesehen Platzen der Flasche 3 geschützt wird; die vertikale Bewegung des Kompensationsrohres 8 kann durch jedes lineare nicht pneumatische Transportsystem wie einen Elektromotor, Schrauben-Muttern- Systeme auch mit Kugelgewindetrieb, Ritzel mit Zahnrad und / oder einen Kipphebel erfolgen.
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Vor dem endgültigen Herabsinken der Flasche 3 kommt es zur Öffnung des Aktuators 19, um den Innendruck der Flasche wieder auf den atmosphärischen oder vorbestimmten Wert zu bringen und so das Vorhandensein von Schaum beim Abfüllprodukt zu verhindern.
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In jedem Fall ist ein Positionssensor 33 vorgesehen, der den Betrieb des einzelnen Abfüllventils 6 unterbricht, sollte die Flasche 3 zerbrechen oder explodieren; außerdem kann auf geeignete Weise entsprechend der mittels Fernbedienung durchführbaren Einstellungen ausgewählt werden, ob der Betrieb des Abfüllventils 6, welches eventuell einer Explosion der Flasche 3 ausgesetzt ist, ausgeschlossen wird, um eine gründliche Reinigung und die vollständige Entfernung der Scherben zu ermöglichen, bevor ein neuer Behälter 3 dem Abfüllprozess unterzogen wird.
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Grade die angemessene höchste Automatisierung der Abfüllmaschine 1 ermöglicht es nicht nur, grundsächliche Zeittabellen für jede Flaschengruppe, jede Arbeitstemperatur und jede bearbeitete Substanz festzulegen, sondern auch jeden einzelnen Betrieb der pneumatischen Elektroventile zu personalisieren, die die Aktuatoren der einzelnen Abfüllventile für die Höhenregulierung schalten. Solch eine Wahl erweist sich als entscheidend, um von allen Abfüllventilen die höchste Leistung zu erlangen und die Qualität des Abfüllprozesses homogen und konstant zu halten.
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Außerdem umfassen die verwendeten Aktuatoren 12, 18, 19, 20, 21 entsprechende Prozessventile, welche aus vollständig mit Lebensmittelprodukten kompatiblen Materialien hergestelltsind, und die perfekt gereinigt werden können und mit einer entsprechenden Kontrollkammer ausgestattet sind, die eine Überprüfung eventueller Betriebsmängel ermöglicht, ohne die gesunde Beschaffenheit des Produktes zu gefährden, mit dem die Behälter und insbesondere die Flaschen 3 befüllt werden.
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Die Abfüllmaschine 1 beinhaltet außerdem mindestens einen Regelschaltung 17, welche für die Überprüfung des Ausgleichs der Füllhöhe 9 dient, die im Inneren des Behälters 3 erreicht wird, und welche dazu dient, alle vorhanden Kompensationsrohre 8 gleichzeitig zu positionieren, und außer dem Befüllen der Flaschen 3 und dem Ausgleich der Füllhöhe 9 in der Flasche 3 vorsieht, auch die Phase der Druckentlastung (Gasentfernung) der Flasche 3 vorzunehmen, während das Kompensationsrohr 8 vom Pegel 9 der Abfüllflüssigkeit entfernt ist, um eine geringere Störung der Flüssigkeit selbst zu erhalten.
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Aus der dargestellten Beschreibung gehen deutlich die Merkmale der perfektionierten Vorrichtung für die Handhabung und das Befüllen von Behältern, insbesondere Flaschen hervor, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, so wie auch die Vorteile deutlich hervorgehen.
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Letztendlich ist offensichtlich, dass zahlreiche Veränderungen an der betreffenden Vorrichtung für die Behandlung und das Befüllen vorgenommen werden können, ohne darum die neuartigen Prinzipien, die der Erfindungsidee innewohnen, zu verlassen; so wie offensichtlich ist, dass bei der praktischen Anwendung der Erfindung die Materialien, die Formen und die Dimensionen der dargestellten Einzelteile entsprechend der Ansprüche beliebig sein können, wobei diese selbst durch andere, technisch gleichwertige, ersetzt werden können.