DE102014116478A1

DE102014116478A1 - Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt

Info

Publication number: DE102014116478A1
Application number: DE102014116478.4A
Authority: DE
Inventors: c/o KRONES AG Baumgartner Sebastian
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-12

Abstract

Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (50) mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters (50) mit einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, umfassend einen feststehenden Füllerteil und ein relativ dazu drehbares Füllerkarussell (10), an dem mindestens eine Hubvorrichtung zum Aufbringen einer Relativbewegung zwischen einer Behälterhalterung (13) und einem Füllorgan (20) angeordnet ist, wobei die Hubvorrichtung einen Antrieb (30) zum Bewirken der Relativbewegung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Füllerkarussell (10) umlaufende Antrieb (30) mindestens einen bewegbar gelagerten Ankermagneten (32) umfasst und der feststehende Füllerteil mindestens einen Statormagneten (33) umfasst, wobei der Ankermagnet (32) und der Statormagnet (33) so eingerichtet sind, dass sie während der Rotation des Füllerkarussells (10) miteinander wechselwirken, um die Hubvorrichtung zur Bewirkung der Relativbewegung anzutreiben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters mit einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, die ein feststehendes Füllerteil und ein relativ dazu rotierendes Füllerkarussell, an dem mindestens eine Hubvorrichtung zum Aufbringen einer Relativbewegung zwischen einer Behälterhalterung und einem Füllorgan angeordnet ist, aufweist.
Stand der Technik
Beim Füllen eines Füllprodukts in Behälter kann es erforderlich sein, eine dichte Verbindung, insbesondere eine sowohl flüssigkeitsdichte als auch gasdichte Verbindung, zwischen dem Behälter und dem Füllorgan, über welches das Füllprodukt in den Behälter eingebracht wird, zu schaffen. Dies trifft nicht nur, aber insbesondere, auf die Abfüllung karbonisierter Getränke zu. Zu diesem Zweck sind widerstandsfähige, technisch recht aufwendige Antriebe zur Realisierung der Anpressbewegung sowie zum Aufrechterhalten des Anpressdrucks zwischen Füllorgan und Behälter während des eigentlichen Füllvorgangs erforderlich. Verkompliziert wird die technische Lösung, wenn die Abfüllung unter Druck stattfindet, denn in diesem Fall muss über die eigentliche Anpresskraft hinaus der Innendruck des Behälters gehalten und diesem während des Füllvorgangs standgehalten werden.
Herkömmlich werden zur Realisierung der Hubbewegung des Füllorgans oder des Behälters Pneumatikantriebe, elektromotorische Antriebe oder andere mechanische Aktoren verwendet. Gemäß einem konkreten Beispiel wird, nachdem der erste Kontakt zwischen Füllorgan und Behälter hergestellt ist, der Behälter mit einem Gas vorgespannt, um einem Entbinden des CO₂ beim Befüllen entgegen zu wirken. Durch den Innendruck des Behälters, verstärkt durch einen etwaigen kleinen Öffnungsquerschnitt der Mündung, wirkt durch die Vorspannung und den Druck des Füllprodukts eine der Anpressbewegung entgegengesetzte Kraft, die sich direkt am Antrieb bemerkbar macht. Diese Kraft muss vom Antrieb aufgenommen werden, ohne dass eine unerwünschte Relativbewegung zwischen Füllorgan und Behälter stattfindet, da andernfalls die Dichtigkeit zwischen Füllorgan und Behälter nicht sichergestellt werden kann und somit Gas entweichen könnte.
Aus diesem Grund werden widerstandsfähige Antriebe benötigt. Beispielsweise werden vergleichsweise große und energieintensive Pneumatikzylinder oder starke Elektromotoren benötigt, die sich wiederrum negativ auf Herstellungs-, Betriebs- und Wartungskosten auswirken. Antriebe zur Betätigung der Hubvorrichtung sind teuer und darüber hinaus nicht verschleißfrei. In Abfüllanlangen, die mit einem Füllerkarussell ausgestattet sind, kommt erschwerend hinzu, dass alle Füllorgane mit entsprechenden Antrieben vorgesehen sind, die von dem Füllerkarussell rotatorisch mitgeführt werden, was einen erheblichen baulichen Aufwand mit sich bringt. Ferner ist Hardware zur Ansteuerung der Zylinder, Rotoren usw. des Antriebs erforderlich. Die Antriebe und deren Hardware müssen mit Strom, einem Arbeitsfluid und dergleichen versorgt werden. All dies erfordert technische Lösungen, die kostenintensiv, potentiell fehleranfällig und damit wartungsintensiv sind. Der Energieverbrauch solcher Aktoren ist vergleichsweise hoch.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine weiter verbesserte Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters mit einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters mit einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, vorgeschlagen, umfassend einen feststehenden Füllerteil und ein relativ dazu drehbares Füllerkarussell, an dem mindestens eine Hubvorrichtung zum Aufbringen einer Relativbewegung zwischen einer Behälterhalterung und einem Füllorgan angeordnet ist, wobei die Hubvorrichtung einen Antrieb zum Bewirken der Relativbewegung umfasst. Erfindungsgemäß umfasst der mit dem Füllerkarussell umlaufende Antrieb mindestens einen bewegbar gelagerten Ankermagneten und der feststehende Füllerteil umfasst mindestens einen Statormagneten, wobei der Ankermagnet und der Statormagnet so eingerichtet sind, dass sie während der Rotation des Füllerkarussells miteinander wechselwirken, um die Hubvorrichtung zur Bewirkung der Relativbewegung anzutreiben.
Beim Füllprozess werden durch Rotation des Füllerkarussells die Hubvorrichtung sowie die Behälterhalterung (somit der darin aufgenommene Behälter) entlang eines Transportwegs bewegt. Während dieses Transports werden der Behälter beziehungsweise deren Mündungen und das Füllorgan mittels der Hubvorrichtung aufeinander zu bewegt, so dass eine Abdichtung zwischen der Mündung des Behälters und einem entsprechenden Gegenstück des Füllorgans, etwa einer Mündungsglocke, stattfindet. Das Anheben und Anpressen der Behälter findet dabei dadurch statt, dass der Ankermagnet an dem Statormagnet vorbeigeführt wird und die wirkenden Kräfte in die Hubbewegung umgeleitet werden. Anschließend wird der Füllvorgang in Gang gesetzt und durchgeführt. Nach Befüllen des Behälters werden das Füllorgan und der Behälter durch die Hubvorrichtung wieder voneinander getrennt, der Behälter wird dem rotierenden Füllerkarussell entnommen und beispielsweise einem nachfolgenden Transportstern übergeben. Auch das Absenken des Behälters wird durch das Vorbeiführen des Ankermagneten an dem Statormagneten bewirkt. Mit anderen Worten wird durch die Rotation des Füllerkarussells eine Hub- und Senkbewegung der Hubvorrichtung dadurch durchgeführt, dass in den entsprechenden Abschnitten des Umlaufs des Füllerkarussells der jeweilige Ankermagnet mit einer in diesem Abschnitt feststehend angeordneten Statormagneten in Wechselwirkung tritt.
Die Kraftübertragung zwischen dem Statormagneten und dem umlaufenden Ankermagneten erfolgt kontaktfrei, was zu einer erheblichen Optimierung des Verschleißverhaltens der Anlage führt. Anstatt für einzelne Hubvorrichtungen jeweils einen aktiven Antrieb bereitzustellen, wird die unabdingbare Rotation des Füllerkarussells durch die vorgeschlagene Vorrichtung auf technisch effektive Art und Weise auch zur Betätigung der Hubvorrichtungen genutzt. Der Verzicht auf eine in dieser Hinsicht aktive Aktorik führt zu einer Verringerung des Energiebedarfs, zu Kostenersparnissen und einer insgesamt technisch weniger aufwendigen Hubvorrichtung. Eine eventuell notwendige größere Dimensionierung des Antriebes für das Füllerkarussell führt insgesamt immer noch zu einer effizienteren Ausführung der Vorrichtung, da die Verluste durch die vielen herkömmlich vorliegenden Einzelantriebe nicht auftreten. Weiterhin müssen keine Lösungen zur Zuführung elektrischer Energie, eines pneumatischen Arbeitsfluids oder dergleichen an von dem Füllerkarussell mitgeführte Hubvorrichtungen bereitgestellt werden. Der hier vorgestellte "Passivantrieb" ist höchst zuverlässig.
Ein weiterer technischer Beitrag besteht darin, dass eine Höhenverstellbarkeit der Hubvorrichtung zur Anpassung der Anlage an unterschiedliche Behältergrößen mittels des hier dargestellten Antriebs technisch elegant umgesetzt wird. Aufgrund der konstruktiven Vereinfachung des Antriebs wird auch eine Verbesserung hinsichtlich hygienischer Aspekte geschaffen, die gerade im Bereich der Getränkeabfüllanlagen gefordert sind.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass sowohl der Statormagnet als auch der Ankermagnet vorzugsweise als Permanentmagneten ausgeführt sind, dass allerdings auch eine technische Umsetzung als Elektromagnet(en) sinnvoll sein kann, insbesondere dann, wenn sich die erforderlichen Hubkräfte auf diese Weise einfacher realisieren lassen. Eine Auslegung des Statormagneten als Elektromagneten führt auch dazu, dass der Betrieb der hier vorgeschlagenen Hubvorrichtung durch eine entsprechende Aktivierung des Elektromagneten eingeschaltet und ausgeschaltet werde kann. Beispielsweise auch zur Verwendung der Hubvorrichtung zur Anpassung der Vorrichtung an unterschiedliche Behälterhöhen.
Der Ankermagnet und der Statormagnet sind so ausgelegt, dass sie während der Drehung des Füllerkarussells miteinander wechselwirken, um die Hubvorrichtung zur Bewirkung der Relativbewegung zwischen Füllorgan und Behälter beziehungsweise Behälterhalterung anzutreiben. In der obigen Terminologie, in der der Antrieb mit dem Füllerkarussell mitläuft, gehört der Statormagnet per Definition nicht zum Antrieb. Allerdings könnte dieser durchaus dem Antrieb zugerechnet werden; in diesem Fall besäße der Antrieb einen mit dem Füllerkarussell umlaufenden Antriebsteil, darunter fällt der Ankermagnet, und einen relativ dazu stationären Antriebsteil, darunter fällt der Statormagnet.
Vorzugsweise sind mehrere Hubvorrichtungen an dem Füllerkarussell vorgesehen, insbesondere an jedem Füllorgan beziehungsweise an jeder Füllstelle eine eigene Hubvorrichtung, welche jeweils durch die vorgeschlagene Anordnung der Magneten angehoben und abgesenkt werden. Sind mehrere Hubvorrichtungen vorgesehen, weist jede Hubvorrichtung einen eigenen Antrieb auf.
Der Ankermagnet ist vorzugsweise ein Permanentmagnet und noch bevorzugter als drehbar gelagerte Magnetscheibe ausgeführt. Der feststehende Füllerteil weist als Gegenpart mindestens einen Statormagneten auf, der im Unterschied zum Ankermagneten stationär vorgesehen sein kann, aber nicht muss. Eine etwaige Verstellbarkeit des einen oder der mehreren Statormagneten wird weiter unten genauer besprochen. "Stationär" meint, dass der Statormagnet nicht wie der Ankermagnet mit dem Füllerkarussell umläuft.
Vorzugsweise weist der Statormagnet mehrere in Umfangsrichtung des Füllerkarussells nebeneinander angeordnete magnetische Antriebsabschnitt auf, die mit dem Ankermagneten aufgrund der Relativbewegung zwischen dem feststehenden Füllerteil und dem rotierenden Füllerkarussell wechselwirken, wodurch die magnetischen Antriebsabschnitte des Statormagneten den Ankermagnet in Bewegung, bevorzugt in Rotation, versetzen.
Indem mehrere magnetische Antriebsabschnitte auf Seiten des Statormagneten vorgesehen sind, lässt sich der Wirkungsbereich zwischen den Magneten und die Kraftübertragung in Abhängigkeit der Winkelstellung des Füllerkarussells einstellen und an die gewünschte Hubcharakteristik, die von der Hubvorrichtung realisiert werden soll, anpassen. Zu dem gleichen Zweck weist der Ankermagnet vorzugsweise mehrere nebeneinander angeordnete magnetische Antriebsabschnitte auf, die mit dem Statormagneten aufgrund der Relativbewegung zwischen dem feststehenden Füllerteil und dem rotierenden Füllerkarussell wechselwirken, wodurch der Statormagnet den Ankermagneten in Bewegung, bevorzugt in Rotation, versetzt.
Zu dem gleichen Zweck sind die magnetischen Antriebsabschnitte vorzugsweise durch nebeneinander angeordnete Magnetpole ausgebildet. Auch diese Maßnahme dient der winkelabhängigen Einstellung der Kraftübertragung, das heißt, letztlich der Justierung der Antriebscharakteristik der Hubvorrichtung. Durch die ankerseitige und/oder statorseitige Bereitstellung mehrerer Magnetpole lässt sich insbesondere eine getriebeartige Über- und/oder Untersetzung der Weg-/Kraftrelation realisieren. Zum Beispiel dann, wenn der Ankermagnet als Magnetscheibe ausgebildet ist und mit einer Spindel verbunden ist, lassen sich auf diese Weise mehrere Umdrehungen der Spindel bei geringem Drehwinkel des Füllerkarussells realisieren.
Im Hinblick auf eine noch bessere Justierbarkeit der Kraftübertragungscharakteristik des Antriebs, ist der Abstand zwischen dem Statormagneten und dem Ankermagneten vorzugsweise einstellbar, noch bevorzugter ist die Position und/oder die Ausrichtung des Statormagneten relativ zum feststehenden Füllerteil einstellbar. Insofern muss, wie oben dargelegt, der Statormagnet nicht "absolut" stationär vorgesehen sein. Der Statormagnet beziehungsweise die mehreren Statormagnete sind damit nicht am Füllerkarussell vorgesehen und durch dieses mitgeführt, sondern die Ankermagneten fahren bei Drehung des Füllerkarussells an ihnen vorbei.
Der Statormagnet kann einen oder mehrere lineare und/oder bogenförmige Abschnitte aufweisen, die mit einem oder mehreren Magneten und/oder Magnetpolen zur Ausbildung von Antriebsabschnitten besetzt sind. Die Art und Weise, wie sich der Statormagnet am feststehenden Füllerteil erstreckt, über welche Länge und wie die Ausrichtung ist, definiert den Spalt zwischen Statormagnet und Ankermagnet in Abhängigkeit des Drehwinkels des Füllerkarussells. Somit lässt sich die Charakteristik der Kraftübertragung ausgesprochen flexibel einstellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich entlang des durch die Rotation des Füllerkarussells definierten Transportwegs ein Behältereinlauf, an dem die Behälter der Vorrichtung übergeben werden, und ein Behälterauslauf, an dem die Behälter die Vorrichtung verlassen. Darüber hinaus befindet sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein erster Statormagnet am Behältereinlauf und ein zweiter Statormagnet am Behälterauslauf, wobei zwischen dem durch den ersten Statormagneten ausgebildeten Radius und dem durch den zweiten Statormagneten ausgebildeten Radius der durch den Ankermagneten ausgebildete Radius liegt, so dass der Ankermagnet am ersten Statormagneten eine andere Rotationsrichtung als am zweiten Statormagneten erfährt. Als Radius wird hier der kürzeste Abstand zwischen der Drehwelle des Füllerkarussells und dem betreffenden Magneten bezeichnet. Auf diese Weise lässt sich auf technisch einfache und höchst zuverlässige Weise der Anpressvorgang zur Herstellung des abgedichteten Zustands und der Vorgang des Lösens zwischen Behälter und Füllorgan realisieren. Der Anpressvorgang findet aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem ersten Statormagneten und dem Ankermagneten statt. Dieser Zustand wird während des Füllvorgangs bei sich weiterdrehendem Füllerkarussell aufrechterhalten und schließlich aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem zweiten Statormagneten und dem Ankermagneten aufgehoben.
Da die erforderliche Kraft zum Anpressen in vielen Fällen geringer als diejenige zum Lösen des abgedichteten Zustands ist oder ein zuverlässiges Abheben für einen störungsfreien Prozess wichtiger als das Anpressen ist, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Abstand zwischen dem ersten Statormagneten und dem Ankermagnet größer als der Abstand zwischen dem zweiten Statormagneten und dem Ankermagneten. Insbesondere bei komplizierteren Geometrien des Statormagneten ist der Abstand zwischen dem Statormagneten und dem Ankermagneten nicht notwendigerweise eindeutig gegeben. In diesem Fall kann als "Abstand" beispielsweise der kürzeste Abstand zwischen dem Ankermagneten und dem betreffenden Statormagneten herangezogen werden. Alternativ kann auch ein mittlerer Abstand definiert werden, der sich aus dem Mittel aller Abstände im Wirkungsbereich zwischen Statormagnet und Ankermagnet ergibt.
Vorzugsweise variiert die Länge der Antriebsabschnitte des Statormagneten in Umfangsrichtung. Auch dies ist eine Maßnahme zur Flexibilisierung der Kraftübertragungscharakteristik in Abhängigkeit des Drehwinkels des Füllerkarussells. Besonders bevorzugt nimmt die Länge der Antriebsabschnitte des Statormagneten in Umfangsrichtung ab. Durch unterschiedlich lange Antriebsabschnitte beziehungsweise Magnetabschnitte kann erreicht werden, dass der Ankermagnet zuverlässig in Bewegung gebracht wird. So ist der Ankermagnet üblicher Weise zunächst in Ruhe und wird erst durch das Vorbeistreichen am Statormagneten beschleunigt und dabei beispielsweise in Rotation versetzt. Das Füllerkarussell bewegt sich in dieser Zeit aber mit konstanter Winkelgeschwindigkeit. Um entsprechend dem Beschleunigungsverhalten des Ankermagneten Rechnung zu tragen, können die einzelnen Antriebsabschnitte und insbesondere die einzelnen Magnetpole des Statormagneten in Laufrichtung zunächst länger sein und dann nach und nach kürzer werden, bis die gewünschte Kopplung bei der gewünschten Umdrehungsgeschwindigkeit des Ankermagneten erreicht ist.
Vorzugsweise steht der Ankermagnet mit einer höhenverstellbaren Spindel im Eingriff. Somit wird die Bewegung, vorzugsweise Rotation, des Ankermagneten auf die Spindel übertragen, die damit die Umsetzung der Antriebsbewegung in die Hubbewegung auf technisch einfache Weise übernimmt. Dazu ist der Ankermagnet vorzugsweise als drehbar gelagerte Magnetscheibe ausgebildet.
Zur weiteren Verbesserung des Antriebs kann die Spindel eine sogenannte selbsthemmende Spindel sein, so dass beispielsweise nach Herstellung des abgedichteten Zustands keine wesentliche Lockerung zwischen Füllorgan und Behälter stattfindet, wenn sich das Füllerkarussell weiterdreht und der Ankermagnet nach dem Anpressvorgang aus dem Wirkungsbereich des entsprechenden Statormagneten geraten ist. Wie bereits erwähnt weist der Ankermagnet vorzugsweise mehrere Magnetpole auf, denn in diesem Fall lassen sich gerade unter Verwendung der Spindel große Hubbereiche realisieren. Insbesondere dann, wenn der Ankermagnet als Magnetscheibe ausgebildet ist und mit einer Spindel verbunden ist, lassen sich auf diese Weise mehrere Umdrehungen der Spindel bei geringem Drehwinkel des Füllerkarussells realisieren. Mit anderen Worten liefert die Unterteilung des Ankermagneten und/oder des beziehungsweise der Statormagneten in mehrere Magnetpole eine Möglichkeit, eine Kraftüber- oder untersetzung zu realisieren, bei der ein geringer Drehwinkel des Füllerkarussells ausreicht, um den Ankermagneten und damit die Spindel mehrere Umdrehungen zu bewegen. Alternativ oder zusätzlich lässt sich die gewünschte Weg-/Kraftbeziehung auch anderweitig einstellen, beispielsweise mittels eines zwischengeschalteten Getriebes und/oder der Gewindecharakteristik der Spindel.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können sowohl beim Ankermagneten als auch bei dem beziehungsweise den Statormagneten mehrere Magnetabschnitte übereinander vorgesehen sein, wodurch sich die Übertragungskraft erhöhen lässt, ohne den Spalt zwischen Ankermagnet und Statormagnet weiter verringern zu müssen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Statormagnet vorgesehen, dessen Radius sich (relativ zur Drehachse des Füllerkarussells) variieren lässt. Hierbei ist wenigstens eine Position des Variationsbereichs vorzugsweise so vorgesehen ist, dass keine Wechselwirkung zwischen Statormagnet und Ankermagnet auftritt. "Keine Wechselwirkung" bedeutet, dass die Hubvorrichtung beim Vorbeifahren am Statormagneten durch den Ankermagneten nicht betätigt wird. Gemäß dieser Ausführungsform lässt sich auf technisch elegante Weise eine Höhenverstellung beziehungsweise Anpassung der Hubvorrichtung an verschiedene Behältergrößen realisieren. Wird der Statormagnet weit zur Mitte des Füllerkarussells oder weit nach außen verfahren, so ist der Luftspalt zwischen diesem und dem Ankermagneten groß und es kann kein Drehmoment übertragen werden. Es sind dann nur noch jene Statormagneten aktiv, die sich im Wirkbereich des Ankermagneten befinden. Wird der Statormagnet in den Wirkungsbereich des Ankermagneten gefahren, findet eine Verstellung der Hubvorrichtung statt, und diese wird auf diese Weise an die gewünschte Behältergröße angepasst. Wenn die gewünschte Behältergröße erreicht ist, wird der Statormagnet wieder aus dem Wirkungsbereich gefahren.
Eine solche Höhenverstellung lässt sich im Übrigen auch mit der oben dargelegten Ausführungsform, welche den ersten und den zweiten Statormagnet aufweist, umsetzen. In diesem Fall können einer oder beide Statormagneten radial verfahrbar sein. Wenn einer der beiden Statormagneten aus dem Wirkungsbereich gefahren wird, findet bei den nächsten Umdrehungen des Füllerkarussells nur eine Drehung der Spindel in einer Richtung, die durch den verbliebenen Statormagneten definiert wird, statt. Wenn die erforderliche Anpassung an die Behältergröße abgeschlossen ist, wird der weggefahrene Statormagnet wieder in seine ursprüngliche Lage gebracht.
Wenngleich die vorliegende Erfindung im technischen Umfeld von Getränkeabfüllanlagen zum Einsatz kommt, kann die Erfindung gegebenenfalls auch in anderen Bereichen umgesetzt werden, beispielsweise bei Abfüllanlagen außerhalb des Lebensmittelbereichs oder bei Behälterschließanlagen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
1 schematisch einen Ausschnitt einer Getränkeabfüllanlage, aus der ein Füllerkarussell mit einem daran vorgesehenen Füllorgan und einer magnetischen Antriebseinheit hervorgeht,
2 die Lage eines Ankermagneten und zweier Statormagneten relativ zum Transportweg eines Behälters in der Getränkeabfüllanlage, und
3 die Wechselwirkung zwischen Statormagnet und Ankermagnet in einer schematischen Darstellung.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Um Redundanzen zu vermeiden, wird auf die wiederholte Beschreibung dieser Elemente in der nachfolgenden Beschreibung teilweise verzichtet.
Die 1 zeigt einen Ausschnitt einer Getränkeabfüllanlage im Querschnitt senkrecht zur Ebene des Füllerkarussells, das mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das Füllerkarussell 10 weist ein Karusselloberteil 11, eine nicht dargestellte Drehachse, um welche sich das Füllerkarussell 10 dreht, einen Träger 12 und eine mit dem Träger 12 verbundene Behälterhalterung 13 auf. Die Behälterhalterung 13 dient zur Aufnahme eines zu befüllenden Behälters 50. Der Übersichtlichkeit halber ist die Behälterhalterung 13 lediglich als Tisch dargestellt, auf dem der Behälter 50 steht.
Alternativ oder zusätzlich können weitere technische Maßnahmen zum Halten des Behälters 50, etwa eine Halsklammer oder dergleichen, vorgesehen sein.
Am Karusselloberteil 11 ist ein Füllorgan 20 vorgesehen, das zumindest teilweise, im vorliegenden Beispiel im unteren Bereich 21, höhenverstellbar ist. Gemäß einer alternativen Terminologie könnte auch lediglich der untere, höhenverstellbare Bereich als "Füllorgan" bezeichnet werden. Die Richtung der Höhenverstellbarkeit ist in 1 mit einem Doppelpfeil H eingezeichnet. Am höhenverstellbaren Unterteil 21 des Füllorgans 20 ist eine Mündungsglocke 22 vorgesehen, die so ausgelegt ist, dass sie mit einem Mündungsbereich 51 des Behälters 50 in sowohl flüssigkeitsdichten als auch gasdichten Kontakt gebracht werden kann.
Mit anderen Worten wird zum Befüllen des Behälters 50 die Mündungsglocke 22 nach unten abgesenkt und gerät mit dem Mündungsbereich 51 des Behälters 50 in Kontakt, wodurch ein abgedichteter Zustand zwischen Behälter 50 und Füllorgan 20 hergestellt wird. In diesem abgedichteten Zustand findet das Befüllen des zu befüllenden Behälters 50 statt. Nach Beendigung des Füllvorgangs wird die Mündungsglocke 22 vom Behälter 50 abgehoben. Anschließend wird der Behälter 50 aus der Abfüllanlage entfernt. All diese Vorgänge – das Anpressen, Abfüllen und Abheben – finden unter Drehung des Füllerkarussells 10 statt. Somit werden der Träger 12, die Behälterhalterung 13, der Behälter 50 sowie das Füllorgan 20 rotatorisch durch das Füllerkarussell 10 mitgeführt.
Die Höhenverstellung der Mündungsglocke 22 findet mittels eines Antriebs 30 statt, der eine Spindel 31 und einen scheibenförmigen Ankermagneten 32 aufweist. Am feststehenden Füllerteil ist ein oder sind mehrere Statormagneten 33 vorgesehen. Der Ankermagnet 32 ist mit der Spindel 31 verbunden, so dass bei Drehung des Ankermagneten 32 eine Drehung der Spindel 31 und damit eine lineare Bewegung der Spindel 31 und der Mündungsglocke 22 in Hubrichtung stattfindet.
Angetrieben wird der Ankermagnet 32 durch den Statormagneten 33, der nicht vom Füllerkarussell 10 mitgeführt wird, sondern relativ dazu stationär ist. Dies schließt allerdings eine Einstellbarkeit insbesondere in radialer Richtung des Füllerkarussells 10 nicht aus, wie es mit einem Doppelpfeil R in 1 gezeigt ist. Durch die Einstellbarkeit des Statormagneten 33 in Richtung R wird der Spalt S zwischen Statormagnet 33 und Ankermagnet 32 und damit die maximale Kraftübertragung zwischen beiden Magneten eingestellt.
Die Beziehung zwischen Ankermagnet 32 und Statormagnet 33 geht noch besser aus der 2 hervor. Daraus ist zunächst einmal der Transportweg T eines Behälters 50 ersichtlich. Der Behälter 50 tritt im Bereich des Statormagneten 33, der im Folgenden auch als erster Statormagnet bezeichnet wird, in die Abfüllanlage ein, wird dort von der Behälterhalterung 13 übernommen, durchläuft anschließend aufgrund der Drehung des Füllerkarussells 10 einen Kreisbogen und tritt im Bereich eines zweiten Statormagneten 34 aus der Anlage aus. Die Bewegungsrichtung des Ankermagneten 32 ist ebenfalls eingezeichnet, mittels eines Pfeils T'.
Ferner geht aus der 2 hervor, dass die beiden Statormagneten 33, 34 eine längliche Erstreckung aufweisen, wobei der erste Statormagnet 33 nahezu linear ausgebildet ist, während der zweite Statormagnet 34 gekrümmt ausgebildet ist. Beim Eintritt des Behälters 50 in die Abfüllanlage fährt der zugeordnete Ankermagnet 32 (nur einer ist in 2 eingezeichnet, aber mehrere Füllorgane 20 mit jeweils zugehörigen Ankermagneten 32 sind vorzugsweise vorgesehen) an dem ersten Statormagneten 33 vorbei und durchläuft somit den Wirkungsbereich des ersten Statormagneten 33, wodurch der Ankermagnet 32 so in Drehung versetzt wird, dass sich die Mündungsglocke 22 des Füllorgans 20 absenkt und in den abgedichteten Zustand mit dem Behälter 50 gerät.
Dieser abgedichtete Zustand wird für etwa dreiviertel eines Umlauf des Füllerkarussells 10 beibehalten, bis der Ankermagnet 32 in den Wirkungsbereich des stationären zweiten Statormagneten 34 gerät. Da dieser zweite Statormagnet 34 radial weiter innen sowohl bezüglich des ersten Statormagneten 33 als auch bezüglich des Ankermagneten 32 vorgesehen ist, findet nun eine Rotation des Ankermagneten 32 in umgekehrter Richtung statt, so dass die Spindel 31 entsprechend ebenfalls in die umgekehrte Richtung rotiert wird und damit die Mündungsglocke 22 vom Behälter 50 abgehoben wird. Die lineare Ausbildung des ersten Statormagneten 33 im Vergleich zur gekrümmten Ausbildung des zweiten Statormagneten 34 bewirkt, dass der mittlere Abstand im Wirkungsbereich zwischen Statormagnet und Ankermagnet 32 am Eingang größer als am Ausgang ist. Mit anderen Worten wird am Ausgang zum Aufbringen des abgedichteten Zustands eine größere Kraft übermittelt, als am Eingang.
Ein konkretes Beispiel zur Wechselwirkung zwischen dem Ankermagneten 32 und dem Statormagneten 33 geht aus der 3 hervor. Hierin ist gezeigt, dass der Statormagnet 33 bevorzugt aus mehreren sich abwechselnden Magnetpolen 33' (allgemeiner Antriebsabschnitten des Statormagneten) aufgebaut ist. Analog dazu ist auch der kreisscheibenförmige Ankermagnet 32 aus mehreren Magnetpolsegmenten 32' (allgemeiner Antriebsabschnitten des Ankermagneten) aufgebaut. Damit lässt sich über eine vergleichsweise geringe Wegstrecke beziehungsweise über einen vergleichsweise geringen Drehwinkel des Füllerkarussells 10 ein großer Drehwinkelbereich des Ankermagneten 32 und damit des Antriebs 30 für die Spindel 31 realisieren. Die Drehrichtung des Ankermagneten 32 beim Vorbeistreichen des Statormagneten 33 während des Transports entlang des Wegs T' ist mit A bezeichnet.
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel nutzt die bereits vorhandene Hubfähigkeit des Füllorgans 20, wobei auf einen herkömmlichen aktiven Antrieb der Hubvorrichtung verzichtet wird. Über das dargestellte Prinzip kann der Antrieb 30 in Hubrichtung auf technisch einfache und zuverlässige Weise realisiert werden. Es wird die Drehung des Füllerkarussells 10 und die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Ankermagneten 32 und dem beziehungsweise den Statormagneten 33 beziehungsweise 34 ausgenutzt. Über dieses Prinzip kann die Mündungsglocke 22 auf den Behälter 50 gefahren werden und auch wieder zurück bewegt werden.
Das Drehmoment, das auf die Spindel 31 wirkt, kann dabei über den Luftspalt S zwischen Ankermagnet 32 und Statormagnet 33 eingestellt werden. Der Luftspalt S ist am Behälterauslauf (am zweiten Statormagneten 34) vorzugsweise kleiner als am Behältereinlauf (am ersten Statormagneten 33) vorgesehen, da am Behälterauslauf gewöhnlich mehr Drehmoment erforderlich ist, um ein sicheres Abheben zu gewährleisten. Zwischen dem Behälterauslauf und dem Behältereinlauf kann darüber hinaus eine spezielle Kurve vorgesehen sein, welche das sichere Positionieren vor dem Füllvorgang gewährleistet. Nach dem Erreichen der Kurve wird das Drehmoment gesteigert, bis die Magnetkraft nicht mehr ausreicht. Anschließend dreht der Ankermagnet 32 durch und wartet auf das Abfallen der Kurve. Die Anpressung der Mündungsglocke 22 geschieht über die Spindel 31, die vorzugsweise selbsthemmend ausgeführt ist. Auf diese Weise sind nur jeweils ein Statormagnet 33 am Behältereinlauf und ein Statormagnet 34 am Behälterauslauf nötig. Dazwischen nimmt die Spindel 31 die Anpresskräfte auf, ohne den abgedichteten Zustand zu lösen.
Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele für den Antrieb 30 können auch dahingehend verwendet werden, um den Abstand zwischen dem Füllorgan 20 beziehungsweise dessen höhenverstellbaren, unteren Bereich 21 und dem Behälter 50 einzustellen, um die Anlage für verschiedene Behältergrößen zu justieren. Wird beispielsweise der zweite Statormagnet 34 weit zur Mitte des Füllerkarussells 10 gefahren, ist der Luftspalt S zwischen dem zweiten Statormagneten 34 und dem Ankermagneten 32 sehr groß und es kann kein Drehmoment übertragen werden. Somit ist nur noch der erste Statormagnet 33 aktiv, der in den obigen Ausführungsbeispielen das Anpressen übernimmt. Mit jeder Umdrehung des Füllerkarussells 10 wird somit die Spindel 31 weitergedreht, wodurch der Abstand zwischen der Mündungsglocke 22 des Füllorgans 20 und der Behälteraufnahme 13 kleiner wird. Der umgekehrte Fall ist analog möglich, das heißt, der erste Statormagnet 33 wird in diesem Fall noch weiter nach außen gefahren, bis nur noch der zweite Statormagnet 34 aktiv ist.
Alternativ zum Fortschwenken der jeweiligen Statormagnete 33, 34 können die Statormagnete 33, 34 auch als schaltbare Elektromagnete ausgebildet sein, welche entsprechend der gewünschten Höheneinstellung schaltbar sind. Auf diese Weise kann eine noch exaktere Höheneinstellung erreicht werden, wenn nur Teile des Statormagneten ein- beziehungsweise ausgeschaltet sind, da auf diese Weise die Höhenverstellung nicht über die gesamte Länge des Statormagneten durchgeführt wird, sondern nur über einen entsprechenden Teilabschnitt.
Mittels des hier dargestellten Antriebs 30 benötigt die Hubvorrichtung keine aktive Aktorik, wie beispielsweise Pneumatikzylinder, Elektromotoren oder dergleichen. Die Kraftübertragung zwischen dem Statormagneten 33 und dem drehbar gelagerten Ankermagneten 32 erfolgt kontaktfrei, was zu einer erheblichen Optimierung des Verschleißverhaltens der Anlage führt. Anstatt für die einzelnen Hubvorrichtungen jeweils einen aktiven Antrieb bereitzustellen, wird die unabdingbare Rotation des Füllerkarussells 10 auf technisch effektive Art und Weise auch zur Betätigung der am Füllerkarussell 10 vorgesehenen Hubvorrichtungen genutzt. Der Verzicht auf eine in dieser Hinsicht aktive Aktorik führt zu einer Verringerung des Energiebedarfs, zu Kostenersparnissen und einer insgesamt technisch weniger aufwendigen Hubvorrichtung.
Weiterhin müssen keine Lösungen zur Zuführung elektrischer Energie, eines pneumatischen Arbeitsfluids oder dergleichen an die von dem Füllerkarussell 10 mitgeführte Hubvorrichtung entwickelt werden. Der hier vorgestellte "Passivantrieb" ist höchst zuverlässig.
Ein weiterer technischer Beitrag besteht darin, dass eine Höhenverstellbarkeit der Hubvorrichtung zur Anpassung der Anlage an unterschiedliche Behältergrößen mittels des hier dargestellten Antriebs 30 technisch elegant umgesetzt wird. Darüber hinaus lässt sich die Antriebscharakteristik beziehungsweise die Charakteristik der Kraftübertragung flexibel einstellen und auf die gewünschten Prozessbedingungen anpassen. Durch die Vereinfachung des Antriebs 30 und die kontaktfreie Kraftübertragung vereinfacht sich auch die Reinhaltung des Systems, was insbesondere aus hygienischen Gründen bei Getränkeabfüllanlagen von Bedeutung ist. Diesbezüglich könnten zur weiteren Steigerung der Hygiene die Magnete beispielsweise eingeschweißt werden, sofern sie sich im sogenannten Grauraum befinden. Auch eine Trennung zwischen Reinraum und Außenraum bei gleichzeitiger Kraftübertragung zwischen den beiden Räumen ist möglich, da die Kraftübertragung kontaktfrei stattfindet.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Füllerkarussell
11: Karusselloberteil
12: Träger
13: Behälterhalterung
20: Füllorgan
21: unterer Bereich des Füllorgans
22: Mündungsglocke
30: Antrieb
31: Spindel
32: Ankermagnet
32': Antriebsabschnitte des Ankermagneten
33: Statormagnet, erster Statormagnet
33': Antriebsabschnitte des Statormagneten
34: zweiter Statormagnet
50: Behälter
51: Mündungsbereich des Behälters
S: Spalt
H: Hubrichtung
R: radiale Richtung des Füllerkarussells
T: Transportweg eines Behälters
T': Bewegungstrajektorie des Ankermagneten
A: Drehrichtung des Ankermagneten

Claims

Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters (50) mit einem Füllprodukt, bevorzugt zum Befüllen eines Behälters (50) mit einem Getränk in einer Getränkeabfüllanlage, umfassend einen feststehenden Füllerteil und ein relativ dazu drehbares Füllerkarussell (10), an dem mindestens eine Hubvorrichtung zum Aufbringen einer Relativbewegung zwischen einer Behälterhalterung (13) und einem Füllorgan (20) angeordnet ist, wobei die Hubvorrichtung einen Antrieb (30) zum Bewirken der Relativbewegung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Füllerkarussell (10) umlaufende Antrieb (30) mindestens einen bewegbar gelagerten Ankermagneten (32) umfasst und der feststehende Füllerteil mindestens einen Statormagneten (33) umfasst, wobei der Ankermagnet (32) und der Statormagnet (33) so eingerichtet sind, dass sie während der Rotation des Füllerkarussells (10) miteinander wechselwirken, um die Hubvorrichtung zur Bewirkung der Relativbewegung anzutreiben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Statormagnet (33) mehrere in Umfangsrichtung des Füllerkarussells (10) nebeneinander angeordnete magnetische Antriebsabschnitte (33') aufweist, welche mit dem Ankermagneten (32) aufgrund der Relativbewegung zwischen dem feststehenden Füllerteil und dem rotierenden Füllerkarussell (10) wechselwirken, wodurch die magnetischen Antriebsabschnitte (33') des Statormagneten (33) den Ankermagneten (32) in Bewegung, bevorzugt in Rotation, versetzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (32) mehrere nebeneinander angeordnete magnetische Antriebsabschnitte (32') aufweist, welche mit dem Statormagneten (33) aufgrund der Relativbewegung zwischen dem feststehenden Füllerteil und dem rotierenden Füllerkarussell (10) wechselwirken, wodurch der Statormagnet (33) den Ankermagneten (32) in Bewegung, bevorzugt in Rotation, versetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Antriebsabschnitte (32', 33') durch unterschiedliche Magnetpole ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Statormagneten (33) und dem Ankermagneten (32) zur Justierung der zu übertragenden Kraft einstellbar ist, vorzugsweise die Position und/oder Ausrichtung des Statormagneten (33) relativ zum feststehenden Füllerteil einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statormagnet (33) einen linearen und/oder bogenförmigen Abschnitt aufweist, der mit einem oder mehreren Magneten und/oder Magnetpolen zur Ausbildung von Antriebsabschnitten (33') besetzt ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich entlang des durch die Rotation des Füllerkarussells (10) definierten Transportwegs (T) ein Behältereinlauf, an dem die Behälter (50) der Vorrichtung übergeben werden, und ein Behälterauslauf, an dem die Behälter (50) die Vorrichtung verlassen, befindet und sich ein erster Statormagnet (33) am Behältereinlauf und ein zweiter Statormagnet (34) am Behälterauslauf befindet, wobei zwischen dem durch den ersten Statormagneten (33) ausgebildeten Radius und dem durch den zweiten Statormagneten (34) ausgebildeten Radius der durch den Ankermagneten (32) ausgebildete Radius liegt, so dass der Ankermagnet (32) am ersten Statormagneten (33) eine andere Rotationsrichtung als am zweiten Statormagneten (34) erfährt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem ersten Statormagneten (33) und dem Ankermagneten (32) größer als der Abstand zwischen dem zweiten Statormagneten (34) und dem Ankermagneten (32) ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Antriebsabschnitte (33') des Statormagneten (33) in Umfangsrichtung variiert, bevorzugt in Rotationsrichtung abnimmt.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (32) mit einer höhenverstellbaren Spindel (31) im Eingriff steht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (32) eine drehbar gelagerte Magnetscheibe ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankermagnet (32) mehrere Magnetpole, welche Antriebsabschnitte (32') ausbilden, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Rotation des Füllerkarussells (10) definierte Transportweg (T) kreisbogenförmig ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Statormagneten (33) relativ zur Drehachse des Füllerkarussells (10) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Statormagneten (33) so einstellbar ist, dass an wenigstens einer Position im Wesentlichen keine Wechselwirkung zwischen Statormagnet (33) und Ankermagnet (32) auftritt.