DE10356073B4

DE10356073B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Befüllen von oben offenen Getränkebehältern

Info

Publication number: DE10356073B4
Application number: DE2003156073
Authority: DE
Inventors: Klaus Baltes
Original assignee: SIG Technology AG
Current assignee: SIG Services AG
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: DE10356073A1

Abstract

Verfahren zum Befüllen von oben offenen Getränkebehältern, insbesondere Verbundverpackungen, wobei die Getränkebehälter (P, P', P'') in einem getakteten Behälterstrom einer Füllmaschine mit einer Mitnehmer (4) aufweisenden Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1') zu- und abgeführt werden, mit den folgenden Schritten:
– Abtrennen einer Mehrzahl von Behältern (P) aus dem getakteten Behälterstrom durch Auskuppeln der Mitnehmer (4) aus der Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1'),
– Transport der ausgekuppelten Behälter (P) in eine stationäre Füllstation durch Einkuppeln der Mitnehmer (4) in eine weitere Fördereinrichtung (Nebenkette 3, 3'),
– Befüllen der Behälter (P),
– Transport der befüllten Behälter (P') zu den bereits weiter transportierten, zuvor befüllten Behältern (P', P''),
– Zurückführen der befüllten Behälter (P') in den getakteten Behälterstrom durch Auskuppeln der Mitnehmer (4) aus der weiteren Fördereinrichtung (Nebenkette 3, 3') und Einkuppeln der Mitnehmer (4) in die Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1') und
– Verschließen der befüllten Behälter (P'') in...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen von oben offenen Getränkebehältern, insbesondere Verbundverpackungen, wobei die zugeführt Behälter einer Füllstation, dort befüllt, abgeführt und anschließend zu fertigen Packungen verschlossen werden.
Solche Verfahren und auch die dazu verwendeten Vorrichtungen, oft auch kurz als Füllmaschinen bezeichnet, sind in der Praxis in vielerlei Ausführungen seit langem bekannt. Der taktweise Transport der auf der Transportkette aufrecht stehenden und oben offenen Behälter hat, um einen großen Durchsatz zu erreichen, nur relativ kurze Ruhezeiten zwischen den einzelnen Takten. Das bedeutet, dass das abzufüllende Produkt in relativ kurzer Zeit in die Behälter gebracht werden muss. Dies führt trotz der Verwendung großer Füllquerschnitte je nach Produkt zu einer starken Schaumbildung sowie zum Schwappen des Produktes beim ruckartigen Weitertransport der Behälter. Dies ist unerwünscht, da hierdurch unter Umständen die unmittelbar nach dem Füllen miteinander zu versiegelnden Ränder der Behälteröffnung benetzt werden, wodurch die Siegelqualität beeinträchtigt wird. Weiterhin kann dies zu Füllmengenschwankungen führen.
Wenn im Rahmen der Anmeldung von 'Transportkette' gesprochen wird, soll sich diese Ausführung nicht nur auf eine Kette beziehen, sondern auf jegliche Konstruktionen, welche eine linienartige Zwangsführung von hintereinander zu befüllenden Behältern ermöglichen.

Zur Vermeidung bzw. Verringerung der Schaumbildung und des Schwappens ist bereits versucht worden, die Fülleinrichtung mitlaufend auszuführen, was jedoch aufgrund der notwendigen Rückführung wesentlicher Bauteile einen nicht zu vertretenden technischen Aufwand mit sich bringt.

In der Praxis wurde daher bereits vorgeschlagen, den Füllvorgang auf mehrere hintereinander liegende Stationen zu verteilen, indem jeder Behälter an jeder Station quasi portionsweise gefüllt wird. Dieses Verfahren kann die Schaumentwicklung zwar reduzieren, aber nicht vollkommen verhindern, so dass je nach Produkt immer noch eine unerwünschte Schaummenge entsteht. Außerdem kann der mehrfache Füllvorgang zu Füllmengenschwankungen führen. Dies hat zur Folge, dass die Taktzeit der Füllmaschinen zum Erreichen einer gleichmäßigen Packungsfertigung letztlich durch die Schaumbildung beim Füllvorgang beeinflusst wird. Auch hier kann das Schwappen des Produktes jedoch nicht verhindert werden.

Die DE 38 14 482 A1 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum diskontinuierlichen Befüllen von Behältern. Die Vorrichtung weist eine Fördereinrichtung mit einer Mehrzahl paarweise angeordneter Mitnehmer auf, zwischen denen jeweils ein Behälter auf einer Führungsschiene stehend angeordnet sein kann. Die Mitnehmer sind an einer umlaufenden Kette angeordnet, die schrittweise weiterbewegt wird. Auf beiden Seiten der Führungsschiene sind Füllstationen vorgesehen. Die zwischen den Mitnehmern bewegten Behälter werden auf Höhe der Füllstationen von der Führungsschiene herunter genommen und mit einem Querförderer abwechselnd in die beidseitig der Führungsschiene angeordneten Füllstationen verschoben. Der Querförderer ist dabei so ausgebildet, dass er gleichzeitig über die Fördereinrichtung zugeführte leere Behälter zu einer Seite in "freie" Füllstationen verschiebt, während er von der anderen Seite fertig gefüllte Behälter aus den gegenüberliegenden Füllstationen in die soeben frei gewordenen Plätze der Fördereinrichtung verschiebt. Damit werden wieder Füllstationen für den nächsten Takt frei, so dass die Behälter immer im Wechsel zu Füllzwecken aus dem Behälterstrom herausgenommen und anschließend zurückgegeben werden.

Die DE 198 25 328 A1 offenbart eine Förderstrecke zum Füllen von Behältern mit Schüttgut mit einer Füllstation und einem im Bereich der Füllstation vorgesehenen Förderband. Dem Förderband ist eine aus angetriebenen Laufrollen gebildete Förderstrecke zur Zuführung der zu füllenden Behälter vorgeschaltet, an deren Ende eine Behältersperre vorgesehen ist. Diese lässt sich jeweils nach der Zuführung eines Behälters, in die Bewegungsbahn der nachfolgenden Behälter bringen, wodurch diese aufgehalten werden. Der zuletzt zugeführte, auf diese Weise vereinzelte Behälter wird von dem Förderband so weit transportiert, bis er gegen eine von mehreren in festgelegten Abständen angeordneten Noppen eines parallel zu dem Förderband verlaufenden, intermittierend betriebenen Kettentriebs stößt. Die Noppe hält den Behälter während des Füllens in einer Füllstellung. Immer wenn ein Behälter gefüllt worden ist, wird der Kettentrieb um eine festgelegte Strecke weitergedreht, so dass die Noppe aus der Bewegungsbahn der Behälter herausgeführt und der nachfolgende Behälter durch eine weitere Noppe in Füllstellung gehalten wird.

Die WO 01/26972 A1 betrifft eine Förderstrecke in einer Füllstation zum Abfüllen von losen Gütern mittels eines Trichters in dafür vorgesehene Behälter. Die Behälter befinden sich auf einem Förderband und werden von diesem in Transportrichtung weiterbewegt. Benachbart zu dem Förderband ist ein Kettentrieb mit einem dynamischen Antrieb vorgesehen. Der Kettentrieb weist in die Behälterbahn einbringbare und entlang einer Transportrichtung intermittierend weiterbewegbare Behälter-Mitnehmerplatten auf, durch welche die auf dem Förderband ankommenden oben offenen Behälter in einer stationären Füllstellung gehalten und nach dem Füllen zum ungehinderten Weitertransport freigegeben werden. Zuvor sind in die Behälterbahnen einbringbare Stopper vorgesehen, um die nacheinander aufgereihten Behälter zu vereinzeln.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung zum Befüllen von taktweise bewegten Behältern so auszugestalten und weiterzubilden, dass die Schaumbildung und das Schwappen des Produktes während des Füllens auf ein Minimum reduziert werden kann, um exakt reproduzierbare Füllmengen zu erreichen.

Verfahrensmäßig wird diese Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Die Erfindung macht es möglich, dass die zu befüllenden Behälter über einen gewissen Freiraum mit extrem hoher Geschwindigkeit transportiert werden können, so dass bei einer längeren Transportzeit überproportional mehr Weg zurückgelegt werden kann. Mit dem zunächst ausgeführten großen Transporthub im ungefüllten Zustand steht für den eigentlichen Füllvorgang mehr Zeit zur Verfügung, bis die leeren Behälter an die gerade in Befüllung befindlichen Behälter herangeführt werden. Ein langsameres Füllen bei stehendem Behälter kann die Schaumbildung deutlich reduzieren, ohne dass es zu einer Verzögerung der Gesamt-Transportgeschwindigkeit der Füllmaschine kommen muss, wenn die gerade zu befüllenden Behälter aus dem vorgegebenen Transporttakt für den Füllvorgang abgetrennt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist sehr flexibel, da je nach Produkt lediglich unterschiedlich große „Freiräume" innerhalb der Linie vor und hinter der Füllstation vorgesehen werden müssen, um eine ausreichend lange Füllzeit zu gewährleisten.

Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale von Patentanspruch 5 gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstruktion hat den Vorteil, dass pro Linie nur noch eine einzige Füllstation vorhanden sein muss und dass – bei gleicher Konstruktion – unterschiedlichste Produkte nur durch einen entsprechenden Verfahrensablauf bzw. eine entsprechende Programmierung abgefüllt werden können.

Bei dem in die Getränkebehälter zu befüllenden Produkt kann es sich um eine Flüssigkeit, aber auch um pastöse Produkte mit oder ohne stückige Anteile handeln.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können in der Füllstation mehrere in Transportrichtung hintereinander angeordnete Behälter gleichzeitig befüllt werden. Dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise mehrere benachbarte Behälter gleichzeitig aus dem „normalen" Transporttakt ausgekoppelt werden können und daher bereits ein Mehrfaches der Taktzeit für den Füllvorgang zur Verfügung steht. Auch kann die Dauer des Füllvorgangs unabhängig vom Transporttakt des Behälterstroms sein.

Insbesondere lässt sich die Schaumbildung dann reduzieren, wenn die gefüllten Behälter beim Heranführen an den Behälterstrom langsam beschleunigt und auch langsam wieder abgebremst werden, so dass die Maximalbeschleunigung der gefüllten Behälter nicht größer wird als die des Behälterstroms, um die damit verbundene Schwappgefahr nicht weiter zu erhöhen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Linien nebeneinander angeordnet, um ausreichende Stückzahlen gefüllter Packungen innerhalb der vorgegebenen Zeit produzieren zu können.

Je nach Konzeption der Gesamtkonstruktion kann die Nebenkette in Bezug auf die Transportkette neben dieser oder unterhalb von ihr angeordnet sein. Die letztere Möglichkeit ist besonders für eine Ausführung mit mehreren parallelen Linien vorteilhaft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1A bis 3D einen kompletten Füllzyklus in stark schematisierter Darstellung der Transport- und Füllvorgänge während drei Takten, von denen jeweils vier Viertelschritte gezeigt sind,
4 schematisch und in perspektivischer Darstellung, die Entkoppelung der hintereinander angeordneten Behälter von der Transportkette und
5A und 5B den Gegenstand aus 4 in Richtung des Pfeiles V in 4 im Eingriff in die Transportkette (5A) und in die Nebenkette (5B).
Um das erfindungsgemäße Verfahren besser zu verstehen, sind in den 1 bis 3 drei volle Maschinentakte eines Behälterstroms während eines Füllvorganges in jeweils Viertelschritten (A, B, C und D) dargestellt, wobei sich an die Darstellung in 3D wieder der erste Schritt gemäß 1A anschließt. Es wird darauf hingewiesen, dass das dargestellte Beispiel nur eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt. So ist es beispielsweise auch möglich, den Füllvorgang während zwei, vier, fünf oder mehr Maschinentakten des Behälterstroms durchzuführen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils nur eine einzige Linie einer erfindungsgemäßen Füllvorrichtung in Seitenansicht dargestellt.
Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel sind oberhalb einer Transportkette 1 drei Füllauslässe 2 einer nicht dargestellten Füllstation zum gleichzeitigen Füllen dreier benachbarter oben offener Behälter P vorgesehen. Ferner ist erkennbar, dass die drei unterhalb von Füllauslässen 2 angeordneten und fast fertig gefüllten Behälter P aus der Transportkette 1 entkoppelt sind und mittels nicht näher bezeichneter Einrichtungen mit einer Nebenkette 3 in Wirkverbindung stehen. Die Transportrichtung ist dabei mit nicht näher bezeichneten Pfeilen dargestellt.
Zur besseren Übersicht sind in den folgenden Darstellungen die noch mit der Transportkette 1 verkuppelten Behälter mit P, die zu füllenden Behälter, eingekuppelt in die Nebenkette 3, mit P' und die bereits befüllten und wieder mit der Transportkette 1 in Wirkverbindung stehenden Behälter mit P'' bezeichnet. Auch wenn Transportkette 1 und Nebenkette 3 nur äußerst schematisch angeordnet sind, ist doch erkennbar, dass die Nebenkette 3 nur unterhalb der eigentlichen Füllvorrichtung und in den angrenzenden Bereichen davor und dahinter angeordnet ist, während die nur teilweise dargestellte Transportkette 1 durch die gesamte Füllmaschine hindurchläuft. Mit Abschluss des Füllvorganges werden die drei im nächsten Schritt zu befüllenden Behälter P von der Transportkette 1 entkoppelt, wie in 1B dargestellt.
In den 1C und 1D erfolgt eine Vorwärtsbewegung der Nebenkette 3, um einerseits die drei (rechten) bereits gefüllten Behälter P' an die zuvor befüllten Behälter P'' heranzuführen und andererseits einen ausreichenden Freiraum hinter den drei (linken) im nächsten Schritt zu füllenden Behältern P' zu schaffen. Gleichzeitig setzt sich auch die Transportkette 1 in Bewegung.
2A zeigt die gleiche Ansicht während des nächsten Maschinentaktes, bei dem sich die Transportkette 1 nach rechts in Transportrichtung bewegt hat. Gleichzeitig bewegt die Nebenkette 3 die gefüllten Behälter P' in Richtung auf die Behälter P'' zu, um die Lücke zu schließen und die zu füllenden Behälter P' unter die Füllauslässe 2 zu bewegen.
In der 2B haben die von der Nebenkette 3 herangeführten drei (linken) Behälter P' bereits wieder ihre Füllstellung erreicht, so dass mit dem Füllvorgang begonnen werden konnte. Man erkennt, dass zwei „Felder" hinter den zu befüllenden Behältern P' und vor den nächsten Behältern P des Packungsstromes auf der Transportkette 1 leer bleiben.
Aus 2C geht nun hervor, dass die drei zuvor befüllten Behälter wieder von der Nebenkette 3 ausgekoppelt sind und nun mit P'' bezeichnet wieder in Wirkverbindung mit der Transportkette 1 stehen.
Der Füllvorgang wird in den 2C und 2D weiter fortgesetzt, wobei in 2D bereits die Transportkette 1 um eine Position in Transportrichtung bewegt wird, wie in 3A ersichtlich. Dort ist hinter den gerade befüllten Behältern P' nur noch eine leere Position auf der Transportkette 1 zu erkennen.
Während der Füllvorgang in den 3B bis 3D komplettiert wird, rückt mit dem nächsten Maschinentakt die Transportkette 1 wieder eine Position nach vorne und der gesamte Zyklus beginnt wieder in der Stellung gemäß 1A.
Die zuvor dargestellte Beschreibung macht deutlich, dass für einen Füllvorgang bei der gewählten Konfiguration mit zwei leeren Stationen die dreifache Zeit zur Verfügung steht, so dass die Schaumbildung im Behälter P auf Minimum reduziert werden konnte. Zur Reduzierung des Schwappens können die befüllten Behälter P' durch langsame Beschleunigung und Bremsung mittels der Nebenkette 3, wie in den 1C, 1D, 2A und 2B gezeigt, an die vorlaufenden gefüllten Behälter P'' herangeführt und mit der Transportkette 1 verkuppelt werden.
4 zeigt nun, gleichfalls schematisch, eine mögliche konstruktive Ausführung der Entkoppelung einer Mehrzahl hintereinander angeordneter Behälter P von einer Transportkette 1' zu einer (hier neben der Transportkette 1' angeordneten) Nebenkette 3'. Hier sind vier parallele Linien zu erkennen, wobei im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel die Stellung etwa von 2C erreicht ist, in der die zuvor gefüllten Behälter von der Nebenkette 3' wieder in die Transportkette 1' eingekuppelt worden sind.
Die dargestellte Ausführung zum Ein- bzw. Auskuppeln ist nur eine denkbare Konstruktionsart im Rahmen der Erfindung. Hierbei sind die einzelnen Behälter P rechtwinklig zur Transportrichtung horizontal verschiebbar angeordnet, wie mit dem nicht näher bezeichneten Doppelpfeil angedeutet. Ein Mitnehmer 4, welcher eine Mitnehmerachse 5 aufweist, kann von einer Schalt- und Führungsschiene 6 in entsprechende Mitnahmeöffnungen 7 bzw. 7' bewegt werden. Zum besseren Verständnis ist diese Stellung in 5A noch einmal in Seitenansicht dargestellt, man erkennt die formschlüssige Verbindung mit der Transportkette 1'. Für den Transport der Behälter P in die Füllstation werden, wie zuvor näher beschrieben, die auszukoppelnden Behälter P von der Transportkette 1' in die Nebenkette 3' formschlüssig eingekuppelt, wie in 5B dargestellt.
Es wird wiederholt betont, dass das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel nur eine Möglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. Auch wenn nicht dargestellt, ist es möglich, durch Variation der Anzahl der gleichzeitig hintereinander befüllter Behälter P und der davor bzw. dahinter vorgesehenen Leerstellen unterschiedlichste Füllzeiten zu erzielen, ohne die erfindungsgemäße Grundkonstruktion ändern zu müssen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist zuverlässig ausgeschlossen, dass sich der Bereich der Füllstation mit Hinsicht auf die Taktgeschwindigkeit als „Flaschenhals" auswirkt.

Claims

Verfahren zum Befüllen von oben offenen Getränkebehältern, insbesondere Verbundverpackungen, wobei die Getränkebehälter (P, P', P'') in einem getakteten Behälterstrom einer Füllmaschine mit einer Mitnehmer (4) aufweisenden Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1') zu- und abgeführt werden, mit den folgenden Schritten: – Abtrennen einer Mehrzahl von Behältern (P) aus dem getakteten Behälterstrom durch Auskuppeln der Mitnehmer (4) aus der Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1'), – Transport der ausgekuppelten Behälter (P) in eine stationäre Füllstation durch Einkuppeln der Mitnehmer (4) in eine weitere Fördereinrichtung (Nebenkette 3, 3'), – Befüllen der Behälter (P), – Transport der befüllten Behälter (P') zu den bereits weiter transportierten, zuvor befüllten Behältern (P', P''), – Zurückführen der befüllten Behälter (P') in den getakteten Behälterstrom durch Auskuppeln der Mitnehmer (4) aus der weiteren Fördereinrichtung (Nebenkette 3, 3') und Einkuppeln der Mitnehmer (4) in die Fördereinrichtung (Transportkette 1, 1') und – Verschließen der befüllten Behälter (P'') in dem lückenlos getakteten Behälterstrom zu fertigen Packungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stets mehrere in Transportrichtung hintereinander angeordnete Behälter (P) gleichzeitig befüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Füllvorgangs unabhängig vom Transporttakt des Behälterstroms ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die befüllten Behälter (P) beim Heranführen an den Behälterstrom der vollen Behälter langsam beschleunigt und abgebremst werden.
Vorrichtung zum Befüllen von oben offenen Getränkebehältern, insbesondere Verbundverpackungen, mit einer stationären Füllstation, mit einer getakteten Transportkette (1, 1'), die die Behälter (P, P', P'') in wenigstens einer Linie hintereinander der gesamten Füllmaschine zu- und abtransportiert, mit einer Nebenkette (3, 3'), die sich im Bereich der stationären Füllstation linear so erstreckt und getaktet sowie mit höherer Geschwindigkeit betreibbar ist, dass die Behälter (P, P', P'') von der getakteten Transportkette (1) übernommen, mit höherer Geschwindigkeit zur Füllstation transportiert und nach dem Befüllen weitertransportiert und an die getaktete Transportkette (1, 1') wieder übergeben werden, mit an der Transportkette (1, 1') und an der Nebenkette (3, 3') ein- und auskuppelbaren Mitnehmern (4), die die Behälter (P, P', P'') bewegen und mit einer Einrichtung (5, 6) zum wechselweisen Ein- und Auskuppeln der Mitnehmer (4) von der Transportkette (1, 1') in die Nebenkette (3, 3') und umgekehrt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Linien nebeneinander angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkette (3) unterhalb der Transportkette (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenkette (3') neben der Transportkette (1') angeordnet ist.