Vorrichtung und Verfahren zum Füllen eines Behälters mit Gegenständen

Abstract

 Vorrichtung und Verfahren zum Füllen eines Behälters (2) mit Gegenständen (4). Die Gegenstände (4) werden mittels eines Manipulators (86) über einer Zuführöffnung an der Oberseite des Behälters (2) in Stellung gebracht und über eine im wesentlichen senkrechte Bahn in den Behälter eingeführt. Der Behälter (2) wird während des Füllvorgangs oder danach geschüttelt, damit die Gegenstände (4) im Behälter sich verlagern. Zu diesem Zweck wird die untere Wand des Behälters (2) mit mindestens zwei Schwingplatten (20, 22) verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Füllen eines Behälters mit Gegenständen, wobei die Gegenstände über einer Zuführöffnung an der Oberseite des Behälters in Stellung gebracht und über eine im wesentlichen senkrechte Bahn in den Behälter eingeführt werden. Im folgenden ist unter der Bezeichnung Behälter insbesondere ein Karton, eine Kiste oder ein Kasten zu verstehen. Der Gegenstand kann regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein und kann sowohl verformbar als auch unverformbar sein.

[0002] Ein Verfahren und eine Vorrichtung wie oben beschrieben sind zum Beispiel aus BE-A-545 869, und auch aus verschiedenen Broschüren des Anmelders bekannt, worin Verpackungsmaschinen des Typs 'Kameleon' beschrieben werden. Einer derartigen Verpackungsmaschine werden mittels eines Förderbandes Kartons zugeführt, deren Deckelklappen weggebogen sind. Ein Gegenstand, oder eine Anzahl von Gegenständen gleichzeitig, wird mittels eines gesteuerten Manipulators über dem geöffneten Karton in Stellung gebracht und der Gegenstand wird in den Karton hinuntergelassen indem man ihn hineinfallen läßt. Da das gesamte waagerechte, von den Kartonwänden begrenzte Gebiet des Kartons über die Zuführöffnung leicht zugänglich ist, ist es einfach, mittels eines geeigneten Positionssteuerprogramms für den Manipulator einen guten Füllgrad des Kartons zu erreichen.

[0003] Wenn die Fläche der Zuführöffnung des Behälters kleiner ist als der größte waagerechte Querschnitt des Behälters, zum Beispiel wenn der oben erwähnte Karton entlang seiner Seitenwandoberkanten mit sich auf einander zu erstreckenden schmalen Klappen versehen ist, ist es erheblich komplizierter, den Behälter gut zu füllen; der Manipulator muß in dem Fall so eingerichtet sein, daß er eine komplizierte Positionierungsbewegung ausführen kann, um den Gegenstand über die Zuführöffnung des Behälters bis in die Nähe einer Seitenwand des Behälters zu bringen. Diese Lösung ist bei weitem nicht ideal, da sie mit wesentlich höheren Kosten verbunden ist, unzuverlässiger ist und zusätzliche Probleme beim völligen Füllen des Behälters verursacht.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten Nachteile zu verringern und eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit der Behälter, insbesondere Behälter deren Zuführöffnungsfläche kleiner ist als der größte waagerechte Querschnitt des Behälters, wobei die Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist, mit einfachen Mitteln optimal gefüllt werden können.

[0005] Nach dem Stand der Technik umfaßt eine Vorrichtung zum Füllen eines Behälters mit Gegenständen eine Behälterfördervorrichtung zum Zu- und Abführen von Behältern, welche an der Oberseite mit einer Zuführöffnung ausgestattet sind; eine Gegenstandszuführvorrichtung für das Zuführen der Gegenstände zur Füllvorrichtung; einen Manipulator zum Positionieren eines Gegenstands oder mehrerer Gegenstände gleichzeitig über einem Behälter, und zum Einführen eines jeden Gegenstandes in den Behälter über eine im wesentlichen senkrechte Bahn; und eine mit dem Behälter zu verbindende Schüttelvorrichtung die dazu vorgesehen ist, den Behälter zu schütteln. Eine derartige Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens zwei Schwingplatten, auf welche jeweils ein Teil des Behälters gestellt werden soll. Der Füllgrad des Behälters wird somit erhöht. Außerdem ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die Schwingplatten mit unterschiedlicher Phase schwingen zu lassen, wodurch der Füllgrad des Behälters noch weiter verbessert werden kann.

[0006] Als Antrieb einer Schwingplatte wird eine Ausführungsform bevorzugt, in der die Schwingplatte an ihrer Unterseite mit einem Ende eines Schenkels verbunden ist, dessen anderes Ende mit einem mittels Rotation antreibbaren Kurbelwellenmechanismus verbunden ist. Wenn die Schüttelvorrichtung mindestens zwei Schwingplatten umfaßt, die jeweils einen Teil des Behälters tragen, sind die Schenkel der jeweiligen Schwingplatten vorzugsweise mit demselben Kurbelwellenmechanismus verbunden, wobei zur Erzielung der erwünschten Phasendifferenz zwischen den jeweiligen Schwingungen der Schwingplatten, die Schenkel in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind. Gute Füllergebnisse werden erreicht, wenn der von den Schenkeln umschlossene Winkel etwa 120° beträgt.

[0007] In einer bevorzugten Ausführungsform wird jede Schwingplatte von Blattfedern abgestützt, die sich im wesentlichen im rechten Winkel zur Längsrichtung des mit der Schwingplatte verbundenen Schenkels erstrecken. Eine derartige Abstützung verschafft jeder Schwingplatte auf besonders einfache Weise die erforderliche Bewegungsfreiheit zur Durchführung einer Vibration.

[0008] Der erreichbare Füllgrad des Behälters ist in starkem Maße abhängig von den Möglichkeiten, die sich den Gegenständen im Behälter zur optimalen Verteilung bieten (= ein minimales Volumen der gesamten Gegenstände). Die erwünschte Verteilung der Gegenstände im Behälter wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß beim Einführen der Gegenstände in den Behälter zumindest lokal ein Freiraum im Behälter vorgesehen ist, insbesondere ein Freiraum zwischen den Gegenständen und der senkrechten Wand bzw. den senkrechten Wänden des Behälters.

[0009] Darüber hinaus kann die gute Verteilung der Gegenstände gefördert werden, indem ein vorbestimmtes Füllprofil, d.h. der Umriß der gesamten Gegenstände im Behälter, betrachtet in einer vertikalen Ebene, eingestellt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Füllprofil im wesentlichen M-förmig, wenn man in der Nähe des Freiraums zwischen den Gegenständen und der senkrechten Wand oder den senkrechten Wänden des Behälters mehr Gegenstände in den Behälter einführt als im Abstand davon. Die Gegenstände, die sich nahe dem Freiraum befinden und sich dann beim Schütteln des Behälters zum Freiraum hin verlagern, haben bei einem derartigen Füllprofil nur einen sehr kurzen Weg zurückzulegen.

[0010] Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verpakkungssystem zum Füllen von Kartons mit Tüten, das ein Wägesystem zum Wägen einer Produktmenge, ein Tütenfüllsystem zum Füllen einer Tüte mit dem mittels des Wägesystems gewogenen Produktmenge und eine Füllvorrichtung wie oben beschrieben, umfaßt.

[0011] Die Erfindung wird anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1a eine schematische, perspektivische Ansicht eines rechteckigen Kartons zur Verdeutlichung des Füllvorgangs des Kartons mit Gegenständen;

Fig. 1b einen Querschnitt des Kartons gemäß Fig. 1a;

Fig. 2 eine Ansicht, teils im Querschnitt, einer Schüttelvorichtung einer Füllvorrichtung;

Fig. 3a eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Füllvorrichtung, ausgestattet mit einer Schüttelvorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 3b eine teilweise schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 3a; und

Fig. 3c eine Ansicht im Grundriß der Vorrichtung nach Fig. 3a.

[0012] In den verschiedenen Figuren sind identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

[0013] Fig. 1a und 1b zeigen einen rechteckigen Karton 2, der an seiner Oberseite eine Zuführöffnung aufweist, deren Fläche kleiner ist als der waagerechte Querschnitt des Kartoninnern. Wenn ein solcher Karton 2 mit Gegenständen 4 gefüllt wird, welche in senkrechte Richtung in Richtung der Pfeile 6 in den Karton 2 eingeführt werden, zum Beispiel unter Einwirkung der Schwerkraft, kann eine Füllung des Kartons 2 wie sie in Fig. 1b gezeigt wird, zustandekommen. In diesem Falle wurde angenommen, daß die Gegenstände 4 aus verformbaren Tüten bestehen, die mit einer Anzahl kleinerer Gegenstände gefüllt sind, zum Beispiel Nahrungsmittel oder dergleichen. Aus Fig. 1b geht hervor, daß die Füllung des Kartons 2 aufgrund der Klappen 8 und gegebenenfalls der - strichliert dargestellten - Klappen 10 bei weitem nicht optimal sein wird, wenn keine besonderen Maßnahmen getroffen werden; zwischen einer Seitenwand 12 und sich im Karton 2 befindenden Produkten bleibt ein beträchtlicher Freiraum ungenutzt. Wenn man nun den Karton erfindungsgemäß in Schwingung versetzt, zum Beispiel in die Richtungen des Doppelpfeils 14, verlagern sich die höher gelegenen Gegenstände 4 seitlich und nach unten und füllen den im Karton 2 bestehenden Freiraum aus. Somit wird der Füllgrad des Kartons erheblich verbessert.

[0014] Die Schüttelvorrichtung nach Fig. 2 umfaßt zwei Schwingplatten 20 und 22, auf die ein Behälter, wie zum Beispiel Karton 2, gestellt werden kann. Der Karton 2 wird dabei von den beiden Schwingplatten 20 und 22 abgestützt. Schwingplatte 20 ist durch Stützen, wie zum Beispiel 24, mittels Bolzenverbindungen 27 an den Blattfedern 26 und 28 befestigt. Die Blattfedern 26 und 28 sind auf nicht näher dargestellte Weise entlang einer Kante, die von der Schwingplatte 20 abgewandt ist, in einem Rahmen der Schüttelvorrichtung befestigt. Die Blattfedern 26 und 28 ermöglichen eine Bewegung der Schwingplatte 20 im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene der Blattfedern 26 und 28. Die Schwingplatte 22 wird ähnlich wie Schwingplatte 20 abgestützt; in Fig. 2 ist von dieser Abstützung lediglich eine Stütze 30 und eine Blattfeder 32 dargestellt. An der Unterseite der Schwingplatte 20 ist ein Vorsprung 34 angeschweißt, an dessen Ende 38 ein Schenkel 36 befestigt ist. Diese Befestigung kann sowohl starr wie gelenkig sein. Am anderen Ende ist der Schenkel 36 mit einem Exzenter 40 verbunden, der auf einer mittels Rotation antreibbaren Achse 42 gelagert ist. Die Achse 42 wird auf nicht näher dargestellte Weise in Rotation versetzt durch einen Treibriemen 44, der in der Nut eines Antriebsrads 46 geführt ist, welches seinerseits von einem Motor 48 angetrieben wird. Sowohl der Exzenter 40 als der Antriebsmotor 48 sind mittels geeigneter Stützelemente 50 bzw. 52 im Rahmen der Schüttelvorrichtung befestigt. Die Schwingplatte 22 wird in gleicher Weise wie Schwingplatte 20 von einem Schenkel 54 angetrieben, der ebenfalls, wie Schenkel 36, mit dem Exzenter 40 verbunden ist, und deshalb die gleiche Schüttelbewegung ausführt, lediglich phasenverschoben. Die Phasendifferenz ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die Schenkel 36 und 54 nicht parallel ausgerichtet sind, sondern in einem Winkel von etwa 120° zu einander stehen.

[0015] Zwecks guter mechanischer Verbindung zwischen dem Karton 2 und der Schwingplatten 20 und 22 sind ein oder mehrere um eine Achse drehbare Spannfinger 58 vorgesehen, deren Winkelstellung mittels einer doppeltwirkenden Zylinder/Kolbeneinheit 60 eingestellt wird.

[0016] Die Schüttelvorrichtung nach Fig. 2 bildet einen Teil einer Füllvorrichtung, deren Aufbau im folgenden anhand von Fig. 3a-3c erörtert wird. In einem Rahmen 70 ist eine Schüttelvorrichtung nach Fig. 2, die insgesamt mit Bezugszeichen 72 bezeichnet ist, aufgestellt. Der Schüttelvorrichtung 72 werden mittels eines Förderbandes 74 Kartons 2 zugeführt, die mittels Förderbändern 76 und 78 in die richtige Stellung auf den Schwingplatten 20 und 22 gebracht werden. Die Förderbänder 76 und 78 werden von Motoren 80 bzw. 82 angetrieben und greifen an den Seitenwänden des Kartons 2 an. Förderband 76 kann quer zur Förderrichtung bewegt werden mittels einer Zylinder/Kolbeneinheit 84 zur Anpassung des gegenseitigen Abstands der Förderbänder 76 und 78 an die entsprechenden Abmessungen des Kartons 2.

[0017] Über den Schwingplatten 20 und 22 ist innerhalb des Rahmens 70 ein parallel zur Ebene der Schwingplatten beweglicher Manipulator 86 aufgestellt. Mittels des Manipulators 86 können Gegenstände in eine vorbestimmbare Stellung über der sich an der Oberseite des Kartons 2 befindenden Zuführöffnung gebracht werden und anschließend losgelassen werden, so daß der Gegenstand in den Karton fällt. Die Positionierung aufeinanderfolgender Gegenstände mit Hilfe des Manipulators 86 wird von einer Steuervorrichtung 88 gesteuert. Die Gegenstände, wie zum Beispiel 90, werden dem Manipulator 86 mittels eines Förderbandes 92 zugeführt.

[0018] Nachdem die Kartons 2 mit Hilfe der Füllvorrichtung nach Fig. 3a-3c gefüllt worden sind, und die Gegenstände optimal im Karton verteilt wurden, indem der Karton durch die Schüttelvorrichtung 72 in Schwingung versetzt wurde, wird der Karton 2 mittels der Förderbänder 76 und 78 auf ein Abfuhrförderband 94 gestellt und somit von der Füllvorrichtung entfernt zur weiteren Verarbeitung.

[0019] In einer praktischen Anwendung ist die beschriebene Füllvorrichtung Teil eines Verpackungssystems zum Füllen von Kartons mit Tüten, das ein herkömmliches Wägesystem 100 zum Wägen einer Produktmenge und ein herkömmliches Tütenfüllsystem 102 zum Füllen einer Tüte mit der mittels des Wägesystems gewogenen Produktmenge umfaßt (s. Fig. 3b).

[0020] Es liegt auf der Hand, daß der höchste Durchsatz beim erfindungsgemäßen Füllen von Behältern erreicht wird, wenn der Behälter während des Füllens derselben geschüttelt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Schüttelvorrichtung und die Füllvorrichtung getrennt aufzustellen und den Karton erst zu schütteln, nachdem er mit der vorbestimmten Zahl von Gegenständen gefüllt wurde.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Füllen eines Behälters (2) mit Gegenständen (4), die:
   eine Behälterfördervorrichtung (74, 76, 78, 94) zum Zu- und Abführen von Behältern (2), welche an der Oberseite mit einer Zuführöffnung ausgestattet sind;
   eine Gegenstandszuführvorrichtung (92) für das Zuführen der Gegenstände (4) zur Füllvorrichtung;
   einen Manipulator (86) zum in Stellung Bringen eines Gegenstands (4) oder mehrerer Gegenstände (4) gleichzeitig über einem Behälter (2), und zum Einführen eines jeden Gegenstandes (4) in den Behälter (2) über eine im wesentlichen senkrechte Bahn; und
   eine mit dem Behälter (2) zu verbindende Schüttelvorrichtung (72) die dazu vorgesehen ist, den Behälter (2) zu schütteln, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttelvorrichtung (72) wenigstens zwei Schwingplatten (20, 22) umfaßt, auf welche jeweils ein Teil des Behälters (2) gestellt werden soll.

2. Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingplatten (20, 22) so angetrieben werden, daß eine Schwingung mit unterschiedlicher Phase zustandekommt.

3. Füllvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingplatten (20, 22) an ihren Unterseiten jeweils gelenkig mit dem einen Ende (38) eines Schenkels (36, 54) verbunden sind, wobei das andere Ende eines jeden Schenkels (36, 54) mit einem mittels Rotation antreibbaren Kurbelwellenmechanismus (40) verbunden ist und die Schenkel (36, 54) in einem Winkel zueinander ausgerichtet sind.

4. Füllvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Schenkeln (36, 54) umschlossene Winkel etwa 120° beträgt.

5. Füllvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schwingplatte (20, 22) von Blattfedern (26, 28, 32) abgestützt wird, die sich im wesentlichen im rechten Winkel zur Längsrichtung des mit der Schwingplatte (20, 22) verbundenen Schenkels (36, 54) erstrecken.

6. Verfahren zum Füllen eines Behälters (2) mit Gegenständen (4) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei die Gegenstände (4) über einer Zuführöffnung an der Oberseite des Behälters (2) in Stellung gebracht und über eine im wesentlichen senkrechte Bahn in den Behälter (2) eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einführen der Gegenstände (4) in den Behälter (2) zumindest lokal ein Freiraum zwischen den Gegenständen (4) und der senkrechten Wand (12) bzw. den senkrechten Wänden (12) des Behälters (2) vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des Freiraums mehr Gegenstände (4) in den Behälter (2) eingeführt werden als im Abstand davon.

8. Verpackungssystem zum Füllen von Kartons (2) mit Tüten (4;90), das:
   ein Wägesystem (100) zum Wägen einer Produktmenge;
   ein Tütenfüllsystem (102) zum Füllen einer Tüte (4;90) mit dem mittels des Wägesystems gewogenen Produktmenge; und
   eine Füllvorrichtung zum Füllen von Kartons (2) mit den gefüllten Tüten (4;90) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, umfaßt.

Zeichnung