Vakuumregelung in einem Vakuumfüller ohne Zuführung von Fremdluft |
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申请号 | EP11166888.5 | 申请日 | 2011-05-20 | 公开(公告)号 | EP2525098B1 | 公开(公告)日 | 2013-07-17 |
申请人 | Albert Handtmann Maschinenfabrik GmbH & Co. KG; | 发明人 | Staudenrausch, Martin; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft ein Förderwerk, ein Verfahren zum Fördern von pastöser Masse sowie eine Füllmaschine gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 9 und 14. Förderwerke, insbesondere Flügelzellenpumpen, werden bereits zum Fördern von Wurstbrät aus Trichtern in Füllrohre, über die Wursthüllen mit dem Wurstbrät gefüllt werden, eingesetzt. Solche Flügelzellenpumpen sind beispielsweise in der Das Dokument Beim Abfüllen von pastösen Massen mit einem Vakuumfüller wird mit Hilfe einer Vakuumpumpe im Förderwerk ein Unterdruck erzeugt. Dieser Unterdruck entzieht der abzufüllenden Masse deren Gas-/Luftgehalt teilweise oder weitgehend vollständig. Dies ist in der Regel auch erwünscht. Das Endprodukt wird dadurch kompakt und porenfrei. Es gibt aber auch Endprodukte, die den Luftanteil ganz oder zu einem Teil behalten sollen. Um dies zu erreichen, wird die Höhe des Vakuums im Förderwerk abgesenkt. Der abzufüllenden Masse wird dadurch keine oder nur ein Teil des Luftanteils entzogen. Das Produkt behält seine Ausgangskonsistenz und wird in diesem Fall nicht unerwünscht verdichtet. Beispiele für Endprodukte, deren Gasanteil nicht oder nur teilweise entzogen werden soll oder die nicht verdichtet werden sollen, sind: Fleischkäse, Weißwürste, Kaviar, alle Massen, die cremig bleiben sollen sowie körnige Produkte. Bislang wird die Vakuumpumpe im Nennlastbereich betrieben. Um die Höhe des Vakuums zu reduzieren und dem Endprodukt anzupassen, wird eine bestimmte Menge Fremdluft mit einem manuellen oder elektrisch betriebenen Ventil dem Vakuumsystem zugeführt. Dadurch wird die Druckdifferenz zwischen dem Vakuumsystem und dem Luftanteil des Füllmediums reduziert, so dass der Gasanteil im zu füllenden Medium ganz oder teilweise erhalten bleibt. Körnige Produkte werden weniger verdichtet, je niedriger das angesetzte Vakuum ist. Jede Verdrängerpumpe, hier das Förderwerk der Vakuumfüllmaschine, hat eine Saugseite und eine Druckseite. Auf der Saugseite entsteht, je nach Dichtigkeit der Pumpe, durch die Vergrößerung der Förderwerkskammern, ein mehr oder weniger hohes Vakuum. Üblicherweise wird auf dieser Seite des Förderwerks zusätzlich mittels der Vakuumpumpe, wie zuvor beschrieben, die Bildung eines möglichst konstanten Vakuums unterstützt. Soll nun die Höhe dieses erzeugten Vakuums, wie zuvor erläutert, reduziert werden, z.B. durch das gesteuerte Zuführen von Fremdluft, so kann der Druck auf der Saugseite des Förderwerks niedriger sein als der Druck im Vakuumsystem. Dadurch wird Fremdluft bzw. von außen zugeführte Frischluft aus dem Vakuumsystem in das Förderwerk gesaugt. Dabei haben sich folgende Probleme ergeben. Das Füllmedium kann durch Bakterien kontaminiert werden. Die Befüllung der Förderwerkskammern ist nicht gleichmäßig, was unweigerlich zu erhöhten Gewichtsschwankungen der ausgestoßenen Portionen führt. Die Vakuumpumpe muss unnötig viel Luft absaugen, was bei manchen Vakuumpumpenarten zu technischen Problemen führt. Die Vakuumpumpe wird mit unnötig hoher Leistung betrieben und damit Energie verschwendet. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Förderwerk für eine Füllmaschine und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, die ermöglichen, dass auf zuverlässige Art und Weise Endprodukte mit geringem Gasanteil erzeugt werden können, die nicht kontaminiert werden, wobei gleichzeitig eine hohe Portionsgenauigkeit und eine Schonung der Vakuumpumpe realisiert werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 und 14 gelöst. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Förderwerk für eine Füllmaschine zum Fördern von pastöser Masse, insbesondere von Wurstbrät, ein Gehäuse mit einer Vakuumöffnung auf. Ferner weist die Vorrichtung eine Vakuumpumpe auf, die über eine Saugleitung mit dem Inneren des Förderwerks verbunden ist, um einen Unterdruck im Förderwerk zu erzeugen. Unter Saugleitung ist der Bereich zwischen Vakuumpumpe bis einschließlich der Vakuumöffnung im Gehäuse des Förderwerks zu verstehen. Erfindungsgemäß weist die Füllmaschine eine Ventileinrichtung auf, die in der Saugleitung angeordnet ist. Weiter ist mindestens ein Drucksensor vorgesehen zum Messen des Drucks in der Saugleitung und/oder im Förderwerk. Eine Regeleinrichtung regelt den Druck in dem Förderwerk bzw. der Saugleitung auf einen bestimmten Sollwert, wobei über die Ventileinrichtung der Querschnitt der Saugleitung in Abhängigkeit des vom Drucksensor gemessenen Drucks eingestellt wird. Der Druck im Saugbereich im Förderwerk entspricht dabei im Wesentlichen dem Druck in der Saugleitung. Vorteilhafterweise kann durch die Regelung des Drucks ohne Zuführung von Fremdluft, die Höhe des Vakuums auf der Saugseite des Förderwerks nie unter den Druck in der Saugleitung abfallen. Dadurch ist gewährleistet, dass keine Fremdluft ins Förderwerk strömen kann. Der Druck kann auf einen genauen und konstanten Wert eingestellt werden und führt somit zu einer gleichbleibenden Produktqualität mit konstantem Luftanteil. Die vorliegende Erfindung bewirkt auch eine gleichmäßigere Förderwerksbefüllung und damit konstantere Portionsgewichte am Auslauf der Füllmaschine. Das Füllmedium wird nicht mit Fremdluft kontaminiert. Die Vakuumpumpe muss nie mehr Gas absaugen als der abzufüllenden Masse entzogen werden kann. Dies führt zu einer längeren Standzeit der Vakuumpumpe. Energie kann somit eingespart werden. In besonders vorteilhafter Weise ist das Förderwerk eine Flügelzellenpumpe mit einem drehbar gelagerten Rotor, der radial verschiebbar gelagerte Flügel umfasst, die mit der Wandung des Gehäuses Förderzellen bilden. Die Flügelzellenpumpe weist einen Saugbereich, einen Druckbereich und einen Dichtbereich auf, wobei die Vakuumöffnung im Saugbereich insbesondere am Anfang des Saugbereichs oder im Dichtbereich angeordnet sein kann. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Drucksensor in einem Bereich zwischen der Ventileinrichtung und der Vakuumöffnung angeordnet ist. Bei dieser Lösung kann der Drucksensor einfach in die Saugleitung oder in einer Stichleitung der Saugleitung auf einfache und kostengünstige Weise integriert werden, ohne dass bauliche Maßnahmen am Förderwerk notwendig sind. Der Drucksensor kann somit auch in bereits bestehende Förderwerke nachgerüstet werden. Es ist auch möglich, dass der Drucksensor im Saugbereich des Förderwerks, insbesondere der Flügelzellenpumpe, angeordnet ist. Zwar ist das Anbringen des Drucksensors innerhalb des Förderwerks etwas aufwendiger, jedoch kann dann der Druck im Saugbereich sehr genau bestimmt werden. Vorteilhafterweise umfasst die Ventileinrichtung ein geregeltes Proportionalventil, d.h. also ein Stellventil, dessen Öffnung proportional zum gemessenen Druck eingestellt werden kann. Es ist besonders vorteilhaft, wenn parallel zum Proportionalventil ein Schaltventil zwischen Vakuumpumpe und Vakuumöffnung angeordnet ist. Somit können große Regelabweichungen schnell ausgeglichen werden, insbesondere am Anfang der Regelung. Andererseits kann dadurch auch ein möglichst kleines Regelventil ausgewählt werden, mit einem kleinen Regelbereich, was einerseits eine größere Regelgenauigkeit und andererseits geringere Kosten und einen geringeren Aufwand mit sich bringt. Vorteilhafterweise ist in der Saugleitung ein Wasserabscheider angeordnet, insbesondere zwischen dem Proportionalventil und der Vakuumöffnung. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass Feuchtigkeit und zu fördernde Masse nicht in die Ventileinrichtung in der Saugleitung bzw. die Vakuumpumpe gelangen kann, was langfristig zu Schäden führen würde. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der Druck in der Saugleitung und/oder in dem Förderwerk gemessen und der Druck durch Einstellen der Ventilöffnung in Abhängigkeit vom gemessenen Druck geregelt. Vorzugsweise führt die Regeleinrichtung dabei eine proportionale Regelung durch, wobei die Öffnung des Ventils proportional zum gemessenen Druck eingestellt wird. Um einen vorbestimmten Evakuierungsgrad bzw. eine gewünschte Luftmenge in der pastösen Masse zu erzielen wird ein entsprechender Sollwert bzw. Sollwertbereich für den Druck im Förderwerk und /oder der Saugleitung z.B. experimentell bestimmt und in der Regeleinrichtung abgespeichert. Dieser Sollwert bzw. Sollwertbereich dient dann zur Regelung. Wenn der gemessene Druck einen Grenzwert überschreitet, d.h. bei einer zu großen Regelabweichung, kann zusätzlich ein zu dem Proportionalventil parallel geschaltetes Schaltventil geöffnet werden. Somit können Regelabweichungen schnell ausgeglichen werden. Dabei kann entweder ein bestimmter Grenzwert für die Regelabweichung festgelegt werden oder aber das Schaltventil wird am Anfang der Regelung für einen vorbestimmten Zeitabschnitt zusätzlich geöffnet. Vorteilhafterweise kann die Vakuumpumpe mit einer im Wesentlichen konstanten Nennleistung betrieben werden, wobei der Druck im Förderwerk über die Ventileinrichtung eingestellt wird. Vorteilhafterweise kann die Regeleinrichtung in die Maschinensteuerung der Füllmaschine integriert sein. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme folgender Figuren näher erläutert.
Der Rotor 19 weist radial verschiebbar gelagerte Flügel 20 auf, die mit der Wandung 21 des Pumpengehäuses 2, dem Boden 25 des Gehäuses 2 sowie der Seitenscheibe bzw. dem Deckel 12 des Pumpengehäuses 2 Förderzellen 13 bilden. Der Rotor 19 ist exzentrisch um einen feststehenden Spannexzenter 26 gelagert. Durch Drehung des Rotors bzw. der Flügel 20 kann in bekannter Weise pastöse Masse in den Förderzellen 13 vom Einlass 18 zum Auslass 22 gefördert werden. Die Flügelzellenpumpe lässt sich allgemein in mehrere Bereiche einteilen. Einer dieser Bereiche ist der Saugbereich 17, ein weiterer ist der Druckbereich 15, wobei ein Dichtbereich 16 den Druckbereich 15 vom Saugbereich 17 trennt. Der Druckbereich 15 beginnt in Drehrichtung nach dem Einlass 18 und verläuft bis zum Auslass 22. Nach dem Druckbereich 15, der in Drehrichtung des Rotors 19 nach dem Auslass 22 endet, schließt sich der Dichtbereich 16 an, welcher den Druckbereich vom Saugbereich trennt. Nach dem Dichtbereich 16 ist der Saugbereich 17 angeordnet, der z.B. an einer Stelle beginnt, an der der spaltartige Abstand zwischen Rotor 19 und der Innenwand 21 des Gehäuses 2 zunimmt, derart, dass sich die Förderzellen 13 wieder vergrößern. Der Saugbereich 17 verläuft bis zum Ende des Einlasses 18. Im Saugbereich herrschen Drücke von 0,005 bis 1 bar. Wie in der Alternativ kann diese Nut 24 im Saugbereich auch im Boden 25 oder in der Gehäusewand 21 angeordnet sein. Wie insbesondere aus Unter Saugleitung ist hier der Bereich zwischen der Vakuumpumpe 3 bis einschließlich der Vakuumöffnung 11 zu verstehen. Durch das Erzeugen eines Unterdrucks in den Flügelzellen 13 im Saugbereich wird das Einziehen des Bräts vom Trichterinneren in die Flügelzellen im Einlass 18 unterstützt. Weiter kann dem Füllgut eine bestimmte Menge an Luft entzogen werden. Bei dem in Gemäß dem in Zusätzlich oder alternativ zum Drucksensor 7 kann der Drucksensor 8 vorgesehen sein, der den Druck im Förderwerk im Saugbereich misst. Die Messwerte des Drucksensors 8 werden ebenfalls an die Regeleinrichtung 9 geleitet, wobei dann ein Regelsignal in Abhängigkeit des Messsignals des Drucksensors 8 und/oder 7 erzeugt wird, um die Ventileinrichtung 4, 5 anzusteuern. Die Regeleinrichtung 9 führt einen Soll-Istwertvergleich durch und erzeugt ein entsprechendes Regelsignal für die Ventile 4, 5. In der Regel ist ein Drucksensor ausreichend. Werden zwei Drücke gemessen, so kann beispielsweise der Mittelwert als Istwert herangezogen werden. Es ist aber auch möglich, dass es zwei Regelschleifen gibt, wobei die beiden Druckmesswerte jeweils mit entsprechenden Sollwerten verglichen werden. Die Regeleinrichtung 9 kann entweder separat aufgebaut sein, kann jedoch auch in die Maschinensteuerung 90 integriert sein ( Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Zunächst wird ein Sollwert oder Sollwertbereich für den Druck im Förderwerk 1, d.h. in den Förderzellen 13 im Saugbereich 17 und/oder für den Druck in der Saugleitung festgelegt und in die Regeleinrichtung 9 eingegeben. Ein entsprechender Wert kann beispielsweise experimentell bestimmt werden, indem mit Hilfe der Ventileinrichtung 4, 5 oder 6 unterschiedliche Unterdrücke eingestellt werden und dann überprüft wird, bei welchem Druck oder in welchem Druckbereich (gemessen im Förderwerk und / oder in der Saugleitung) das fertige Produkt eine gewünschte Konsistenz bzw. einen gewünschten Luftanteil aufweist. Über den Trichter 101 wird dem Förderwerk pastöse Masse zugeführt. Zum Einstellen des vorgegebenen Unterdrucks innerhalb des Förderwerks im Saugbereich 17 wird der in Auf diese Weise kann ein vorbestimmter konstanter Druck im Förderwerk 1 eingestellt werden. Alternativ zu dem vorab beschriebenen Verfahren kann die Ventileinrichtung auch durch den Vakuumschieber 6 ( Die Drücke innerhalb des Saugbereichs liegen bei Produkten, denen nur ein geringer Luftanteil oder kaum Luftanteil entzogen werden soll, in einem Bereich von 200 bis 800 mbar. Bei Produkten, denen ein großer Luftanteil entzogen werden soll, können die Drücke in den Förderzellen 13 in einem Bereich von 5 bis 200 mbar liegen. Der Druck im Trichter liegt vorzugsweise bei Normaldruck bzw. Außendruck. Somit ist das Förderwerk und die entsprechende Füllmaschine sowohl zur Herstellung von kompakten und porenfreien Endprodukten, als auch zum Herstellen von Produkten mit größerem Luftanteil geeignet. Dabei ist gewährleistet, dass keine Fremdluft ins Förderwerk strömen kann. Dies verhindert eine Kontamination mit Fremdluft und bringt darüber hinaus eine hohe Portionsgenauigkeit mit sich. Darüber hinaus wird die Vakuumpumpe geschont. Der Luftanteil kann sehr exakt eingestellt werden. |