用于充填糊状物，尤其是用于生产香肠的充填机和充填方法
技术领域
本发明涉及一种用于充填糊状物的充填机和充填方法，尤其是根据权利要求1和9的前序部分所述的用于生产香肠的充填机和充填方法。
背景技术
由现有技术已知了用于充填糊状物的充填机，特别是用于充填香肠肠衣的充填机。充填机一般包括料斗，糊状物充填在料斗内并通过输送泵从料斗输送到如填料管等内，然后糊状物从此处注入香肠肠衣中。各分份由合适的充填机生产，且其重量优选应非常精确。充填机，特别是真空充填机的重量精度取决于多种因素。这些因素尤其包括针对环境、输入产品、输出产品、机器和过程的变量的变化。特别是周围环境和产品温度、待充填物的黏度、填料管直径、泵的几何结构和充填速度等很重要。
恰当的应对措施可至少部分地补偿上述系统影响。实际上，通常通过重新调整充填机的泵设置的分份重量或体积来校正分份重量波动。
然而，实际上也发生所谓的随机误差。误差更难以控制或校正，因此在很长一段时间内显著地使充填的分份的重量精度不符合要求。误差包括因转动叶片泵的出口区域内的压力波动而在泵内产生的从根本上不可控的流动过程。在转动叶片泵中，被周围空气压力从料斗压入输送机构的糊状物在叶片室内被送至出口，其中叶片室的体积朝着出口处减小，以便糊状物被压缩，而压力区域内的压力朝着出口处增加。因此可能因压力区域与吸入区域间的压力差而从转动叶片泵的压力区域至吸入区域出现压力均衡流，由此产生重量不准确(例如参照图6，其中压力区域以32表示，而吸入区域以31表示)。也可能因小间隙在各室间出现压力均衡流。
分份重量补偿方法的主要问题在于这是一种反应性迭代法，即由于实际值不断变动(其同时要求进行更多的调整工作)，可实现的分份重量精度时常不符合要求。
为了获得更高的分份精度，已尝试多种解决方案，其中两个计量泵一前一后设置，即实际上须提供两个真空充填机，其中一个包括料斗。然而，这导致了许多缺点，例如：
成本高、磨损件数量增多、成本效率低、发生故障的可能性增大、清理工作增多、空间需求增加、能耗增加及灵活性降低等，其原因是系统笨重且无法在短时间内重新装备。
发明内容
从此处开始，本发明的目的是提供一种用于充填糊状物，尤其是用于生产香肠的改进的充填机和改进的充填方法，其确保了分份精度高并避免了上述缺点。
权利要求1和9的特征满足了根据本发明的这一目的。
根据本发明，充填机现包括用于利用第一驱动器输送糊状物的输送泵、耦合到出口(即输送泵的出口端)的计量泵和驱动机构，计量泵单元通过驱动机构与集成到充填机特别是充填机外壳中的第二驱动器耦合。这意味着计量泵自身没有与充填机耦合的驱动器，由此计量泵的体积小且易管理，所以充填机也可在短时间内以简单的方式重新装备，从而使得具有很大灵活性。由于计量泵未设计自己的驱动器并且可由充填机内(即如充填机壳体内)的已用于其他功能的驱动器驱动，所以可显著降低投资成本并且可很容易对现有总成中的各计量泵进行改造。因此计量泵布置成与驱动器相隔一段距离。
根据优选的实施例，充填机包括用于检测计量泵是否耦合和/或是否将被第二驱动器驱动的装置。例如，该装置可为当计量泵耦合从而激活其致动时作出响应的传感器，和/或输入装置，操作员可通过该输入装置输入计量泵耦合和/或待驱动。该装置还可包括产品存储器，其内存储有不同类型的待生产产品的各过程数据，其中还存储有计量泵是否将被第二驱动器驱动这一信息。然后控制器可检索该信息。
因此，现有驱动器可以简单的方式用于计量泵。充填机有利地包括控制第一驱动器和第二驱动器的机器控制器。由于两个控制器都由机器控制器控制，两个驱动器的功能和操作参数可进行最优协调。
第二驱动器是集成到充填机的驱动器，即目前位于机器壳体内，并可受控于机器控制器以使用其他辅助设备，特别是下列辅助设备的至少其中之一：内联研磨机、拧开单元、长度测量单元和剪刀等。
当计量泵耦合时，可在机器控制器内选择计量泵致动功能。通过使用已有的驱动器可进一步节约成本，使充填机的成本效益更高。第二驱动器可替代地用于计量泵或通过合适的传动装置用于不同的辅助装置。因此，可在工厂内安装一个驱动器，然后可根据需要将该驱动器用于不同的辅助装置，使生产大幅简化并大幅降低生产成本。
输送泵和计量泵都有利地构造为旋转叶片运送单元，其中计量泵的尺寸小于旋转叶片泵的尺寸。这意味着计量泵每次旋转360度可输送的量大大小于输送泵的独立的容积。例如，输送泵每次旋转输送的量(被称为临界流量)可在1200-2000立方厘米的范围内且计量泵的临界流量在35-40立方厘米的范围内。因此，计量泵的临界流量约为输送泵临界流量的1-30％，特别是1.5-20％。由于计量泵的大小即目前尺寸小于转动叶片泵的尺寸，计量泵可易于控制并且制造便宜。计量泵仅需要较小空间，因此可易于集成到现有的管路系统中。由于其叶片室大大小于输送泵的叶片室，所以可获得非常高的重量精度。计量泵的尺寸在所述容积范围内尽可能地小以便获得最佳重量精度，但也具有所需的大小，以便可获得所需的泵送能力并且可容易和缓地输送可能存在于物料中的充填料(如肉块)。
计量泵有利地构造成使得叶片室的数量和/或叶片室的容积可变，其中优选的是，转子和/或泵叶片设置为可替换的，并且/或可采用减小叶片室容积的间隔元件。
因此，计量泵可快速且容易地适应各项要求，而无需进行更换。通过改变叶片的数量可改变运送机构的室的大小，使得叶片室的数量发生改变。可利用间隔元件改变泵的容积，从而改变泵的容量。也可改变叶片室的尺寸以适应产品充填块的最大尺寸。例如，可在转子的外直径上和/或泵座上和/或泵盖等上安装间隔环。除去该间隔元件或环后，泵室的尺寸变大。就更大的叶片室而言，由此可获得具有相应更高泵送能力的更大计量泵。
计量泵构造为其入口侧和出口侧包括连接区域的可替换组件，通过该连接区域，组件的入口侧连接到输送泵的出口端并且其出口侧与附件和/或辅助装置特别是填料管或内联研磨机或拧开管路等连接。这意味着由于计量泵的连接与充填机的出口兼容并且计量泵的出口与充填机的出口相同，泵可易于集成到现有总成中。因此充填机的附件和辅助装置也装配在计量泵上。不涉及任何用于充填机的额外成本即可形成快速和简易对接。由于连接区域，即目前由于标准化接口，计量泵适合任何的标准充填机。
可致动驱动器以使得计量泵上游的第一压力p1与计量泵下游的压力p2间的差值|△p|优选在0至5巴的范围内。
根据优选实施例，计量泵上游的运送方向上设有第一压力传感器，并且计量泵下游的运送方向上设有第二压力传感器。压力传感器有利地形成在计量泵的连接区域内。第一压力传感器也有可以设置在输送泵出口端上游的运送方向上。获得的测量值优选传送到机器控制器，其中控制装置致动驱动器，使得第一传感器和第二压力传感器测量的压力间的差值|△p|优选在0至5巴的范围内。
如果将压力传感器集成到计量泵中，那么计量泵用作测量仪。
因此可能的是，计量泵的入口压力(p1)与出口压力(p2)之间存在的最小可能压力差会避免入口侧与出口侧之间产生不可控容积的流量。计量泵的压力差值△p越小，可取得的分份重量精度越高。计量泵优选以恒定的(可调的)进给压力p1运行。
在根据本发明的糊状物充填方法中，糊状物通过第一驱动器经由输送泵输送至计量泵，计量泵由集成到充填机(特别是充填机外壳)中的第二驱动器的传动机构驱动。
在此首先通过装置检测计量泵是否耦合，其中，当检测到安装有计量泵时，机器控制器致动第二驱动器以使用计量泵，并且如果检测到没有安装计量泵，则可致动第二驱动器以使用其他辅助装置。因此，充填机的现有驱动器可用于计量泵而无需安装任何额外昂贵的驱动器。这另外带来的优势是具有第二驱动器的充填机可在工厂生产，然后可根据需要和客户需求用于各种目的和各种辅助装置。为此仅一种总成必须在工厂生产，所以可节约相当大的成本并可简化生产过程。输入控制器的有关第二驱动器将驱动哪个辅助装置的信息可在输入单元手动输入，或可存储在各种待生产产品的产品存储器内并由控制器检索。
优选地，在计量泵上游的运送方向上测量压力p1，并且在计量泵下游的运送方向上测量压力p2。用于测量计量泵上游压力p1的压力计不一定必须集成到计量泵模块中，也可在出口端上游的充填机内测量。在此压力p1优选设置或调节为恒定值。
输送泵和计量泵的驱动器可实现为使得|p1-p2|优选等于△p，即0至5巴。该优选限定范围可输入控制器中或由泵各自的致动产生。
根据优选实施例，计量泵叶片室的容积和/或数量可特别根据至少一个下列参数发生改变：待生产的各分份的重量、计量泵的标称容量、产品填充块的大小、黏度等。
优选地，在输送泵的出口处通过控制装置控制压力p1。也可调节输送泵的每单位时间输送量或待控制的比例值，其中，例如优选进行位置控制，为运送机构进行上述压力控制。
计量泵出口下游的压力p2可由单独的控制装置调节或也可调节计量泵的每单位时间输送量或比例值，特别是进行了位置控制。
优选地，分别控制计量泵的每单位时间输送量或比例值或进行位置控制。
根据本发明，计量泵现设置在充填机外壳外，而第二驱动器设置在充填机外壳内，其中，充填机外壳上设置有将传动机构耦合至第二驱动器的耦合器(如，爪形联接器)。因此，可非常容易且快速地安装或改装具有传动机构的各计量泵。
在装置和方法中，优选以以下方式驱动两个驱动器，即使得下述规则适用：|p0-p1|>|p1-p2|，其中p0是输送泵(2)的吸入端压力，p1是计量泵上游的输送泵的出口处压力，p2是计量泵的出口处压力。这使得重量精度特别高。
附图说明
下面参照附图将对本发明进行更详细的说明：
图1非常示意性地示出了根据本发明的充填机的局部放大俯视图；
图2非常示意性地示出了根据本发明的计量泵的若干不同实施例的横截面；
图3示意性地示出了计量泵的一实施例的局部放大透视图；
图4示意性地示出了根据本发明的充填机的侧视图；
图5示出了根据本发明的输送泵的透视图；
图6示意性地示出了运送机构的俯视图，其中盖已移除。
具体实施方式
图4和1示出了根据本发明的充填机。充填机1(特别是真空充填机)具有料斗18，糊状物通过如提升托架25充填入料斗18。糊状物通过输送泵2特别是转动叶片泵(将在下文进行详细描述)由料斗的下部区域运送至充填机的出口6，其中计量泵4耦合至出口端6a，以便糊状物在运送方向F上从计量泵4向前运输。
有利的是，输送泵2为具有集成驱动器3(即，驱动电机)的转动叶片泵。
图5和6分别示出了具有壳体26和可枢转盖39，及糊状物的入口27和出口6的转动叶片泵2。例如入口27与例如料斗18的出口相连接，糊状物通过该出口供给转动叶片泵2。例如，通常入口27与填料管(当前未示出)在出口端6a处连接。在此上述计量泵4代替填料管连接，其中计量泵4的连接区域20与输送泵2的出口端6a兼容。输送泵2包括例如，优选偏心地设置在泵壳体(26)内的转子30，转子30可设置成旋转并通过泵轴由第一驱动器3驱动绕轴线A旋转。转子30包括径向可移动地安装的叶片28，其分别与外壳26的内壁、基座和盖形成叶片室或运送格室。例如，转子30可围绕固定的夹紧偏心装置10偏心安装。通过分别旋转转子或叶片，糊状物可以已知的方式分别在运送格室或叶片室9内从入口运送至出口。旋转叶片泵一般可分为几个区域。这些区域中的一个是吸入区域31，另一个是压力区域32，其中密封区域33将压力区域32和吸入区域31分开。压力区域32在旋转方向上始于入口27下游并延伸至出口6。压力区域32在转子的旋转方向上止于出口6之后，压力区域32的下游是密封区域33，密封区域33将压力区域与吸入区域分开。吸入区域31始于例如转子与泵外壳内壁间的间隙状间隔增大的点处，以便叶片室的尺寸再次增大。吸入区域31延伸至入口27端。吸入区域内压力为例如0.005-1巴。真空开口可形成于吸入区域31内，如形成于壳体壁上，并可通过吸入管路连接至真空泵。该区域可随之排空。出口区域6处(即，计量泵4下游)的压力p1为20-40巴。叶片室的尺寸根据叶片室的位置变化，例如尺寸范围为10-50立方厘米。如上所述，计量泵4在出口端6a处通过连接区域耦合。
计量泵4没有集成驱动器并设计为可以简单的方式集成的便携式计量泵模块。
图3以透视图示出了局部放大的计量泵4。计量泵也设计为旋转叶片运送格室并包括壳体22和两个连接区域20、21，例如当前呈现为软管末端的形式。也如结合输送泵2所描述的那样，可转动转子10安装在封闭的泵壳体22内，壳体22内安装有多个泵叶片11，以便叶片11连同泵壳体22的壁34、壳体基座35及壳体36的顶面(其也可形成为可向上枢转的盖)一起形成叶片室9。在图3所示的实施例中，安装当前为间隔环的间隔元件12，以便叶片11与转子的内表面壁34和间隔环12一起形成叶片室9。为了改变泵容积从而改变对尺寸最大的待处理充填产品块的容量，可在转子外直径上和/或泵基座处和/或泵盖处等设置间隔元件，如间隔环。间隔元件或各间隔环移除后，泵室(即，叶片室9)的容积尺寸再次增大。
然而，叶片室9的容积不能仅由合适的间隔元件改变。优选地，可将计量泵4构造成使得泵可通过如更换转子10和泵叶片11来快速适应各种需求。图2示出了具有各不同数量叶片的计量泵4，由此其叶片室容积也相应地变化。
当360度旋转观察时，这些实施例中的转子在中心形成并且叶片室优选具有相同尺寸。在此吸入端压力p1基本上为压力端压力p2，即计量泵4上游的压力与计量泵下游的压力基本相同，其中|△p|＝|p1-p2|＝0至5巴的容差范围是足够的。
无论如何，形成的计量泵4远小于输送泵2，因此计量泵的临界流量大大小于输送泵2的临界流量。泵壳体22的直径通常在100-200mm的范围内。计量泵4的高度h在例如30-150mm的范围内。通过端部区域20进入计量泵4的糊状物在叶片室9内通过转子10的旋转运送到端部区域21，即计量泵的出口处。驱动转子10的不是集成驱动器，而是图中标号为5并具有耦合器19(例如，爪形联接器)的传动装置，耦合器19耦合至充填机壳体17，以便计量泵4可由驱动器7驱动。驱动器7与驱动器3相似，为例如电驱动电机。因此，传动机构5可以简单的方式通过耦合器19与机器壳体17及计量泵壳体22的耦合器耦合。
第二驱动器7是也可用于内联研磨机、拧开单元、剪刀和长度测量单元等其他辅助装置的现有驱动器。充填机1可包括用于检测是否安装计量泵4的装置。为此，可设置例如传感器(未示出)，当安装有计量泵4时，传感器可作出响应并向充填机的控制器8发送相应信号。也可设置输入装置来代替用于检测计量泵是否附接的装置，通过该输入装置操作者分别输入计量泵已附接或计量泵将由第二驱动器驱动。然后各信号被传送到控制器8。输入控制器的有关第二驱动器将驱动哪个辅助装置的信息也可存储在各种待生产产品的产品存储器内并由控制器检索。
然后控制器8根据特定程序和特定参数致动驱动器7。当通过装置检测到没有安装计量泵4时，控制器8不驱动驱动器7或驱动其以使用不同辅助装置。控制器8控制驱动器3及驱动器7，从而使两个驱动器的功能互相协调。以使得输送泵出口6与计量泵4出口之间的压力差值△p不大于5巴的方式致动两个驱动器3和7。为此，可设置第一压力传感器14，以分别测量计量泵2的出口6或计量泵4上游的压力p1，压力传感器15设置在计量泵4的下游。然后各测量值被传送到控制器，然后控制器可以使得|p1-p2|＝0至5巴的方式致动驱动器。控制器14不一定必须位于计量泵4处，而是也可设置在出口端6a的上游。
如果压力传感器14和15直接设置在计量泵4上，那么计量泵也用作测量仪。
从而可阻止高压力差值△p产生的容积流率。调节计量泵大小，使得其在任何情况下，例如甚至在计量泵内缺乏反压力的情况下(在过程开始、完全排空等时)可经受住进给压力p1。
输送泵2优选可进行压力调节。这意味着，例如输送泵的出口处压力p1可调节为某一标称值p1Soll。此处致动器是由独立转矩驱动的驱动器3。
然而，也可以调节容积流率或每单位时间输送量△v/△t或相应的比例值。也对随着时间变化控制叶片位置的各调节装置进行位置控制。如果叶片在特定时间未处于特定位置，那么控制器8会相应地致动驱动器3使叶片在特定时间处于目标位置。
对输送泵2进行压力控制特别有利。
计量泵也可以压力调节的方式运行，以便将压力p2调节为标称值p2＝p2Soll。在此，P2Soll在p1+/-△p的范围内，其中△p优选为0至5巴。由于p1可设置或调节为恒定的，所以也可相应地重新调节p2。然而，优选调节计量泵4的容积流率或相应的比例值或对其进行位置控制，如结合输送泵2所描述的那样。利用上述位置控制确定与叶片标称位置的暂时偏离。
计量泵的连接区域21被构造成使得计量泵4可连接到其他辅助装置，例如连接到填料管、支撑装置和悬挂管路等。因此，计量泵可以简单的方式集成到现有产品流中。由于标准接口，计量泵适合所有的标准充填机。
在根据本发明的方法中，首先使用计量泵，通过如改变叶片室的总数量或插入或移除间隔元件或间隔环等使其叶片室体积适合于各种需求。
在一可能的实施例中，然后装置检测计量泵是否连接并发送相应信号至机器控制器8。
糊状物从料斗18供应到输送泵2，输送泵由控制器8按照特定程序致动并在输送方向F上将糊状物输送到输送泵2的出口6。输送泵2以特定容量运行并且如上所述尤其是可对其进行压力控制，以便p1在预定标称范围内。计量泵4设置在出口6端6a。然后计量泵4在输送方向F上向计量泵4的出口进一步输送糊状物通过叶片室9。控制器控制驱动器3和7，以使|p1-p2|＝|△p|＝0至5巴。为此，可通过如传感器14和15等测量压力p1和p2并传送到控制器8。如果可对计量泵4的体积和位置进行控制，那么是有利的，使得计量泵4每单位时间可排出预定容积。由于计量泵的叶片室远小于输送泵2的叶片室并且压力p1和p2间的压力差远小于计量泵2吸入侧与压力侧间的压力差，所以可大幅提高体积精度，从而大幅提高待生产分份的分份精度。这意味着不等式|p0-p1|>|p1-p2|成立，其中p0是输送泵2吸入侧的压力，p1是计量泵4上游的输送泵出口处压力，p2是计量泵4的出口处压力。然后，计量泵4的端部区域21形成如填料管。填料管也可一体地连接到计量泵。然后例如，可将糊状物排放入香肠肠衣。充填好的香肠肠衣可通过例如分隔元件分成各分份，分隔元件在充填好的香肠肠衣内接合并使糊状物移位，并也可被分隔开。由于计量泵的容积流率是恒定的，压力差值△p＝p1-p2非常小，并且叶片室的体积也较小，所以可取得非常精确的重量精度。
