CH681291A5 - Fluid container filling device - has filling valve below fluid surface in container to prevent foaming - Google Patents

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Abstract

The filling device has a filling valve (4) immersed in the fluid fed to the container. The container is supported on a weighing platform (1) which rests on one or more weighing cells (2). The height of the filling valve is adjustable relative to the weighing platform. A regulating circuit (7,9,10) is coupled to the weighing cell(s) outputting a setting signal for a valve height adjustment mechanism (5,6), w.r.t. the measured weight. Pref. the weight measuring signal and/or the height signal is calibrated w.r.t. the container geometry and the specific weight of the filling fluid. ADVANTAGE - Prevents foaming of fluid during filling, accurate fluid dispensing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befüllungsvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit flüssigem Gut, wobei eine Behälterplattform mit einer oder mehreren Gewichtsmesszellen und eine darüber angeordnete Fülleinrichtung vorgesehen sind. Derartige Vorrichtungen sind an sich zum gewichtsdosierten Befüllen von Behältern bekannt. The invention relates to a filling device for filling containers with liquid material, a container platform with one or more weight measuring cells and a filling device arranged above being provided. Such devices are known per se for weight-metered filling of containers.

Bei industriellen Abfüllvorgängen wird angestrebt, das Gut mit möglichst grosser Fülleistung in die Behälter zu füllen. Bei flüssigen Gütern tritt dabei das Problem des Aufschäumens, der Dampferzeugung und des Spritzens auf. Werden geschlossene Behälter durch eine Füllöffnung gefüllt, so führt das Aufschäumen zum Überlaufen des Behälters, längst bevor er voll ist. Zur Vermeidung bzw. Herabsetzung des Schäumens und der anderen genannten Effekte ist es bekannt, das Abfüllventil unter dem Flüssigkeitsspiegel münden zu lassen. Dabei kann zwischen einem Unterspiegelfüllen und einem Teilunterspiegelfüllen unterschieden werden. Beim ersten Verfahren wird das Abfüllventil bis nahe an den Behälterboden abgesenkt und die Befüllung findet bei dieser Lage des Abfüllventils statt.Damit ist unter anderem der Nachteil verbunden, dass das Abfüllventil aussen über die gesamte Füllhöhe benetzt wird, so dass bei jedem Behälterwechsel Flüssigkeit am Ventilkörper haften bleibt. Ferner muss das Abfüllventil nach Ende des Befüllens über die gesamte Gebindehöhe ausgefahren werden (Zeitverlust). Dies kann mit dem Hochfahren des Ventils während des Befüllens gelöst werden, wobei angestrebt wird, den Stutzen des Abfüllventils dem Flüssigkeitsspiegel nachzuführen, so dass er jeweils nur geringfügig darin eintaucht. Bisherige Systeme dieser Art beruhen auf einem fest einge stellten, gleichförmigen Hochfahren des Abfüllventils beim Befüllen. Dies setzt eine entsprechende, konstante Fülleistung voraus. Ferner ist stets das Risiko des Auftauchens des Ventilstutzens gegeben, z.B. bei abnehmender Fülleistung. In industrial filling processes, the aim is to fill the product into the container with the greatest possible filling capacity. In the case of liquid goods, the problem of foaming, steam generation and spraying occurs. If closed containers are filled through a filling opening, the foaming leads to the container overflowing long before it is full. To avoid or reduce foaming and the other effects mentioned, it is known to allow the filling valve to open below the liquid level. A distinction can be made between filling below the level and filling below the level. In the first method, the filling valve is lowered to close to the bottom of the container and the filling takes place in this position of the filling valve. This has the disadvantage, among other things, that the filling valve is wetted on the outside over the entire filling level, so that liquid on the valve body each time the container is changed sticks. In addition, the filling valve must be extended over the entire height of the container after filling (loss of time). This can be solved by raising the valve during filling, the aim being to track the nozzle of the filling valve to the liquid level so that it only dips slightly into it. Previous systems of this type are based on a fixed, uniform raising of the filling valve during filling. This requires a corresponding, constant filling capacity. Furthermore, there is always the risk of the valve connector emerging, e.g. with decreasing filling capacity.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Befüllungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher eine Befüllung mit exakter und einstellbarer Nachführung des Abfüllventils unabhängig von sich ändernder Fülleistung gewährleistet ist. The object of the invention is to create a filling device of the type mentioned at the outset, in which filling with exact and adjustable tracking of the filling valve is ensured regardless of changing filling capacity.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Patentansprüchen angegebenen Massnahmen. Das Gewichtsmesssignal gibt dabei die jeweilige Flüssigkeitsspiegelhöhe vor. Wird auch die jeweilige Höhenlage des Abfüllventilstutzens gemessen, so kann die Höhendifferenz bestimmt und als Regelsignal mit einem einstellbaren Sollwert der Eintauchtiefe verarbeitet werden. Auf diese Weise kann eine Festwertregelung auf eine konstante Eintauchtiefe während des gesamten Befüllungsvorgangs stattfinden. Die entsprechende Einrichtung kann unter relativ geringem Zusatzaufwand mit bestehenden, gewichtsdosierten Befüllungsanlagen kombiniert werden. This problem is solved by the measures specified in the patent claims. The weight measurement signal specifies the respective liquid level. If the respective height of the filling valve connector is also measured, the height difference can be determined and processed as a control signal with an adjustable setpoint value for the immersion depth. In this way, a fixed value control can take place at a constant immersion depth during the entire filling process. The corresponding device can be combined with existing, weight-metered filling systems with relatively little additional effort.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert. Sie zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the single drawing. It shows a schematic representation of the device.

Die Anlage besitzt eine Wägeplattform 1 mit einer oder mehreren Gewichtsmesszellen 2, auf welcher ein zu befüllender Behälter 3 während des Füllvorgangs abgestellt wird. Ein Abfüllventil 4 ist an einer Höhenverstellvorrichtung über der Wägeplattform 1 angeordnet. Die Höhenverstellvorrichtung kann z.B. eine von einem Motor 5 angetriebene Hubspindel 6 besitzen. Ebensogut kann hierfür jedoch jeder andere, geeignete Linearantrieb eingesetzt werden. Die Höhenverstellvorrichtung 5, 6 wird von einem mit Regelschaltung arbeitenden Rechner 7 gesteuert, welcher entsprechende Stellsignale erzeugt. Die jeweilige Höhenlage des Abfüllventils 4 wird gemessen, wozu im vorliegenden Beispiel ein als Spannungsteiler wirkender Schiebewiderstand 8 vorgesehen ist. Auch hier sind indessen andere Positionsmessanordnungen wie z.B. Inkrementalgeber ohne weiteres einsetzbar. The system has a weighing platform 1 with one or more weight measuring cells 2, on which a container 3 to be filled is placed during the filling process. A filling valve 4 is arranged on a height adjustment device above the weighing platform 1. The height adjustment device can e.g. have a lifting spindle 6 driven by a motor 5. However, any other suitable linear drive can be used just as well for this purpose. The height adjustment device 5, 6 is controlled by a computer 7 which operates with a control circuit and which generates corresponding control signals. The respective height of the filling valve 4 is measured, for which purpose a slide resistor 8 acting as a voltage divider is provided in the present example. Here too, however, other position measuring arrangements such as e.g. Incremental encoder can be used without further ado.

Die Signale aus den Gewichtsmesszellen 2 können in an sich herkömmlicher Weise zur Gewichtsdosierung verwendet werden. Hierzu ist ein Auswerte-Schaltkreis 9 vorgesehem, worin die aufgenommenen Signale zu Gewichtsinformationen G verarbeitet werden, welche im Rechner 7 für die Dosierungssteuerung benutzt werden. Hierzu ist der Rechner 7 über eine Steuerleitung mit einer Ventilbetätigung 11 am Abfüllventil verbunden. Insbesondere kann die Ventilbetätigung 11 je nach Füllzustand zwischen einer Grob- und einer Feindosierungsposition verstellt werden. Zusätzlich enthält die Gewichtsinformation G natürlich ebenso eine Information über die Höhe des Flüssigkeitsspiegels, wenn Parameter, wie der Behälterquerschnitt F und das spezifische Gewicht rho des flüssigen Guts berücksichtigt werden. Es gilt dann für die Spiegelhöhe H im wesentlichen: The signals from the weight measuring cells 2 can be used for weight dosing in a conventional manner. For this purpose, an evaluation circuit 9 is provided, in which the recorded signals are processed into weight information G, which is used in the computer 7 for the dosage control. For this purpose, the computer 7 is connected to a valve actuator 11 on the filling valve via a control line. In particular, the valve actuation 11 can be adjusted between a coarse and a fine metering position depending on the filling level. In addition, the weight information G naturally also contains information about the height of the liquid level if parameters such as the container cross-section F and the specific gravity rho of the liquid material are taken into account. The following then essentially applies to the mirror height H:

Die Messung der Position des Abfüllventils 4 ihrerseits liefert Signale, die in einer Skalierschaltung 10 als entsprechende Höheninformation des Ventilstutzens ausgewertet werden kann. Diese Information kann gemäss der obigen Umrechnung auch in Form eines Gewichtswertes vorliegen. The measurement of the position of the filling valve 4 in turn supplies signals which can be evaluated in a scaling circuit 10 as corresponding height information of the valve connector. According to the above conversion, this information can also be in the form of a weight value.

In der nachfolgenden Beschreibung wird der Regelvorgang ausschliesslich unter Verwendung der Höheninformationen erläutert. Nach dem eben Gesagten versteht sich, dass dieselbe Regelung in äquivalenter Weise auf der Basis von Gewichtsinformationen erfolgen kann. In the following description, the control process is explained exclusively using the height information. After what has just been said, it goes without saying that the same regulation can take place in an equivalent manner on the basis of weight information.

Aus der Höhenmessung liegt also jeweils eine Messung der Höhenlage H2 des Ventilstutzens vor, während aus der Gewichtsmessung ein für die Höhenlage H1 des Flüssigkeitsspiegels kennzeichnendes Signal ableitbar ist. Das Differenzsignal DELTA HIST = H2-H1 entspricht der jeweiligen Eintauchtiefe des Abfüllventils 4. Im Rechner 7 wird nun dieses Eintauchtiefe-Istsignal DELTA HIST nach den allgemein bekannten Grundsätzen der Regeltechnik mit einem Sollwert DELTA HSOLL für die Eintauchtiefe verglichen. Dieser Sollwert kann je nach Gut und Behälter vorgegeben werden. Während der Befüllung wird im Sinne einer Festwertregelung ein Stellsignal an die Höhenverstellvorrichtung 5, 6 so erzeugt, dass der gemessene Istwert dem Sollwert entspricht und damit die Eintauchtiefe DELTA H konstant bleibt. Dabei wird der Einfluss von Störgrössen, wie z.B. sich ändernde Füllleistung, eliminiert. Wird eine zu starke Abweichung von Istwert und Sollwert festgestellt, so kann ein Alarm 12 ausgelöst werden, evtl. kombiniert mit einer Schnellabstellung des Füllvorgangs. A measurement of the height H2 of the valve connector is therefore available in each case from the height measurement, while a signal indicative of the height H1 of the liquid level can be derived from the weight measurement. The difference signal DELTA HIST = H2-H1 corresponds to the respective immersion depth of the filling valve 4. In the computer 7 this immersion depth actual signal DELTA HIST is compared with a setpoint value DELTA HSOLL for the immersion depth according to the generally known principles of control technology. This target value can be specified depending on the goods and container. During filling, a control signal is generated to the height adjustment device 5, 6 in the sense of a fixed value control so that the measured actual value corresponds to the target value and thus the immersion depth DELTA H remains constant. The influence of disturbance variables such as changing filling capacity, eliminated. If the actual value and the setpoint deviate too much, an alarm 12 can be triggered, possibly combined with a rapid shutdown of the filling process.

Wie bereits erwähnt, muss jeweils eines der beiden Messsignale mittels den Parametern des spezi- fischen Gewichts rho des Guts und der Querschnittfläche F des Behälters umskaliert werden. Es ist nun mit Vorteil vorgesehen, diese Werte für die mit einer Anlage jeweils zu befüllenden Behälter und Güter in Tabellen im Rechner zu speichern. Dabei wird bei nicht zylindrischen Gefässen die Querschnittsfläche F oder direkt das Füllgewicht G in Funktion der Füllhöhe H für die einzelnen Gefässe tabellarisch gespeichert. Die entsprechenden Funktionen F (H) oder G (H) erlauben im Rechner 7 auch bei nicht zylindrischen Behältern eine Bestimmung der Höhe des jeweiligen Flüssigkeitsspiegels durch Gewichtsmessung. As already mentioned, one of the two measurement signals must be rescaled using the parameters of the specific weight rho of the good and the cross-sectional area F of the container. It is now advantageously provided that these values for the containers and goods to be filled with a system are stored in tables in the computer. In the case of non-cylindrical vessels, the cross-sectional area F or directly the filling weight G as a function of the filling height H for the individual vessels is stored in a table. The corresponding functions F (H) or G (H) allow the computer 7 to determine the height of the respective liquid level by measuring the weight, even in the case of non-cylindrical containers.

Bei einer mehrkanaligen Gewichtsmessschaltung kann diese für die hier beschriebene Vor richtung eingesetzt werden, indem ein Kanal für die Höhenverstellvorrichtung verwendet wird. Die erzeugten Digitalsignale werden dann, wie oben erläutert, in einem Mikroprozessor verarbeitet, der die Stellsignale für die Höhenverstellung des Abfüllventils erzeugt. In the case of a multi-channel weight measurement circuit, this can be used for the device described here by using a channel for the height adjustment device. The digital signals generated are then processed in a microprocessor, as explained above, which generates the control signals for adjusting the height of the filling valve.

Die beschriebene Vorrichtung kann an bestehende Gewichtsdosieranlagen angebaut werden, wobei Teile der bestehenden Anlagen einbezogen werden können. Damit gewährleistet die erfindungsgemässe Vorrichtung eine sichere Unterspiegelbefüllung für unterschiedliche Behälter mit kleinem Zusatzaufwand. The device described can be added to existing weight dosing systems, parts of the existing systems being able to be included. In this way, the device according to the invention ensures a safe below-level filling for different containers with little additional effort.

Anstelle der beschriebenen Höheverstellung des Abfüllventils ist eine entsprechende Höhenverstellung der Behälterplattform denkbar, wobei dieselben Regelgrundsätze anwendbar sind. Instead of the described height adjustment of the filling valve, a corresponding height adjustment of the container platform is conceivable, the same control principles being applicable.

Claims (10)

1. Befüllungsvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit flüssigem Gut, wobei eine Behälterplattform (1) mit einer oder mehreren Gewichtsmesszellen (2) und eine darüber angeordnete Fülleinrichtung (4, 11) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fülleinrichtung ein Abfüllventil (4) sowie eine Höhenverstellvorrichtung (5, 6) besitzt, mittels der die Höhenlage des Abfüllventilstutzens bezüglich der Behälterplattform (1) verstellbar ist, und dass eine Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) vorgesehen ist, an welche die Gewichtsmesszelle bzw. Zellen (2) angeschlossen sind und die mindestens in Abhängigkeit vom Gewichtsmesssignal ein Stellsignal für die Höhenverstellvorrichtung (5, 6) erzeugt, derart dass der Ventilstutzen dem Flüssigkeitsspiegel während des Befüllens in einer einstellbaren, festen Höhenrelation folgt. 1. Filling device for filling containers with liquid material, wherein a container platform (1) with one or more weight measuring cells (2) and a filling device (4, 11) arranged above are provided, characterized in that the filling device includes a filling valve (4) and has a height adjustment device (5, 6), by means of which the height of the filling valve nozzle with respect to the container platform (1) can be adjusted, and that a control or regulating circuit (7, 9, 10) is provided to which the weight measuring cell or cells ( 2) are connected and which generates an actuating signal for the height adjustment device (5, 6) at least as a function of the weight measurement signal, such that the valve neck follows the liquid level in an adjustable, fixed height relation during filling. 2.Befüllungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstellvorrichtung mit einer Messeinrichtung (8) versehen ist zur Erzeugung eines für die Höhenlage des Ventilstutzens charakteristischen Signals und dass die Messeinrichtung (8) mit der Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) verbunden ist, wobei diese das Stellsignal für die Höhenverstellvorrichtung in Abhängigkeit des Gewichtsmesssignals und des Höhenlagesignals erzeugt. 2.Filling device according to claim 1, characterized in that the height adjustment device is provided with a measuring device (8) for generating a signal characteristic of the height of the valve stub and that the measuring device (8) with the control or regulating circuit (7, 9, 10) is connected, which generates the control signal for the height adjustment device as a function of the weight measurement signal and the altitude signal. 3. Befüllungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) dazu ausgebildet ist, das Gewichtsmesssignal und/oder das Höhenlagesignal in Abhängigkeit von der Behältergeometrie und dem spezifischen Gewicht der Flüssigkeit auf einen gemeinsamen Massstab zu skalieren. 3. Filling device according to claim 2, characterized in that the control circuit (7, 9, 10) is designed to the weight measurement signal and / or the altitude signal depending on the container geometry and the specific weight of the liquid on a common scale to scale. 4.Befüllungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Gewichtsmesssignal und aus dem Höhenlagesignal mittels der Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) die jeweilige Eintauchtiefe des Ventilstutzens in den Flüssigkeitsspiegel ( DELTA HIST) als Regelgrösse bestimmbar ist. 4.Filling device according to one of claims 2 or 3, characterized in that from the weight measurement signal and from the altitude signal by means of the control or regulating circuit (7, 9, 10), the respective immersion depth of the valve stub in the liquid level (DELTA HIST) as a controlled variable is determinable. 5. Befüllungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuer- bzw. Regelschaltung die jeweilige Eintauchtiefe als Regelgrösse ( DELTA HIST) mit einem einstellbaren Eintauchsollwert ( DELTA HSOLL) vergleichbar und aus der jeweiligen Abweichung das Stellsignal für die Höhenverstellung ableitbar ist. 5. Filling device according to claim 4, characterized in that in the control or regulating circuit, the respective immersion depth as a controlled variable (DELTA HIST) is comparable with an adjustable immersion setpoint (DELTA HSOLL) and the control signal for the height adjustment can be derived from the respective deviation. 6. Befüllungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) eine Alarmeinrichtung (12) besitzt, welche bei zu starker Abweichung der Regelgrösse vom Eintauchsollwert betätigbar ist. 6. Filling device according to claim 5, characterized in that the control or regulating circuit (7, 9, 10) has an alarm device (12) which can be actuated if the controlled variable deviates too much from the immersion setpoint. 7.Befüllungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Abfüllventil eine Ventilbetätigung (11) vorgesehen ist, welche an die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) angeschlossen und während des Befüllens mindestens zwischen zwei Positionen verstellbar ist, wobei die erste für die Grobdosierung vorgesehene Position mehr geöffnet ist als die zweite, welche für die Feindosierung bestimmt ist. 7. Filling device according to one of the preceding claims, characterized in that a valve actuation (11) is provided on the filling valve, which is connected to the control or regulating circuit (7, 9, 10) and is adjustable at least between two positions during filling, the first position intended for rough dosing being more open than the second, which is intended for fine dosing. 8. Befüllungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) für das Höhenlagesignal und für das Gewichtssignal je ein unabhängiges Signal liefert, und dass ein Prozessor zur Verarbeitung der Digitalsignale vorgesehen ist. 8. Filling device according to one of the preceding claims 2 to 7, characterized in that the control or regulating circuit (7, 9, 10) delivers an independent signal for the altitude signal and for the weight signal, and that a processor for processing the digital signals is provided. 9. Befüllungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) Teil einer Dosierungssteuerung für die Behälterbefüllung ist. 9. Filling device according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit (7, 9, 10) is part of a dosing control for the container filling. 10. Befüllungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- bzw. Regelschaltung (7, 9, 10) einen Datenspeicher für Füllgut- und Behälterparameter aufweist. 10. Filling device according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating circuit (7, 9, 10) has a data memory for filling and container parameters.
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