CN102616713A

CN102616713A - 灌装容器的设备和方法

Info

Publication number: CN102616713A
Application number: CN2011104000149A
Authority: CN
Inventors: R·梅贞格尔; S·博伊切; 塞巴斯提安·鲍姆加特纳
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2031-12-05
Also published as: US20120152402A1; US9010387B2; SI2460761T1; CN102616713B; EP2460761A1; DE102010053201A1; EP2460761B1

Abstract

本发明公开一种向容器灌装液体(10)的方法，其中通过多个可控的灌装部件(2)灌装所述容器(10)，将液体从灌装部件(2)共用的用于储存液体的贮液器(4)注入这些灌装部件(2)，其中，在该灌装的过程中，至少分成几部分沿着环形轨道输送所述容器(10)，根据贮液器(4)内液体的至少一个第一参数特征控制至少一个灌装部件(2)灌装所述容器(10)，并且在该灌装操作中，以给定的时间间隔反复确定该参数。根据本发明，根据贮液器(4)内液体的参数特征同样控制至少第二灌装部件对所述容器灌装，其中为了控制至少一个灌装部件(2)，还另外考虑该灌装部件(2)的至少一个参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

Description

灌装容器的设备和方法

技术领域

本发明涉及向容器灌装液体的设备和方法。现有技术中早已有这种设备和方法。比如，众所周知具有多个灌装部件的灌装设备，这些灌装部件比如安装在灌装轮上，每个灌装部件向安装于其上的容器灌装液体。关于这一点，还可从现有技术获得控制特定灌装部件的方法。比如，众所周知，各个灌装部件为液体产品进行定时配量。比如，根据已经达到的灌装重量进行基于重量的控制也是可能的。

背景技术

在灌装的过程中，灌装操作的作用变量不可能保持恒定，在该灌装操作的过程中，会出现水箱内液面的变化、产品温度的变化、工作压力的减小以及不同的灌装物旋转速度。

WO97/00224公开了在压力下向容器灌装液体的方法。在该方法中，测量液体的压力，并将该液体的压力传递到控制装置，该控制装置根据所测量的液体压力和要灌装的估计灌装量通过控制信号控制灌装阀，并根据所测量的特定液压、各压力测量之间的时间间隔以及灌装阀的压力/流量特征曲线，计算考虑了这些因素所获得的整个部件容量所实际灌装的灌装量。

WO2005/080202A1描述了具有定时配量阀的灌装机器，在该机器内，提供至少一个主阀，该主阀具有连接到计算机单元中的流量计装置，该计算机单元计算灌装的时间。基于该流量计装置和该装置的输出数据控制该单元的其他灌装阀。

已经证实该流程有问题，各个灌装阀经常彼此偏离，而现有技术中已知的控制方法没有考虑阀门的这种彼此偏离。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对液体产品定时配量的方法，该方法还考虑了各个灌装部件或阀门的变化性。根据本发明，通过根据权利要求1的方法和根据权利要求9的设备可实现该目的。有利的实施例和进一步的发展是从属权利要求的内容。

在根据本发明的向容器灌装液体的方法中，通过多个可控的灌装部件灌装该容器，将液体从该灌装部件共用的用于储存液体的贮液器注入这些灌装部件。本文中，在灌装的过程中，至少分成几部分沿着环形轨道输送所述容器，根据所述贮液器内液体的至少一个第一参数特征控制至少一个灌装部件灌装该容器。本文中，在灌装操作的过程中，以给定的时间间隔反复确定该参数。

根据本发明，根据所述贮液器内液体的参数特征同样控制至少第二灌装部件灌装所述容器，其中为了控制至少一个灌装部件，还另外考虑该灌装部件的至少一个参数特征。总之，优选执行与时间有关的灌装方法。

因此，首先提出在传输液体产品的过程中增加对灌装操作的作用变量的查询。然而，由于各个灌装部件彼此并不完全相同，也并未显示出完全相同的灌装性能，因此本发明提出也要考虑各个灌装部件的不同。这样，可使用主阀(并非必不可少)进行控制，但是也要考虑剩余的阀门和它们的差异性。

有利地，用于储存液体的贮液器也同各个灌装部件一起旋转。

在另一有利的方法中，灌装部件具有可控灌装阀，优选地，所有的灌装部件在各种情况下均具有可控灌装阀，该灌装阀控制将液体灌装到容器中的操作。

为了能够不断地对灌装操作的作用变量做出反应，比如对取决于贮液器内的液体的变量，最好使用控制器，该控制器递增地计算灌装操作的进程并以这种方法控制灌装时间。

有利地，为了控制多个灌装部件，考虑各情况下这些灌装部件的至少一个参数特征。有利地，为了控制所有的灌装部件，考虑各情况下这些灌装部件的至少一个参数特征。关于此点，该特定特征参数能够在比如对各个灌装部件进行校准操作的情况下确定。

在又一有利的方法中，根据贮液器内液体的多个参数特征控制对容器的灌装，关于此点，所述参数能够被定期记录。

在又一有利的方法中，从一组参数中选择所述参数，该参数包括贮液器内液体的温度、贮液器内液体的大地高(geodetic height)、贮液器旋转的圆周频率、贮液器内液体的液面、贮液器内液体的密度、气动(pneumatic)工作压力、上述这些的组合等等。

有利地，在每个时间增量，查询气动工作压力、灌装器的旋转速度、产品温度以及当前容器内的液面，并且从中计算该时间间隔的灌装量。在灌装的过程中，将时间增量中的各灌装量加起来，并与截止(cut-off)灌装量进行比较。有利地，当达到截止灌装量时，发出截止信号，并关闭所涉及的灌装阀。

在又一有利的方法中，根据流经灌装部件的液体的流通量确定该灌装部件的参数特征。尤其是，在本文中，将所述灌装部件保持在开启的位置，并确定穿过该开启的阀门的流量。

在又一有利的方法中，根据到贮液器的几何旋转轴的距离确定该贮液器内液体的液面高度。这里要考虑的是，根据该距离，该液面，尤其在较快旋转时，并不恒定，而是会形成比如类似漏斗的形状，其效果为，离旋转轴越近则液面越低，离旋转轴越远则液面越高。

在又一有利的方法中，在对所述灌装部件的校准操作中确定至少一个特征参数，并将该参数存储在存储装置内，这样，比如，便能够测量出特定的灌装量或者流过各个开启的灌装阀的流量。借助于这些灌装量和/或流量，能够确定灌装部件相对于彼此或者相对于参考值的实际偏离。

有利地，通过以至少两种不同灌装量对容器进行灌装来确定灌装部件的参数特征。各个灌装部件彼此偏离，尤其是在阀门的开启操作和关闭操作过程中，以及在以恒定的流速进行灌装操作的过程中。通过使用两种不同的灌装量进行校准，可非常精确地确定那些差值，尤其是那些在开启和关闭特定阀门的过程中出现的差值。

本发明还涉及一种向容器灌装液体的设备，该设备具有载体，该载体可绕给定的旋转轴旋转，用于灌装容器的多个可控灌装部件安装在该载体上。该设备还具有贮液器，用于储存要输送的液体以及为灌装部件供应液体，该贮液器还可围绕给定的旋转轴旋转，并且该贮液器具有至少一个第一传感器装置，该第一传感器装置记录该贮液器内液体的至少一个第一参数特征。

该设备还提供了控制装置，其基于所述第一参数控制各个灌装部件对容器的灌装。

根据本发明，利用各个灌装部件进行的灌装过程可彼此独立地受到控制，为了控制至少一个灌装部件，该控制装置还另外考虑第二灌装部件的至少一个参数特征或者利用该灌装部件进行的灌装操作。

因此对于该设备来讲，还建议在控制的过程中考虑各个灌装部件的不同或者各个灌装部件的具体特征。

在优选的实施例中，该设备具有存储装置，各个灌装部件的参数特征存储在该存储装置内。

附图说明

附图中可看出其他的优点和实施例：

图1为用于灌装容器的设备的示意图；

图2为灌装部件的灌装过程的图表；

图3为部分灌装过程的进一步的图表。

附图标记说明

1设备

2灌装部件

4贮液器

5液体

8载体

10容器

12传感器装置

16隔膜阀

20控制装置

22灌装锥

24载体

26CIP帽

30驱动器

32节流器

34生产线

36回流管

A开始部分

a_Z离心加速度

B部分

C部分

D旋转轴

K流动曲线、实际流量

K1流量的近似值

P双向箭头

Q流量

Q_max流速

T产品温度

Z时间增量

t1阀门的停滞期

t2流动曲线的增长区域

t3恒定的灌装区域

t4、t5从截止时间点开始的惯性运行时间

X1恒定的灌装区域

X2增长区域

ΔQ1、ΔQ2流动校正量

ω圆周频率

具体实施方式

图1显示了用于灌装容器的设备1的示意图，这里的设备1具有储存液体5的贮液器4，该贮液器4围绕旋转轴D旋转。附图标记8用粗线条表示载体(carrier)，比如灌装轮，多个灌装部件2安装在该载体上，每个灌装部件用于灌装容器10。为此，该灌装部件2具有灌装阀，这里，这些灌装阀具有可沿着双向箭头P移动的灌装锥22。附图标记24表示容器的载体，附图标记26表示所谓的CIP(Clean In Place，就地清洗)帽，该CIP帽可安装在灌装部件2的输送开口28上，用于清洗该灌装部件。附图标记36表示用于返回清洗介质的回流管。同样安装该载体，以便该载体可围绕旋转轴D旋转，与贮液器4一起以相同的圆周频率同步旋转。

附图标记30表示用于灌装部件2的整个驱动器，即控制容器10的灌装的驱动器。附图标记34表示从贮液器4到各个灌装部件2的生产线。灌装速度可由隔膜阀(membrane valve)16控制，更确切地说，这里，该灌装速度可转换成第二灌装速度。附图标记32表示安装在贮液器4的流出口上的节流器(choke)。

附图标记12用粗线条表示传感器装置，该传感器测量贮液器4内液体5的至少一个特性，如上所述，该特性可为该液体的温度或者液面。当然，也可提供几个传感器装置。

控制装置20根据所测量的参数控制将灌装材料灌装入容器10。

图2为流动曲线K，该曲线显示了利用特定的灌装阀对容器的灌装。在该图中，横坐标上标绘了以秒为单位的时间，纵坐标上标绘了以ml/s为单位的流量Q。可以看出，流量Q起初在开始部分A急剧增加，然后在某个时间段(部分B)上基本保持恒定，最后在部分C再次返回零。这里，黑线K表示实际流量，线条K1表示流量的近似值。

可以看出，该灌装操作被分在多个时间增量Z，在该多个时间增量中，测量各个测量参数。

在计算该流动曲线K1时，一个重要部分是最大流速Q_max。在每个时间增量Z中重新计算该流速，该流速取决于比如要输送的产品的大地高z(贮液器的基本高度加上水箱内的液面得出该大地高)。用于确定流速的另一个参数为离心加速度a_Z(圆周频率为ω)和产品温度T。依据这些参数，根据下列方程式计算流速Q_max：

Q_{\max} = ((- 1 \cdot 10^{- 5} \cdot (\frac{ω^{2}}{2 \cdot g} \cdot (r_{i}^{2} - r_{s}^{2}) + z_{s}) - 8,4 \cdot 10^{- 3}) \cdot T^{2} + (- 4 \cdot 10^{- 4} \cdot (\frac{ω^{2}}{2 \cdot g} (r_{i}^{2} - r_{s}^{2}) + z_{s}) + 1,3525) \cdot T +

(15,68 \cdot 10^{- 2} \cdot (\frac{ω^{2}}{2 \cdot g} \cdot (r_{i}^{2} - r_{s}^{2}) + z_{s}) + 70,01)) + {\overset{&OverBar;}{a}}_{2} \cdot (- 5,6543 \cdot 10^{- 3} \cdot (\frac{ω^{2}}{2 \cdot g} \cdot (r_{i}^{2} - r_{s}^{2}) + z_{s}) + 10,979)

不用说，各个灌装部件为机械零件，它们的生产公差给它们造成不同的停滞期和流动阻力。因此，根据本发明，提出对其他灌装阀的纠正方法。

图3为该方法的示意图，在该图中，将流动操作分为五个时间部分t1、t2、t3、t4和t5。时间段t1为阀门的停滞期，该停滞期取决于阀门的气动控制的工作压力。时间段t2表示流动曲线的增长区域，该时间段取决于贮液器的液面、旋转速度和产品温度。时间段t3表示直到截止时间点的恒定灌装区域，其可根据要引入的灌装量计算出来。

时间段t4和t5表示从截止时间点开始的惯性运行时间(after-running time)，该惯性运行时间也取决于液面、旋转速度和产品温度。

下面具体描述对各个灌装部件的校准，如果传输两种不同的灌装量，那么仅仅时间跨度t3的长度发生变化。以使用第一灌装量比如500ml进行的灌装和使用第二灌装量比如1000ml进行的灌装为依据。对于这里例举的灌装量来讲，所计算出的时间跨度t3的比率为1∶2.24，已通过实验确认该比例。该设备1的估计容量起初设为500ml，之后设为1000ml，然后在该每种情况下进行灌装操作。对实际的灌装量称重，以确定实际输送的容量。用ΔV₅₀₀表示500ml灌装情形下实际容量与估计容量的偏差，用ΔV₁₀₀₀表示1000ml灌装情形下实际容量与估计容量的偏差。然后，分别将每个值ΔV₅₀₀和ΔV₁₀₀₀分为恒定灌装区域X1内的偏差和增长区域X2内的偏差。500ml灌装和1000ml灌装的恒定灌装区域运行时间的比率为2.24。这样，对这两种灌装量得出下面的关系：

对于500ml灌装的灌装量偏差：

ΔV₅₀₀＝X₁+X₂

对于1000ml灌装的灌装量偏差：

ΔV₁₀₀₀＝2.24·X₁+X₂

这样，对上述偏差得出下面的关系

X_{2} = \frac{2.24 \cdot {ΔV}_{500} - V_{1040}}{1.24}

X_{1} = {ΔV}_{500} - \frac{2.24 \cdot {ΔV}_{500} - V_{1000}}{1.24}

这样，可确定特定区域内灌装量的精确偏差，为了确定流动校正量ΔQ1和ΔQ2，用增长区域内的灌装量除以该增长时间，用恒定灌装区域内的灌装量除以该灌装区域的时间跨度：

{ΔQ}_{1} = \frac{X_{2}}{t_{2}}

{ΔQ}_{2} = \frac{X_{1}}{t_{3}}

在图3中用线条V₁和V₂表示t2和t3区域内流动过程的平移ΔQ1和ΔQ2。

这样，总之，能够基于各个灌装部件所灌装的实际灌装量确定校正系数或流动校正量ΔQ1和ΔQ2，该校正系数或流动校正量为各个灌装部件的特征。本文中，可将这些校正量ΔQ1和ΔQ2储存在存储装置中用于每个阀门，并且在实际的工作操作中，这些校正量可被所涉及的每个灌装部件考虑。

本文中，明智的做法是以某一时间间隔进行这里所设想的校准，比如一个月一次，以为各个灌装部件确定特定的流动校正量ΔQ1和ΔQ2。

本申请人保留要求本申请文件所公开的所有对本发明必不可少的特征的权利，无论单个特征还是多个特征的结合，其相对于现有技术领域均具有新颖性。

Claims

1.一种向容器(10)灌装液体的方法，其中通过多个可控的灌装部件(2)对该容器(10)进行灌装，将液体从灌装部件(2)共用的用于储存液体的贮液器(4)注入这些灌装部件(2)，其中，在该灌装的过程中，至少分成几部分沿着环形轨道输送所述容器(10)，根据所述贮液器(4)内液体的至少一个第一参数特征控制至少一个灌装部件(2)灌装所述容器(10)，并且在该灌装操作的过程中，以给定的时间间隔反复确定该参数，其特征在于，

根据所述贮液器(4)内液体的参数特征同样控制至少第二灌装部件灌装所述容器，其中为了控制至少一个灌装部件(2)，还另外考虑该灌装部件(2)的至少一个参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

为了控制多个灌装部件(2)，考虑每种情况下这些灌装部件(2)的至少一个参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据所述贮液器(4)内液体的多个参数特征控制所述容器(10)的灌装。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

从一组参数中选择所述参数，该参数包含所述贮液器(4)内液体的温度、所述贮液器(4)内液体的大地高、所述贮液器(4)旋转的圆周频率、所述贮液器(4)内液体的密度、气动工作压力以及上述这些的组合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据流经所述灌装部件(2)的液体的流通量确定该灌装部件(2)的参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

根据到所述贮液器(4)的几何旋转轴(D)的距离确定该贮液器(4)内液体的液面高度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在对所述灌装部件的校准操作中确定至少一个特征参数(ΔQ1，ΔQ2)，并将该参数存储在存储装置内。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

通过以至少两种不同灌装量对容器进行灌装来确定所述灌装部件(2)的参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

9.一种向容器(10)灌装液体的设备(1)，其具有载体(8)、贮液器(4)、以及至少一个控制装置(20)，其中所述载体(8)可绕给定的旋转轴(D)旋转并且其上安装有用于灌装所述容器(10)的多个可控灌装部件(2)，所述贮液器(4)用于储存液体(5)以及为所述灌装部件(2)供应液体，该贮液器(4)可绕给定的旋转轴(D)旋转并具有至少一个第一传感器装置，该至少一个第一传感器装置记录该贮液器(4)内液体的至少一个第一参数特征，所述控制装置(20)基于所述第一参数控制各个灌装部件(2)对所述容器(10)的灌装，其特征在于，

利用各个灌装部件(2)进行的灌装过程可彼此独立地受到控制，为了控制至少一个灌装部件(2)，所述控制装置(20)还另外考虑第二灌装部件(2)的至少一个参数(ΔQ1，ΔQ2)特征。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，

所述设备具有存储装置，每个灌装部件的参数(ΔQ1，ΔQ2)特征存储在该存储装置内。