CN111247088B - 用填充产品填充容器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有控制阀(12，180)的填充产品灌装系统中用填充产品填充容器的方法，其具有以下步骤：－确定通过所述控制阀(12，180)下降的压差Δp_v；以及－根据已确定的压差Δp_v调节和/或控制所述控制阀(12，180)。

Description

用填充产品填充容器的方法

技术领域

本发明涉及一种在填充产品灌装系统中用填充产品填充容器的方法。

背景技术

在填充产品灌装系统中，已知用填充产品填充待填充容器，其中，借助所谓的填充阀来执行填充产品向相应待填充容器中的实际导入。填充阀在填充产品储存器和待填充容器之间提供连接，在该填充产品储存器中设置有在实际灌装之前待灌装的填充产品。借助填充阀启动填充过程，并将填充产品输送到待填充容器中，并在达到确定的规格后，例如在达到预定的填充重量、预定的填充高度或预定的填充体积之后，结束填充过程。为了确定相应的填充结束并因此为了确定相应的状态或填充阀再次关闭的时间点，已知有不同的传感器，借助这些传感器来确定例如待填充容器中的填充产品的填充高度、填充重量或填充体积。

已知有填充阀，借助这些填充阀仅实现填充产品储存器与待填充容器之间的相应连接的打开和关闭。节流装置通常连接在这些简单切换的填充阀的上游，借助该节流装置可以实现对流到待填充容器中的填充产品流的调节。

另外，已知有填充阀，这些填充阀也称为比例阀，其中相应的填充阀锥可以相对于其填充阀座分级或无级地升高或降低，由此可以相应地改变在填充阀锥和填充阀座之间构成的间隙或在其横截面中的环形间隙。因此，可以利用这种比例阀实现有效横截面的改变并因此还实现流过比例阀的填充产品流的改变。因此，能够利用比例阀规定或控制用于填充相应待填充容器的预定的体积流量曲线。因此，例如能够在填充过程开始时首先将已减少的填充产品流导入到待填充容器中，以便以这种方式减少起泡倾向。而在待填充容器的主填充区域中设定最大可能的体积流量，以实现待填充容器的快速填充。在填充过程结束时，然后再次减小体积流量，以便能够可靠地实现预定的填充并避免填充产品从待填充容器中溢出或喷出。

比例阀通常在控制回路中与跟该比例阀相关联的流量计耦合。这样能够借助由流量计和比例阀构成的组合来从上级系统控制器规定体积流量，然后通过控制回路保持该体积流量。然而，不仅流量计而且相应的评估装置以及比例阀的控制器都需要一定的惯性和时间延迟，从而对初始条件的变化以及尤其是对填充产品向比例阀的导入的变化所做出的立即反应，只有在一定的时间延迟下才能得到补偿。此外，流量计通常依赖于相应填充产品的特性。

在每个填充阀与填充产品储存器直接连接的填充产品灌装设备中的填充装置的构造中，例如在围绕填充器转盘圆周布置的填充阀分别单独与例如以中央罐或环形罐的形式的填充产品储存器连接的结构中，填充产品储存器如此用作缓冲器，使得每个填充阀以及尤其是每个比例阀不依赖于其他填充阀或比例阀来操作。换句话说，当相邻的填充阀打开或关闭时，相应的填充阀的初始条件不会改变，因为填充产品储存器用作大容量缓冲器。

而在至少两个填充阀或多个填充阀或所有填充阀通过一条共用的填充产品供应管线与填充产品储存器连接的一种替代系统结构中，每个单独的填充阀的初始条件由于管线的特性而受到影响。例如，当其中提供有待灌装的填充产品的填充产品储存器构成为相邻的罐并且填充产品通过一条填充产品供应管线与填充器转盘的所有填充阀连接时，情况就是这样，该填充产品供应管线通过旋转分配器被引导到相应的填充器转盘。

尤其地，在该构成方案中，当在填充操作开始时从所有填充阀关闭的状态开始一个接一个打开填充阀时，在填充产品供应管线中提供的压力减小。填充产品供应管线然后不能用作几乎不受限制的缓冲器，而流经填充产品供应管线的体积流量依赖于管线半径的四次方。

填充阀相应地相互影响，至少直到已设定稳态的平衡状态。这会导致的是，即使在通过流量计调节的填充阀的情况下，至少在相应的填充操作开始时由于控制回路的惯性而不能实现实际所需的流量。

当在生产结束之前逐渐关闭所有填充阀时，在填充操作即将结束时也观察到填充阀的这种行为。在此还发生的是，即使在通过流量计控制的填充阀的情况下，在相应的填充操作结束时由于控制回路的惯性也不能实现实际所需的流量。

发明内容

基于已知的现有技术，本发明的目的是提供一种用于在填充产品灌装系统中用填充产品填充容器的方法，该方法显示出进一步改善的填充行为。

该目的通过具有权利要求1的特征的一种用填充产品填充容器的方法来实现。有利的改进方案从从属权利要求、本说明书以及附图得出。

因此，提出了一种用于在具有控制阀的填充产品灌装系统中用填充产品填充容器的方法，其具有以下步骤：确定通过所述控制阀下降的压差Δp_v；以及根据已确定的压差Δp_v调节和/或控制所述控制阀。

由于控制阀的控制和/或调节基于压差Δp_v来执行，因而可以实现非常可靠的调节，该调节响应迅速，与填充产品的特性脱钩并且不再具有流量传感器的惯性。因此，可以在填充产品灌装系统中实现可靠且快速的控制和/或调节行为。

优选地，根据通过所述控制阀下降的压差Δp_v确定用于所述控制阀的体积流量q(t,Δp_v)的函数，基于已确定的压差Δp_v计算通过所述控制阀的体积流量q(t,Δp_v)；以及根据计算出的体积流量q(t,Δp_v)调节和/或控制所述控制阀。在这里，t是时间。

因此，可以包括控制行为的其他组成部分，并且尤其是考虑控制阀的瞬间行为。

在一个优选的改进方案中，在所述填充产品灌装系统中设置有至少两个彼此并联连接的填充阀，并且根据通过并联连接的填充阀的压差Δp_v确定用于至少两个并联连接的填充阀的体积流量q(t,Δp_v)的函数；确定通过所有并联连接的填充阀的压差Δp_v；基于已确定的压差Δp_v计算通过至少一个并联连接的填充阀的体积流量q(t,Δp_v)；以及根据计算出的体积流量q(t,Δp_v)控制和/或调节所述至少一个填充阀。

由于根据通过彼此并联连接的填充阀的压差Δp_v确定体积流量q(t,Δp_v)的函数并且根据计算出的体积流量q(t,Δp_v)调节至少一个填充阀，因而可以实现的是，在填充相应容器时的调节行为得到改善。尤其地，由于压差测量的惯性较小，可以对装置内的压差变化更快地做出反应，该压差变化通常是由于其他并联连接的填充阀接通或断开而产生的。

换句话说，基于所述方法，即使在所述装置构成有多个彼此并联连接的填充阀的情况下，仍可以实现的是，在待填充容器中实现可靠且均匀的填充结果，这些填充阀在整个填充过程期间相继接通或断开。

例如，在填充过程开始并且相应地首先打开第一填充阀的启动阶段中，其中，所有其他填充阀仍然关闭，导致较高的压差，从而首先原则上由于该压差而可以期待通过该打开的填充阀或少量打开的填充阀的较高的体积流量。为了现在实现流入待填充容器中的期望的体积流量，相对于期望的体积流量，根据计算出的体积流量调节或控制相应填充阀，使得该相应填充阀的打开程度较少。因此，可以根据计算出的体积流量基于所确定的压差相应地实现填充产品以期望的体积流量的流入。

一旦第二填充阀打开，以便用填充产品填充在填充器转盘上随后的容器，则通过填充阀下降的压差相应地略微下降，从而流经第一填充阀然后也流经第二填充阀的体积流量略微下降。通过确定压差可以实现的是，在第一填充阀处的相应的体积流量被正确地预测，并且第一填充阀相应地与压差的下降一起稍微打开一点，以进一步保持期望的体积流量。在这里，借助压差的调节会比例如通过流量计进行调节的反应快得多。因此，在调节填充阀时的时间延迟更小，并因此通过基于计算出的体积流量进行调节和/或控制而获得的结果，即维持预定的体积流量，更加精确。

因此，可以通过确定的体积流量的函数，该体积流量的函数取决于通过彼此并联连接的填充阀的压差，来计算通过填充阀的体积流量，并且可以在通过彼此并联连接的填充阀的压差相应改变的情况下，适配填充阀的打开行程，以便相应地维持流入相应待填充容器中的期望的或预定的体积流量，而与其他彼此并联连接的填充阀的数量和打开程度无关。

一旦实现了完全操作并已设定了同时打开的填充阀的稳态平衡，就几乎无法检测到由于同时打开大量阀而从相应填充阀的打开和关闭产生的压差的变化。因此，在完全操作中基于所确定的压差和据此计算出的体积流量而对相应填充阀的重新调节仅在很小的范围内进行。

因此优选的是，要么在完全操作中根据计算出的体积流量来中断对填充阀的相应的调节和/或控制，要么仅当填充阀的最终行程超过待确定的某个阈值时才进行调节和/或控制。换句话说，可以以这种方式防止在完全操作中对彼此平行布置的填充阀进行高频控制或调节。更确切地说，仅考虑和补偿压力的长期变化，该变化例如可以识别趋势。例如，当填充产品储存器(从其进行填充产品向彼此并联连接的填充阀导入)具有变化的液位或变化的压力条件时，可能会存在这种趋势。因此，在由于填充产品的导入而改变施加在填充阀上的总压力的情况下，也可以借助所提出的方法来实现补偿。

特别优选地，预定了由填充方法针对相应的填充产品和相应待填充容器预定的体积流量曲线。填充阀例如通过其相应单独的流量计被调节而控制到预定的体积流量曲线。因此，将相应的填充阀设定为预定的开度值，由此假定该开度值对应于由体积流量曲线预定的相应的体积流量，然后通过相应的流量计精确地调节到该值。

这种借助预定的体积流量曲线对填充阀的控制通过借助所提出的方法的调节和/或控制来叠加，该方法能够基于所确定的压差来补偿流入到待填充容器中的填充产品流。

换句话说，可以通过比流量测量快得多的压差测量或确定，可以将相应的填充阀控制到相应的位置，该位置在通过基于所确定的压差计算出的体积流量进行补偿的情况下从体积流量曲线得出。由于压力传感器的快速反应，基于压差的补偿可以例如在一毫秒的时间范围内进行。而通过借助流量计改变流量进行调节将需要大约50毫秒的调节时间。因此，由于补偿被调制到所提供的体积流量曲线上，因此可以实现更精确的填充行为，从而可以更好地避免误填充。

尤其地，可以在填充过程开始时立即以正确的填充产品体积流量来填充。随着每个另外的填充阀被打开，通过彼此并联连接的填充阀的压差减小，因为打开的填充阀的总横截面增大并且因此减小了施加在填充阀上方的压力。因此，通过各个填充阀的体积流量也如此减小，使得必须进一步打开填充阀，以便根据体积流量曲线保持期望的填充产品体积流量。

当最后待填充容器通过系统并且填充阀一个接一个移到关闭位置并保持在该位置时，同样适用于填充过程的结束。在这种情况下，当不采取相应对策并且填充阀基于计算出的体积流量而越来越多地关闭时，每个关闭的填充阀的压差都会升高，并且因此流经最后一个填充阀的体积流量更大。

因此表明，不仅第一已填充容器而且最后已填充容器都在所述填充方法中总是正确地填充并因此进一步减少了误填充的风险。

对相应压差的精确补偿在所描述的具有多个彼此并联连接的填充阀的系统结构中也因此特别良好地起作用，因为比例阀形式的填充阀以其设计为条件需要一定的时间来控制期望的打开程度。换句话说，相应的填充阀逐渐从完全关闭位置移动到期望的打开位置。因此，与纯切换阀的情况一样，填充阀不会突然打开，而是如此进行打开，使得通过填充阀的体积流量缓慢增加，并且因此由另一个打开的填充阀产生的压差也仅缓慢减小。

与显着更快的、具有比例如流量传感器明显更快的确定行为的压力传感器相结合，可以相应地实现对相应打开的填充阀的补偿，该补偿最终使得已经打开的填充阀中的体积流量几乎不受影响或均匀。

优选地，所述至少一个填充阀的所述调节和/或控制相应地包括根据计算出的当前体积流量q(t,Δp_v)在压差Δp_v改变时补偿所述填充阀的打开位置。

在另一个优选的设计方案中，所述填充阀的所述调节和/或控制包括根据所述当前体积流量q(t,Δp_v)控制所述填充阀的打开位置。

优选地，所述至少一个填充阀的所述调节和/或控制在考虑到用填充产品填充待填充容器的预定的体积流量曲线的情况下执行。

优选地，体积流量q(t,Δp_v)依赖于压差Δp_v的函数由下式给出：

其中，

通过所述填充阀的体积流量处于稳态状态。

这样，还可以基于压差针对具有多个填充阀的复杂系统计算体积流量，其中，通过这些等式考虑了填充阀的体积流量彼此之间的相互影响。换句话说，以这种方式的计算能够更精确地计算体积流量并因此改善填充结果。

附图说明

通过下面的附图描述来更详细地说明本发明的其他优选实施方式，其中：

图1示意性地示出了具有相邻的填充产品储存器的填充器转盘的示意性立体图；

图2示出了没有补偿的四个并联连接的填充阀的示例性测量的体积流量的示意图；

图3以放大详细图示出了当后续打开另外的并联连接的填充阀时填充阀的示例性测量的体积流量的示意图；

图4示出了电导率Kv在比例阀的行程H上的曲线的示意图；

图5示出了根据图1的填充器结构的电流体技术类比中的等效电路图；

图6示出了单个填充阀的电流体技术类比中的等效电路图；

图7示出了在考虑到压差的情况下单个填充阀的电流体技术类比中的等效电路图；

图8示出了根据图1的填充器结构的电流体技术类比中的等效电路图中的单个路径的示意图；

图9示出了在考虑到压差的情况下从基尔霍夫电流定律简化微分方程式考虑的示意图；

图10示出了替代实施方式的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图描述优选实施例。在这里，不同图中的相同、相似或等具有相同效果的元件具有相同的附图标记，并且有时会省略这些元件的重复描述，以避免冗余。

在图1中以立体图示意性示出了填充器转盘10，该填充器转盘10具有在填充器转盘10上围绕其圆周布置的多个填充阀12，该多个填充阀12各自具有填充阀出口14，在该填充阀出口14下方各自布置有在该图中未示出的待填充容器。通过相应的填充阀出口14用填充产品填充各自布置在其下方的待填充容器。填充阀12用于将期望体积、期望质量或期望填充高度的填充产品填充到每个待填充容器中。在填充操作中，填充器转盘10绕其旋转轴线旋转，以产生恒定的已填充容器流。

以相邻填充产品罐的形式提供相邻填充产品储存器16。在实际填充待填充容器之前，填充产品存储在填充产品储存器16中。

填充产品储存器16中的填充产品的填充水平可以通过单独的机构保持恒定，例如借助填充产品储存器16中的填充高度传感器，通过该填充高度传感器调节填充产品向填充产品储存器16中的导入。保持填充产品储存器16中的填充水平恒定的优点是，可以更容易地确定位于填充产品储存器16下游的设备区域中的压力和流量条件，因为通过填充产品储存器16施加的流体静压力总是相同。

替代地或附加地，也可以通过填充高度传感器来确定填充产品储存器16中的填充产品的填充高度，并且可以根据填充产品的填充高度来控制或调节位于填充产品储存器16下游的系统部件。

填充产品储存器16通过填充产品供应管线18与单个填充阀12连接，该填充产品供应管线18通过旋转分配器19被引导到填充器转盘10。因此，所有的填充阀12都通过填充产品供应管线18和旋转分配器19与相邻的填充产品储存器16连接。

在所示的实施方式中，各个填充阀12通过位于填充器转盘10上的环形管线11彼此连接，并且在中间连接旋转分配器19的情况下，环形管线11通过四个分配器管线17与填充产品供应管线18连通。在此，也可以设置有用于将填充产品供应管线18与填充阀12连接的其他基于管线的星座构造。

通过设计具有相邻的填充产品储存器16的填充器，可以省去在填充器转盘10上构造罐，由此可以节省成本。除了更简单构造的填料产品储存器16之外，由于更小的旋转质量，填充器转盘10本身也相对于轴承和静力学将尺寸确定得更小，并且可以减少所需的驱动和驱动能量。因此，不仅减少了投资额，而且降低了运营成本。

在填充操作进行中，待填充容器以本身已知的方式在填充阀12的相应的填充阀出口14的区域中被导入到填充器转盘10，在其上进行填充，然后，已填充容器以本身已知的方式再次从填充器转盘10被导出。

在相应的填充操作开始时，首先相应地导入第一容器，并打开相应的填充阀12。然后，导入第二待填充容器，并且打开第二填充阀12。因此，该过程继续进行，直到达到稳态平衡并且填充角中的所有填充位置都被占据。

因此，在相应的填充操作开始时，填充阀12从所有填充阀12都关闭的情况被设置为大量填充阀12同时打开的操作。在完全填充操作中，然后同时操作大量填充阀12，其中，此处涉及稳态平衡，因为填充阀12在填充角的起始处恒定地打开，并且另一个填充阀12在填充角的结束之前不久或之后不久关闭。因此，在完全填充操作中，用填充产品相应填充所导入的待填充容器流，并且在填充过程完成之后，已填充容器流可以再次离开填充器转盘10。填充器转盘10的这种操作是众所周知的。

图1所示的填充阀12是所谓的控制阀或比例阀，其中，控制阀相应地如此设计，使得该控制阀除了完全关闭位置和完全打开位置之外，还实现至少一个中间位置，优选多个中间位置或有效填充横截面的无级调节。因此，填充阀锥可以从其相应的填充阀座中分级或无级地抬起，从而在填充阀锥和填充阀座之间形成的环形间隙或其横截面可以相应地以所述分级或无级改变。因此，能够使以这种方式构成为控制阀的填充阀通过填充阀锥相对于填充阀座的位置来控制填充产品流经填充阀12的流量。

控制阀还在填充产品灌装系统内的其他位置使用，以改变介质尤其是填充产品的流量。下面参照填充装置的例子对本发明进行说明，其中控制阀用作填充阀12。但是，原则上可以将这些考虑应用于填充产品灌装系统内的任何控制阀的控制和调节。

因此，以下基于构成为控制阀的填充阀12给出的说明也可以应用于例如填充产品灌装系统的结构，其中在构成为简单的切换阀(开/关)的实际填充阀之前分别还设置有用于流量变化的控制阀。该说明还可以例如应用于这样的结构，其中在填充器的入口中设置有单个控制阀，这种结构例如在图10中作了描述。

然而，在下文中，首先涉及这样的结构，其中所考虑的所有填充阀12都构成为控制阀。

每个填充阀12通常与单独的流量计或称重单元如此连通，使得可以规定期望的体积流量，然后该体积流量可以由填充阀12通过其相关联的流量计来调节。

为此，填充阀12通常首先移动到预定的打开位置，该位置也称为预控制位置，由此假定该位置对应于期望的体积流量，然后相应地通过填充阀12的打开行程的变化来精确调节通过流量计产生的体积流量。

到目前为止，预控制位置已确定用于平衡操作并且相应地以平衡操作中的条件为准则。

然而，在其中所有填充阀12都通过填充产品供应管线18与相邻的填充产品储存器16连接的填充器的所示实施例中，打开每个单个填充阀12导致填充产品供应管线18中的压力条件改变。其中原因尤其是在于填充产品供应管线18中的流体的液压感应。因此，如果在填充过程开始时首先打开第一填充阀12，然后再打开另外的填充阀12，则从初始压差开始，压差的减小将越来越慢，这相应地影响通过已经打开的填充阀12的体积流量。

该行为在图2中示意性示出，其中示出了通过四个直接相邻的填充阀a)-d)的体积流量，这些填充阀以大约1秒的间隔相继接通。

因此，在将第一填充阀12调节到在平衡操作中确定的预控制位置时，未达到预期的体积流量，而是达到更高的体积流量，该体积流量然后逐渐减小。这在图3中再次示意性示出，其中以更高的分辨率再次示出了图2中的填充阀a)的行为。在这个特定的测量示例中，体积流量的下降大于100毫升/秒。

当最后待填充容器收纳在填充器转盘10中并且越来越多的填充阀12关闭，直到最后仅剩下最后一个填充阀12关闭时，在填充操作结束时发生同样的情况。在此，压力逐渐升高，从而使得通过单独的、剩下的或剩余的填充阀12的流动条件以及尤其是体积流量相应地改变。

因此，在填充操作结束时观察到的行为大致与图2和图3中的行为相对应，只是时间过程相反，其中最后的填充阀12的体积流量相应地增加。

在各个填充阀12和与该填充阀12相关联的流量计之间的控制循环太慢，以至于不能可靠地调节这些体积流量波动。

为了更好地理解填充阀12的这种行为，必须考虑以下因素。

在此提出的改进的控制过程的基础是有关填充阀12以及尤其是有关相应使用的控制阀的准确认识。有关控制阀的电导率K_V和行程H之间的关系的认识在这里起着重要作用：

首先，针对控制阀的每个打开位置H确定控制阀的电导率K_V(H)的函数。电导率K_V也称为控制阀的流量因子或流量系数。电导率K_V是液体或气体通过控制阀可达到的通过量的量度，此处以毫升/秒为单位给出并且可以解释为有效横截面。每个K_V值仅适用于控制阀的相关的打开位置H。

为了确定电导率K_V，在初始校准过程中移近控制阀的特定的打开位置H_i，在该打开位置H_i处测量来自控制阀的填充产品流量q(H)，并且由此，在稳态状态下例如通过借助诸如称重单元的测量单元进行测量来确定电导率K_V。这对于控制阀的许多离散的打开位置H_i来执行。

在K_V值和体积流量q_∞(在稳态状态下通过填充阀的体积流量)之间存在以下关系：

其中，Δp表示填充阀出口与控制阀上方压力之间的压差，并且ρ表示流过控制阀的填充产品的密度。

因此，为了准确确定电导率K_V，除了以上提到的在特定的打开位置处的体积流量的测量之外，还必须确定流过控制阀的填充产品的压差Δp和密度ρ。

填充产品的密度ρ通常是已知的，或者可以通过已知的测量方法来确定。对于主要在饮料灌装系统中灌装的水和类似水的填充产品，密度可以假定为大约1000kg/m³，从而对于大量待灌装的填充产品不必更改密度。

因此，可以通过下式从对于特定的打开位置H_i所测量的体积流量q、确定的压差Δp和确定的密度ρ来确定对于该打开位置的K_V值：

为了在此确定传导值K_V(H)在打开位置H_i上的函数，在确定所有传导值K_V(H_i)之后，通过使用相应传导值K_V(H_i)确定补偿曲线来确定传导值在控制阀的打开位置上的函数。补偿曲线可以例如通过线性回归、最小二乘法、拟合算法或用于通过测量值确定补偿曲线的其他已知方法来确定。对于打开位置H_i的各种离散值执行该确定和计算。

例如，可以将六阶多项式用作补偿曲线，如图4所示，其中绘制了在控制阀的相应打开位置上的电导率。在图4中，使用打开位置的从0到2mm的第一值范围和打开位置的从2mm到6mm的第二值范围来确定补偿曲线。在这里，为了构成K_V值2在控制阀的打开位置H上的曲线，在使用六阶多项式的情况下，相应地使用第一值范围内的离散值20和第二值范围内的离散值22来构成补偿曲线。

对于控制阀的特定的行程H，例如作为电导率K_V的补偿曲线而得到：

K_V(H)＝c₆*H⁶+c₅*H⁵+c₄*H⁴+c₃*H³+c₂*H²+c₁*H+c₇ (3)

其中，c₁至c₇是用于使函数适配于测量值的相应系数。

通过确定补偿函数，也可以在灌装时考虑打开位置的所有中间值。因此，可以对于用于每个打开位置的稳态状态计算相应的体积流量：

然而，在此应当注意的是，这种针对每个打开位置的控制阀的电导率K_V(H)的函数是在稳态状态下的相应体积流量，即在保持打开位置恒定和长时间等待之后。而在将控制阀打开、关闭或从一个打开位置移动到另一打开位置时，其他动态影响也会发挥作用。

为了考虑由填充器转盘的相邻或其余的构成为控制阀的填充阀的打开或关闭引起的动态影响，首先从电气工程领域进行类比，其中，使用下表中提到的电气-机械类比：

电气方面的考虑	机械方面的考虑
		欧姆电阻	Kv值
电压	压差
		电流	体积流量
电感	加速质量

在图5中相应地示意性示出了借助等效电路图的电流体技术类比中一些构成为控制阀的填充阀12a)至d)的流动机械结构，这些填充阀12a)至d)通过填充产品供应管线18与相邻的填充产品储存器连通。

在这里，在图5中：

填充阀12的打开位置或打开程度影响系统变量KV1-n和L1-n，从而间接影响势能和流量。

填充产品供应管线18相应地包括液压电感L_feed和电导率K_V-feed，利用它们可以相应地根据电流体技术类比描述填充产品供应管线18的行为。

从所相邻的填充产品储存器输送的总体积流量q相应地通过填充产品供应管线18被供给到各个填充阀12。

各个填充阀12彼此并联连接，并且全都与填充产品供应管线18连接。每个填充阀12还相应地具有液压电感L₁和电导率K_V1，借助它们可以根据电流体技术类比表示每个填充阀12的流动行为。

为了尤其是在相应的填充操作的开始和结束时实现填充产品灌装系统1的改进的控制和/或调节行为，应进行以下进一步考虑：

在图6中示意性示出了构成为控制阀的单个填充阀12的结构。

压差与电导率的关系为：

压差与液压电感的关系为：

液压电感为：

其中，

I＝有效管线长度

ρ＝液体密度

A＝有效流动横截面

该公式可以用于无限小的截面中更复杂的管线几何形状。然后将得到的各个电感相加或集成到总电感中。

现在，建立单阀的微分方程并求解体积流量。最终，该计算出的体积流量被转移到常规调节算法以补偿体积流量下降，例如通过调节预控制位置。

在图7中示意性示出了在此基础上对单个路径的考虑。基于这种考虑，在该单个路径上的所考虑的控制阀的压差Δp_v表示为：

现在将为相应的填充产品灌装系统1的每个填充阀12设置该基尔霍夫电流定律，由此相应地产生复杂的微分方程系统。

从图8中示意性得出微分方程系统的结构，在图8中示出了各自代表微分方程组的系统的相应路径I，II，...。

该微分方程系统描述了在填充阀12的并联电路中在经由这些填充阀12下降的压差Δp_v时填充阀12的相互影响。

然而，这样的微分方程系统不能再通过解析来求解，而必须在数值上求解。不过，利用控制计算机的可用计算能力，这在填充操作中是不切实际的并且会太慢。此外，从图8中可以看出，还必须针对相应机器确定并测量材料量

和L_feed。

为了解决这个问题，减少了基本的等效电路图并因此减少了微分方程系统。如从图9中可以看出，通过测量在填充阀12的并联电路上方的压差Δp_v，可以减少等效电路图，并且可以省去对电导率和液压电感的单独确定。

换句话说，可以通过测量在单个填充阀12上或在主动填充阀12的并联电路上的压差Δp_v来实现流量确定的简化。

压差Δp_v可以借助相应的压力传感器以简单的方式在填充产品灌装系统1中确定。压力传感器具有非常短的响应时间，该响应时间例如在1ms的范围内并且足够精确。因此，可以非常快速地测量压差Δp_v，并因此能够快速确定通过相应填充阀的最终体积流量。

因此，在存在测得的压差Δp_v的情况下，可以找到相应第n个单个阀的体积流量q_n(t)的以下解：

其中，q_n0是分析开始时第n个填充阀的体积流量，并且在相应完全稳态状态下的第n个填充阀的体积流量q_n∞表示为：

然而，在所有填充阀12的填充阀出口14处第一近似中存在相同的压力。该压力可以例如是自由喷射过程中的环境压力或待填充容器中限定施加的预应力的压力。因此，也就是说，在填充阀出口14处的相应压力原则上是已知的，并且其在第一近似，在每个填充阀12的相应填充开始时是相同的。

此外，由于所有填充阀12共同地连接到填充产品供应管线18，例如通过环形管线11，同样地在第一近似,填充阀12上方的压力也相同。因此，为了简化方法，可以省去对各个填充阀12的单独考虑。换句话说，测得的压差Δp_v对应于通过相应并联电路中存在的所有主动控制阀上的压差。

因此，基于对填充产品供应管线18或环形管线11中的压力的测量、对填充阀出口14处的压力的了解以及对由此产生的压差Δp_v的确定，考虑到针对每个填充阀12的上述假设，相应各个填充阀12的体积流量q(t)表示为：

其中，

因此，在通过填充阀12的并联电路来确定相应地适合于每个填充阀12的压差Δp_v时表明，填充阀12的相互影响被完全纳入到体积流量的单独计算中。

然后，将以这种方式基于压差Δp_v计算出的体积流量q(t,Δp_v)转移到控制器或调节器，以便实现对相应控制阀的阀位置的相应控制以保持预定的设定体积流量。

这特别用于相应控制阀的预控制，然后控制阀在其打开时基于各自当前测量的压差Δp_v如此来控制，使得对期望的体积流量进行预控制。

以这种方式可以实现的是，特别是在填充操作开始时或在填充操作结束时，当只有几个填充阀12处于工作状态时，实现了对填充阀12的预控制位置和操作位置的补偿控制。

根据当前测量的压差Δp_v相应计算出的基于体积流量q(t,Δp_v)执行的调节可以调整到上级系统控制器的其余控制和/或调节步骤。

由此，各个填充阀12的剩余的控制和/或调节行为不会改变，例如用于实现预定的流动曲线以根据适合于填充产品和容器的体积流量曲线填充待填充容器。更确切地说，通过基于当前测量的压差Δp_v计算出的体积流量q(t,Δp_v)进行的补偿实现了更精确的符合所需的体积流量曲线，而不依赖于同时打开的填充阀12的数量。

用于补偿的方法可以在相应的填充操作的开始和结束时使用，直到分别在完全操作中已产生彼此并联打开的填充阀12的数量的稳态平衡。

然而，考虑到压差Δp_v，该方法也可以在整个填充操作期间持续补偿，以补偿所有填充阀12的打开位置。

因此，控制方法例如也可以如此执行：

－填充阀n打开并且流过填充阀n的体积流量是恒定稳态的；

－填充阀n+1打开。由此改变填充阀的并联电路上方的压差Δp_v；

－这由相应的压力传感器识别并在此基础上计算出体积流量，该体积流量相应减小；

－计算出的体积流量作为控制变量被转移到调节器；

－调节器如此提高控制阀n的打开行程，使得保持期望的设定体积流量(参考变量)。

该过程之所以也行之有效，是因为可以在例如5ms的短周期内对压差Δp_v进行采样和测量，并且因为填充阀n+1随着(缓慢的)打开行程相对较慢地引起压差Δp_v的变化。

在图10中设置有电路的替代构成方案。在填充产品供应管线18中设有控制阀180，借助该控制阀180可以调节流到各个单独的填充阀12的共同流入。填充阀12在所示的实施例中不是构成为控制阀，而是构成为简单的切换阀(开/关)。

因此，在上述实施方式中通过构成为控制阀的填充阀实现的填充阀12的调节行为可以在该实施方式中由布置在填充产品供应管线18中的一个控制阀180承担。

因此，能够借助标准化的调节规范来调节填充阀12，而不必施加由打开的填充阀12的数量控制的预控制行为。

因此，入口18中的控制阀180表现出一种行为，其中控制阀180在开始生产时首先被调节为较低的电导率Kv，然后打开第一填充阀12。然后，控制阀180的电导率K_V逐渐与打开的填充阀12的数量的增加同步地升高，从而原则上每个单独的填充阀12都具有相同的压差。

换句话说，借助入口中的控制阀180改变压降Δp_Feed，因此可以将Δp_Valve保持恒定。

在适用的情况下，可以在不脱离本发明的范围的情况下将实施例中示出的所有单独特征相互组合和/或替换。

附图标记说明：

1 填充产品灌装系统

10 填充器转盘

11 环形管线

12 填充阀

14 填充阀出口

16 填充产品储存器

17 分配器管线

18 填充产品供应管线

180 控制阀

19 旋转分配器

Claims (8)

1.一种用于在填充产品灌装系统中用填充产品填充容器的方法，所述填充产品灌装系统具有至少两个彼此并联连接的填充阀(12)作为控制阀，所述方法具有以下步骤：

-根据通过并联连接的填充阀(12)下降的压差Δp_v确定用于至少两个并联连接的填充阀(12)的体积流量q(t，Δp_v)的函数；

-确定通过所有并联连接的填充阀(12)的压差Δp_v；

-基于已确定的压差Δp_v计算通过至少一个并联连接的填充阀(12)的体积流量q(t，Δp_v)；以及

-根据计算出的体积流量q(t，Δp_v)调节和/或控制所述至少一个填充阀(12)；其中，

所述至少一个填充阀(12)的所述调节和/或控制包括基于计算出的当前体积流量q(t，Δp_v)在压差Δp_v改变时补偿所述填充阀(12)的打开位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其具有以下步骤：

-根据通过所述控制阀(12，180)下降的压差Δp_v确定用于所述控制阀(12，180)的体积流量q(t，Δp_v)的函数；

-基于已确定的压差Δp_v计算通过所述控制阀(12，180)的体积流量q(t，Δp_v)；以及

-根据计算出的体积流量q(t，Δp_v)调节和/或控制所述控制阀(12，180)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制阀(12)的所述调节和/或控制包括基于所述当前体积流量q(t，Δp_v)控制所述填充阀(12)的打开位置。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个填充阀(12)的所述调节和/或控制在考虑到用填充产品填充待填充容器的预定的体积流量曲线的情况下执行。

5.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，仅在相应的灌装操作开始和/或结束时，根据计算出的体积流量q(t，Δp_v)执行所述至少一个填充阀(12)的所述调节和/或控制。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，仅在相应的灌装操作开始和/或结束时是在同时打开的填充阀(12)达到稳态平衡之前。

7.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，根据计算出的体积流量q(t，Δp_v)所述至少一个填充阀(12)的所述调节和/或控制只有当所产生的调节和/或控制超过预定阈值时才执行。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，体积流量q(t，Δp_v)依赖于压差Δp_v的函数由下式给出：

其中，

通过所述填充阀(12)的体积流量处于稳态状态。

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