DE102005058616A1

DE102005058616A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters und Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters

Info

Publication number: DE102005058616A1
Application number: DE102005058616A
Authority: DE
Inventors: Rupert Meinzinger; Jörg Dr. Zaschel
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-14
Also published as: WO2007065555A2; US20090126484A1; JP4838314B2; WO2007065555A3; US8375783B2; EP1957947A2; JP2009524007A; CN101292136B; CN101292136A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die in den Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, wobei die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommen kann, wobei die Messsonde eine elektrisch kontaktierte Bezugspotentialelektrode aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern, wie etwa Flaschen, wobei eine obige Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands vorgesehen ist. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, mit den Schritten: die Messsonde wird in den Behälter eingebracht und der Behälter wird zunehmend befüllt, sodass die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommt, wobei ein elektrisches Bezugspotenzial durch eine in das Füllgut eingetauchte Bezugspotenzialelektrode gegebem wird, die an der Messsonde angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands eines Behälters, eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern sowie ein Verfahren zum Erfassen des Füllstands eines Behälters.

Aus der US 4,188,826 und der DE 27 23 999 C2 ist eine Einrichtung zum elektrischen Messen der Standhöhe von elektrisch leitenden Flüssigkeiten bekannt. Dabei wird eine langgestreckte Elektrode in die Flüssigkeit eingetaucht. Der Widerstand der Elektrode selbst soll klein gegenüber dem Übergangswiderstand von der Elektrode in die Flüssigkeit sein. An die Elektrode wird an zwei Enden eine Spannung angelegt. Durch die verschieden hohen Potenziale entlang der Elektrode, die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen, bilden sich Streuströme in der Flüssigkeit aus. Das Potenzial der Flüssigkeit außerhalb des Bereichs der Streuströme entspricht bei exakt symmetrisch zur Mitte des eingetauchten Teils der Elektrode verlaufenden Streuströmen dem Potenzial der Mitte des in die Flüssigkeit eingetauchten Teils der Elektrode. Zur Erfassung des Potenzials außerhalb des Bereichs der Streuströme der eingetauchten Elektrode ist die weit entfernte Behälterwand vorgesehen. Mit dieser Messanordnung ergibt sich ein linearer Verlauf zwischen der gemessenen Spannung und dem Füllstand.

Aus der EP 0 658 511 B1 , der DE 43 22 088 A1 , der AT 338640 und der EP 0 598 892 B1 sind Vorrichtungen zum Erfassen der Flüssigkeitsstände in Flaschen bekannt, bei denen Elektroden mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen können, sodass durch den Kurzschluss zwischen den beiden Kontakten auf den Füllstand geschlossen werden kann. Eine lineare Füllstandsmessung ist hier nicht oder nur sehr schwer, d. h. mit sehr vielen Einzelwiderständen und entsprechenden Kontakten möglich. Diese Kontaktmessungen haben jedoch den Vorteil, dass keine leitfähige Behälterwand benötigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen des Füllstands eines Behälters sowie eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern zu schaffen, mit denen in möglichst einfach und zuverlässiger Weise der Füllstand auch von nicht leitenden Behältern mit möglichst guter Auflösung erfasst werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, einer Vorrichtung nach Anspruch 10 und einem Verfahren nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Bei der Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes ist eine Messsonde vorgesehen, die in einen Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst. Mit dieser Widerstandsstrecke ist ein lineares Messverfahren zur Erfassung des Füllstands möglich.

Eine Elektrode, mit der ein Bezugspotenzial in der Flüssigkeit erfasst werden kann, ist jedoch in die Messsonde selbst integriert. Es hat sich herausgestellt, dass selbst mit einer solchen Anordnung, bei der die Bezugspotenzialelektrode relativ dicht an der Widerstandsstrecke angeordnet ist, aussagekräftige Füllstandsmessungen möglich sind. Eine elektrisch leitfähige Behälterwand ist dann nicht mehr nötig, sodass auch Glas- oder Kunststoffflaschen als mögliche Behälter zum Einsatz kommen können.

Um die Bezugspotenzialelektrode gegenüber der Widerstandsstrecke elektrisch zu isolieren ist vorteilhafterweise ein Isolierstück vorgesehen. Denkbar wäre auch lediglich eine Isolation mittels eines Klebers, einer Dichtung oder Ähnlichem.

Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Anordnung, bei der die Bezugspotenzialelektrode am unteren Ende der Messsonde angeordnet ist. In diesem Bereich sind die Streuströme durch die Widerstandsstrecke in der Flüssigkeit relativ gering, sodass eine gute Linearität bei der Messung erreicht wird.

Die Widerstandsstrecke ist vorteilhafterweise als Rohrstück ausgebildet. Dies erlaubt eine kostengünstige und einfache Konstruktion der Widerstandsstrecke. Weiterhin erlaubt diese Ausbildung der Widerstandsstrecke elektrische Leitungen zu beispielsweise der Widerstandsstrecke oder der Bezugspotenzialelektrode durch das Rohrinnere zu führen und diese so von dem Füllgut getrennt zu halten.

Vorteilhafterweise ist hierbei das untere Ende des Rohres mit einem Isolierstück und/oder der Bezugspotenzialelektrode verschlossen. Hierbei können vorteilhafterweise entsprechende Dichtungen vorgesehen sein, um die verschiedenen Teile gegeneinander abzudichten.

Besonders vorteilhaft ist eine Anordnung, bei der drei Leitungen an die Widerstandsstrecke kontaktiert sind, wobei zwei Leitungen dazu dienen, eine Gleich- oder Wechselspannung an die Widerstandsstrecke anzulegen und die dritte Leitung dazu dient, ein Potenzial abzugreifen. Durch eine derartige Anordnung werden störende Einflüsse durch Streustrahlung von außen etc. weitgehend ausgeschaltet.

Zum Befüllen von Behältern ist insbesondere eine Vorrichtung vorteilhaft, die eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes, wie oben beschrieben, aufweist.

Bei dem Verfahren wird zunächst eine Messsonde in einen Behälter eingebracht und der Behälter dann zunehmend befüllt. Bei der Befüllung kommt die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut zunehmend in Kontakt. Das Bezugspotenzial wird durch eine Bezugspotenzialelektrode ermittelt, die in das Füllgut eingetaucht und an der Messsonde angeordnet ist.

Durch die Anordnung der Bezugspotenzialelektrode in der Messsonde mit der Widerstandsstrecke ist eine einfache Handhabung dadurch möglich, dass lediglich eine Sonde in den Behälter eingeführt zu werden braucht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist anhand von den beiliegenden Figuren gezeigt. Dabei zeigt:
1 eine schematische Schnittzeichnung durch eine Messsonde,
2 eine schematische Darstellung der Messsonde in einem Behälter.
In 1 ist eine Messsonde 1 gezeigt, die an dem Ende eines Stabs 2 angeordnet ist. Der Stab 2 kann leitfähig oder nichtleitfähig sein. Am unteren Ende des Stabs 2 ist ein Rohrstück 3 angebracht, das elektrisch leitend sein und dessen Widerstand im Vergleich zu dem Kontaktwiderstand zu der Flüssigkeit relativ niedrig sein soll. Das Rohr 2 und das Rohrstück 3 können auch einstückig aus einem Rohr gebildet sein, wobei sich das Rohrstück 3 dann durch den Kontakt 12 (s. u.) definiert. Das Rohrstück 3 ist oben mit einem Kontakt 12 und unten mit einem Kontakt 13 kontaktiert. Bei dem Kontakt 12 ist ein Leiter 8 angebracht und bei dem Kontakt 13 zwei Leiter 9 und 10. Anstelle von zwei Leitern 9 und 10 kann jedoch auch nur ein einzelner Leiter vorgesehen sein. Dies bedeutet, dass entweder der Leiter 9 oder der Leiter 10 weggelassen wird.
Am unteren Ende des Rohrstücks 3 ist eine Dichtung 6 vorgesehen, an die sich ein Isolierstück 4 anschließt. Das Isolierstück 4 hat hier eine Länge in Richtung entlang der Messsonde, die zwischen 1/50 und der Hälfte der Länge des Rohrstücks 3 beträgt. Bevorzugt ist eine Länge im Bereich zwischen 1/5 und einem 1/10 der Länge des Rohrstücks 3.
Mit einer Dichtung 7 abgedichtet ist am unteren Ende der Messsonde 1 eine Bezugspotenzialelektrode 5 vorgesehen, die aus einem leitfähigen Material gebildet ist. Diese Bezugspotenzialelektrode 5 ist bei einem Kontakt 14 mit einem Leiter 11 verbunden.
Die verschiedenen Teile 2, 3, 4 und 5 können z. B. mittels Schraubverbindung jeweils mit benachbarten Teilen verbunden werden. Die Dichtungen 6, 7 werden durch das Zusammenschrauben zusammengedrückt, um so gut abzudichten.
Zum Messen des Füllstandes wird zwischen die Leiter 8 und 9 eine Gleich- oder Wechselspannung angelegt. Dadurch bildet sich ein Potenzialgefälle zwischen den Kontakten 12 und 13 entlang des Rohrstücks 3 aus. Dadurch, dass der Widerstand der Widerstandsstrecke 3 relativ gering ist im Vergleich zu dem Übergangswiderstand zwischen der Widerstandsstrecke 3 und der sie umgebenden Flüssigkeit, ist dieses Potenzialgefälle relativ unabhängig von dem Füllstand.
Je nachdem, wie hoch der Flüssigkeitsstand entlang der Widerstandsstrecke 3 ist, wird die Flüssigkeit mit Teilen der Widerstandsstrecke in Kontakt kommen, die ein verschieden hohes Potenzial aufweisen. Dadurch wird sich das Potenzial der Flüssigkeit selber mit zunehmendem Füllstand ändern. Das Potenzial dieser Flüssigkeit kann mit der Bezugspotenzialelektrode 5 erfasst werden. Hierzu kann also beispielsweise die Spannungsdifferenz zwischen der Leitung 10 und 11 oder falls die Leitung 10 fehlt, zwischen der Leitung 9 und 11 oder zwischen der Leitung 8 und 11, ermittelt werden.
Mit dieser Messsonde ist somit eine kontinuierliche Erfassung der Füllstandshöhe durch die sich variierende Spannung während sich ändernder Befüllung möglich.
Ein Anwendungsbeispiel ist in 2 gezeigt. Hier ist die Messsonde 1 in eine Flasche 15 eingetaucht, die mit einer Flüssigkeit 16 gefüllt ist. Das Rohrstück 3 ist hier teilweise in die Flüssigkeit 16 eingetaucht. Weiterhin ist auch die Bezugspotenzialelektrode 5 in die Flüssigkeit eingetaucht, da sie unterhalb des unteren Endes der Widerstandsstrecke 3 angeordnet ist.
In 2 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist ein Füllventil bzw. ein Füllrohr, mit dem die Flüssigkeit 16 in die Flasche 15 eingebracht wird. Das Füllrohr kann etwa neben der oder konzentrisch zu der Sonde angeordnet sein.
Bei dem Verfahren wird die Messsonde 1 in die Flasche 15 eingeführt. Dabei oder davor wird mit dem Füllvorgang begonnen, bei dem Flüssigkeit 16 in die Flasche 15 eingefüllt wird. Mit zunehmendem Flüssigkeitsspiegel 15 wird die Bezugspotenzialelektrode 5 und anschließend das untere Ende der Widerstandsstrecke 3 kontaktiert. In diesem Zustand hat die Bezugspotenzialelektrode 5 das selbe Potenzial wie das untere Ende der Widerstandsstrecke 3. Mit zunehmendem Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels 17 wird sich das Potenzial der Flüssigkeit 16 in Richtung zu dem Potenzial, wie es durch den Kontakt 12 (siehe 1) vorgegeben ist, verändern. Dieses sich ändernde Potenzial der Flüssigkeit kann mit der Bezugspotenzialelektrode 5 erfasst werden. Sobald der gewünschte Füllstand erreicht ist, was durch die einfache Spannungsmessung ermittelt werden kann, wird die Befüllung gestoppt. Anschließend wir die Messsonde aus dem Behälter 15 entfernt.
Eine derartige Flaschenbefüllung kann z. B. in einem Rotationsfüller oder auch einem Linearfüller mit einer Vielzahl von Füllstationen (mehr als 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 oder 100) stattfinden.

Claims

Vorrichtung zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die in den Behälter eingebracht werden kann und die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, wobei die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde (1) eine elektrisch kontaktierte Bezugspotentialelektrode (5) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolierstück (4) vorgesehen ist, mit dem die Bezugspotentialelektrode (5) gegenüber der Widerstandsstrecke (3) elektrisch isoliert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugspotentialelektrode (5) mit dem Isolierstück an der Widerstandsstrecke (3) befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugspotentialelektrode (5) am unteren Ende der Messsonde (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsstrecke (3) ein Rohrstück umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen 8, 9, 10, 11 in dem Rohrstückinneren angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Ende des Rohrstücks mit einem Isolierstück (4) und/oder der Bezugspotentialelektrode (5) verschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Teilen, die in Füllgut eintauchen können, Dichtungen 6, 7 vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Widerstandsstrecke (3) eine zusätzliche Messsignalleitung (10) kontaktiert ist.
Vorrichtung zum Befüllen von Behältern, wie etwa Flaschen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Erfassen des Füllstands nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
Verfahren zum Erfassen des Füllstandes eines Behälters, wie etwa einer Flasche, mit einer Messsonde, die eine an zwei Stellen elektrisch kontaktierte Widerstandsstrecke umfasst, mit den Schritten: Die Messsonde wird in den Behälter eingebracht und der Behälter wird zunehmend befüllt, so dass die Widerstandsstrecke mit dem Füllgut des Behälters in verschiedenen Füllstandshöhen in Kontakt kommt dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Bezugspotenzial durch eine in das Füllgut (16) eingetauchte Bezugspotenzialelektrode (5) gegeben wird, die an der Messsonde (1) angeordnet ist.