DE102006029490A1

DE102006029490A1 - Verfahren zur Steuerung einer Füllanlage

Info

Publication number: DE102006029490A1
Application number: DE102006029490A
Authority: DE
Inventors: Karl Lorenz; Achim Kunz
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03
Anticipated expiration: 2026-06-28
Also published as: MX2008016139A; BRPI0712284A2; WO2008000375A1; PL2038204T3; US8985161B2; CN101479182B; DE102006029490B4; EP2038204B1; JP5280355B2; EP2038204A1; DE102006029490C5; JP2009541166A; CN101479182A; RU2396203C1; US20090159150A1

Abstract

Mit einem Verfahren zur Steuerung einer Füllanlage (3), die eine Mehrzahl von steuerbaren Füllelementen (12, 13) mit Durchflussmesseinrichtungen (18) aufweist, sollen Füllanlagen, die sich auch für den aseptischen Einsatz eignen, so verbessert werden, dass auch bei gewissen Störungen zumindest ein zeitweiser Betrieb der Anlage möglich bleibt, ohne dass sofort eine Reparatur durchgeführt werden muss. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Steuerung der Öffnungszeit eines ersten Füllelementes (12) die zum Durchlauf der Soll-Durchflussmenge nötige Öffnungszeit wenigstens eines zweiten Füllelementes (13) mittels der daran befindlichen Durchflussmesseinrichtung (18) gemessen wird und das erste Füllelement (12) für die gemessene Öffnungszeit geöffnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Füllanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Anlagen zum aseptischen Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen oder dergl. Behälter gewinnen zunehmend an Bedeutung. Vielfach ist es erforderlich, ein flüssiges Füllgut aseptisch, d.h. unter Reinraumbedingungen (z.B. Reinraumklasse 100), in Flaschen oder dergl. Behälter abzufüllen und diese dann auch unter Reinraumbedingungen zu verschließen, beispielsweise beim Abfüllen von sehr empfindlichen Getränken, wie beispielsweise Milchprodukten, Säften oder aber beim Abfüllen von medizinischen Produkten usw. Dasselbe gilt auch für das Abfüllen von hygienisch und mikrobiologisch sensiblen Produkten unter keimarmen Luftbedingungen, wie z.B. bei Wein, Bier oder Fruchtschorlen.
Für das aseptische Abfüllen sind grundsätzlich Anlagen bekannt, die innerhalb einer Einhausung einen nach außen hin geschlossenen, mit gefilterter steriler Luft versorgten Reinraum oder Reinraumbereich bilden, durch den eine Transportstrecke für die Behälter oder Flaschen hindurchreicht, an welcher dann innerhalb des Reinraumbereiches ein Rinser, eine Füllmaschine sowie ein Verschließer in Förderrichtung aufeinanderfolgend vorgesehen sind. In der Regel ist dieser Reinraumbereich von einem Sicherheitsbereich umgeben, in dem dann unter anderem Schleusen oder Durchlässe zum Zuführen der leeren, zu füllenden Behälter bzw. zum Abführen der gefüllten und verschlossenen Behälter vorgesehen sind.
Des weiteren sind Füllelemente zum Füllen von Flaschen oder dergl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere auch zum Füllen von Flaschen mit Getränken in unterschiedlichen Ausführungen bekannt, auch in Ausführungen als Füllelemente für ein volumengesteuertes Füllen (volumetrisches Füllen). Bei diesen Füllelementen ist in einer Flüssigkeitsleitung zwischen einer Quelle des flüssigen Füllgutes (z.B. Vorratsbehälter oder Kessel) und dem jeweiligen Füllelement eine Durchflussmesseinrichtung vorgesehen, die ein die Beendigung des Füllvorganges, d.h. das Schließen des Flüssigkeitsventils, veranlassendes Mess- oder Steuersignal an eine zentrale Steuereinrichtung (Rechner) der Füllmaschine liefert.
Um die beschriebenen aseptischen Abfüllanlagen keimfrei zu halten, ist es, wie beschrieben, erforderlich, den Zugang von außen zu verhindern. Sollte doch einmal eine Öffnung des aseptischen Bereiches, beispielsweise für Reparaturen, notwendig sein, muss anschließend eine intensive und langwierige Reinigung und Desinfektion des gesamten Bereiches erfolgen. Deshalb führt jede, auch noch so kurze Öffnung des Bereiches, beispielsweise um eine Reparatur durchzuführen, zu wirtschaftlichen Einbußen, die über die bei herkömmlichen Anlagen auftretenden weit hinausgehen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Füllanlagen, die sich besonders für den aseptischen Einsatz eignen, so zu verbessern, dass bei gewissen Störungen zumindest ein zeitweiser Betrieb der Anlage möglich bleibt, ohne dass sofort eine Reparatur durchgeführt werden muss.
Die Erfindung erreicht dies durch ein Verfahren zur Steuerung einer Füllanlage mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Auf diese Weise lässt sich eine erfindungsgemäße Anlage trotz eines Defektes in einem Durchflussmesser an einem Füllelement weiter betreiben, ohne dass die Reparatur des defekten Durchflussmessers umgehend zu erfolgen hat. Durch die Verwendung einer aktuell gemessenen Öffnungszeit eines zweiten Durchflussmessers kann eine relativ zuverlässige Füllung der Behälter auch mit dem defekten ersten Füllelement erfolgen. Auch bei den sich häufig stark ändernden aktuellen Betriebsbedingungen, beispielsweise was den Druck des Füllgutes in den Zuführleitungen oder Änderungen in der Geschwindigkeit der Füllanlage als Ganzes betrifft, werden die aktuellen Bedingungen insbesondere in der Nähe des defekten Füllelementes berücksichtigt, so dass Abweichungen in der Sollfüllmenge nur gering sind, und somit den entsprechenden Anforderungen bezüglich der zulässigen Abweichungen der Füllmengen auch im Störungsfall entsprochen werden kann.
So lässt sich eine Anlage für geraume Zeit weiter betreiben, ohne dass ihre Kapazität nachlässt oder die Zahl der fehlerhaften Abfüllungen deutlich zunimmt. Auf diese Weise kann der nötige Austausch des defekten Füllelementes bzw. der fehlerhaften Durchflussmesseinrichtung zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem ohnehin eine planmäßige Desinfektion der gesamten Abfüllanlage nötig bzw. vorgeschrieben ist. So wird die notwendige Stillstandszeit der Gesamtanlage lediglich um die zum eigentlichen Austausch benötigte Zeit verlängert. Ein zusätzliches Runter- bzw. Hochfahren der gesamten Anlage und die nötige unplanmäßige Desinfektion können so vermieden werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüche.
So ist es vorteilhaft, bei umlaufenden Füllelementen als zweites Füllelement das dem ersten Füllelement in Umlaufrichtung vorausgehende zu verwenden.
Bei einer gebräuchlichen Bauart von Füllanlagen sind die Füllelemente an einem großen umlaufenden Rotor befestigt, der ebenfalls einen Tank mit dem abzufüllenden Gut tragen kann. Da der Füllstand im Inneren dieses Tanks im Laufe der Zeit sehr stark schwankt und sogar starke räumliche Abweichungen im Inneren des Tanks im Betrieb auftreten, ist der anliegende Fülldruck an den Füllelementen abhängig von ihrer Position und den jeweils zeitlichen Gegebenheiten sehr starken Schwankungen ausgesetzt. Ähnliche Probleme treten auf, wenn jedes Füllelement seinen eigenen Behälter für das Füllgut trägt.
Bei dieser Anlagenbauart ist es vorteilhaft, das dem Füllelement mit dem defekten Durchflussmesser in Drehrichtung vorausgehende Füllelement zur Bestimmung der nötigen Öffnungszeit zu verwenden, da dieses aufgrund der räumlichen Nähe der Zuführungen zum Fülltank sehr ähnlichen Bedingungen unterworfen ist, wie das defekte Element. Auf diese Weise ist die benötigte Öffnungszeit relativ exakt für das defekte Füllelement zu verwenden.
So wird das Ventil-Öffnungssignal des zweiten Füllelementes, verzögert um die nötige, von der Rotorgeschwindigkeit abhängige Drehzeit um eine Füllposition, an das erste Füllelement angelegt. Sobald die Solldurchlaufmenge in dem vorausgehenden zweiten Füllelement mittels der dortigen Durchflussmesseinrichtung gemessen wurde, wird dieses geschlossen und der Schließimpuls, wiederum verzögert um die benötigte Rotationszeit, auch an das erste Füllelement übermittelt.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft im Falle eines Defektes der Durchflussmesseinrichtung des ersten Füllelementes anzuwenden.
Ggf. kann es vorteilhaft sein, zur Berechnung der nötigen Öffnungszeit des ersten Füllelementes die gemessene Öffnungszeit des zweiten Füllelementes mit einem Korrekturfaktor zu modifizieren.
Dieser kann beispielsweise stationäre Abweichungen der Durchflussgeschwindigkeit des ersten und des zweiten Füllelementes berücksichtigen, die aufgrund der baulichen Gegebenheiten vorkommen können.
Vorteilhaft kann sein, dass die zum Durchlauf der Soll-Durchflussmenge nötigen Öffnungszeiten des letzen oder mehrerer vorangegangener Füllvorgänge für jedes Füllelement gespeichert werden können.
Sollte sich die unmittelbare Verwendung der Öffnungszeit des zweiten Durchflusselementes ggf. mit einem Korrekturfaktor modifiziert als nicht ausreichend erweisen, ist es so möglich, aus den gespeicherten Öffnungszeiten weitere Rückschlüsse auf das aktuelle Maschinenverhalten zu ziehen, die sich aus den gespeicherten Öffnungszeiten ergeben und zur Berechnung des Korrekturfaktors zu verwenden.
Daher kann es zweckmäßig sein, dass der Korrekturfaktor durch Auswertung der gespeicherten Öffnungszeiten des ersten und des zweiten Füllelementes ermittelt wird.
Zur Realisierung der oben beschriebenen Funktionen ist mindestens eine zentrale Rechner- oder Steuereinheit vorgesehen. Da die Anwendung derartiger Steuereinheiten auch an Behälterbehandlungsmaschinen bekannt ist, sind weitere Ausführungen zu diesen Einheiten nicht notwendig. Auf eine Darstellung in den Figuren wurde ebenfalls verzichtet.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Steuereinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie auf eine Füllanlage mit einer entsprechenden Steuereinheit.
Die beschriebenen und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in:
1 eine teilweise geschnittene schematische Seitenansicht einer aseptischen Abfüllanlage zur Verwendung mit der Erfindung sowie in
2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht durch ein Füllventil zur Verwendung mit der Erfindung.
Eine allgemein mit 1 bezeichnete aseptische Füllstrecke zur Verwendung mit der Steuerung nach der Erfindung ist in 1 näher dargestellt. Dabei befinden sich nacheinander ein Rinser 2, eine Füllanlage 3 und ein Verschließer 4 in einer abgeschlossenen Einhausung 5. Flaschen 6 oder dergl. Behälter werden mittels einer Fördereinrichtung auf der einen Seite durch eine Schleuse 7 in das Innere der Einhausung 5 transportiert und zunächst vom Rinser 2 vor der Befüllung noch einmal ausgespült und desinfiziert. Im Anschluss daran durchlaufen die Flaschen 6 die Füllanlage 3 und werden nach erfolgter Befüllung im Verschließer 4 mit einem Verschluss versehen. Im Anschluss daran durchlaufen die Flaschen 6 eine weitere Schleuse 8, durch die sie die keimfreie Umgebung im Inneren der aseptischen Einhausung 5 wieder verlassen.
Zur Versorgung des Inneren der aseptischen Anlage mit Frischluft sind Luftzuführeinrichtungen 9 vorgesehen, die die Luft, nachdem sie durch nicht näher dargestellte Filtermechanismen staub- und keimfrei gemacht worden ist, dem Inneren der Anlage zuführen.
Die Füllmaschine 3 weist einen umlaufenden Rotor 10 auf, der sich um die Maschinenhochachse 11 durch ein nicht näher dargestelltes Antriebssystem dreht. Die Flaschen 6 werden nach dem Verlassen des Rinsers 2 vom Rotor 10 aufgenommen und laufen mit diesem auf einer Teilkreisbahn durch die Füllmaschine 3.
Im Rotor 10 sind Füllelemente 11, insbesondere ein erstes Füllelement 12 oder ein zweites Füllelement 13, angeordnet. Die Flaschen laufen unter Füllöffnung der Füllelemente 12, 13 mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie der Rotor 10 durch die Füllmaschine 3. Die Füllelemente 12, 13 werden geöffnet und das zu füllende Gut läuft in die Flaschen 6 ein. Nach dem Durchlauf der nötigen Menge des Füllgutes werden die Füllelemente 12, 13 wieder geschlossen und die Flaschen 6 aus der Füllmaschine 3 dem Verschließer 4 zugeführt. Analog verläuft auch das Füllen anderer Behälter, wie beispielsweise Dosen, Mehrkammerflaschen usw.
Der Aufbau eines Füllelementes 12, 13 ist in 2 näher dargestellt.
Ein derartiges Füllelement 12, 13 weist an seinem unteren Ende ein Füllventil 14 auf, das beispielsweise über eine Stange von einem elektromechanischen Schaltelement 15 geöffnet und geschlossen werden kann. In einem Flüssigkeitsbehälter 16 befindet sich das abzufüllende Gut, beispielsweise ein Getränk oder eine Flüssigmedizin. Der Füllstand 17 des Vorratsbehälters 16 hängt von einer Reihe von Faktoren ab, beispielsweise dem Zeitpunkt seit dem letzten Füllvorgang oder der Flussrate des nicht näher dargestellten Zuführsystems, das die abzufüllende Flüssigkeit an der Füllmaschine 3 anliefert. Aufgrund des sich ständig ändernden Flüssigkeitspegels 17 ist der Fülldruck an dem Füllventil 14 starken Schwankungen unterworfen, so dass die Durchflussgeschwindigkeit und damit die Zeit, die zum Erreichen einer bestimmten Füllmenge in der darunter befindlichen Flasche nötig ist, ebenfalls schwankt. Um trotz dieser Schwankung immer eine konstante Füllmenge in die Flaschen 6 einzufüllen, ist eine magnetisch induktive Durchflussmesseinrichtung 18 vorgesehen, die die durch das Ventil 14 laufende Flüssigkeitsmenge exakt bestimmen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft wie folgt ab:
Im Falle, dass der Durchflussmesser des Füllelementes 12 ausfällt, kann aufgrund der, wie beschrieben, stark schwankenden Maschinenparameter die durchfließende Menge Füllgut nicht mehr exakt bestimmt werden. Aus diesem Grunde wird die Öffnungszeit des in Drehrichtung vorauslaufenden Füllelementes 13 gemessen. Dieses ist die Zeit, die vom Öffnen des Füllventils des Füllelementes 13 bis zu seinem Schließen vergeht, wobei diese Zeit anhand der mittels der dort vorhandenen noch intakten Durchflussmesseinrichtung ermittelt wird. In der Folge wird dann das Füllventil des Füllelementes 12 für dieselbe Zeitdauer geöffnet, wobei der Startimpuls um die Zeit verzögert gegeben wird, die das Füllelement 12 benötigt, um vom Rotor 10 an dieselbe Startposition gedreht zu werden, an der sich vorher das Füllventil 13 am Start seines Füllvorganges befunden hat.
Daraus ergibt sich auch, dass unter Umständen beide Füllventile für einen sich überlappenden Zeitraum geöffnet sind, da der Startimpuls und der Stoppimpuls des intakten Ventils 13 um die entsprechend benötigte, von der Drehgeschwindigkeit des Rotors 10 abhängige Drehzeit, verzögert an das defekte erste Füllelement 12 weitergegeben wird.
Da sich das defekte erste Füllelement 12 und das intakte zweite Füllelement 13 in räumlicher Nähe in der Maschine befinden, sind die Bedingungen, die dort herrschen, relativ ähnlich, so dass das oben beschriebene Verfahren zu einer befriedigenden Befüllung auch mit dem defekten Füllelement 12 führt. Der Austausch der defekten Durchflussmesseinrichtung kann dann beim nächsten turnusmäßigen Stillstand der Anlage 1 erfolgen, da hier ohnehin eine Komplettreinigung und Desinfektion des Inneren der Einhausung 5 vorgenommen werden muss.
Sollte die beschriebene Verfahrensweise noch nicht zu ausreichenden Füllergebnissen führen, können die Öffnungszeiten weiterer zweckmäßigerweise vorauseilender Füllelemente, beispielsweise durch Mittelwertbildung, in die Berechnung der Öffnungszeit für das defekte Füllelement 12 mit einbezogen werden. Auch statische Parameter zur Korrektur der Öffnungszeit sind möglich, beispielsweise aufgrund allgemein unterschiedlicher Durchflussraten der einzelnen Füllelemente bedingt durch bauliche Gegebenheiten oder eine generelle Verlängerung bzw. Verkürzung der Öffnungszeit um einen gewissen Betrag, um tendenziell eher eine Über- bzw. Unterfüllung des Behälters zu erzielen, je nachdem, was in Bezug auf den Anlagenbetrieb sinnvoller ist. Neben der Verwendung fester Faktoren für diese Werte kann es zweckmäßig sein, wenn die Öffnungszeiten dieser oder aller Füllelemente mit funktionsfähigen Durchflussmessern über einen gewissen Zeitraum gespeichert und ausgewertet werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann in vielfältiger Hinsicht abgewandelt werden, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So ist die Anordnung der erwähnten Maschinen sowie die Ergänzung mit weiteren Typen variierbar. Dasselbe gilt für die verwendeten Behälter zur Abfüllung sowie das einzufüllende Füllgut. Nicht zuletzt ist die Erfindung auch grundsätzlich bei konventionellen nicht aseptischen Abfüllanlagen einsetzbar, um Ausfallzeiten zu minimieren.

1: Füllstrecke
2: Rinser
3: Füllanlage
4: Verschließer
5: Einhausung
6: Flaschen
7: Schleuse
8: Schleuse
9: Luftzuführeinrichtungen
10: Rotor
11: Maschinenhochachse
12: erstes Füllelement
13: zweites Füllelement
14: Füllventil
15: elektromechanisches Schaltelement
16: Flüssigkeitsbehälter
17: Füllstand
18: Durchflussmesseinrichtung

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Füllanlage (3), die eine Mehrzahl von steuerbaren Füllelementen (12, 13) mit Durchflussmesseinrichtungen (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Öffnungszeit eines ersten Füllelementes (12), die zum Durchlauf der Soll-Durchflussmenge nötige Öffnungszeit wenigstens eines zweiten Füllelementes (13) mittels der daran befindlichen Durchflussmesseinrichtung (18) gemessen wird und das erste Füllelement (12) für die gemessene Öffnungszeit geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (12, 13) umlaufen und als zweites Füllelement (13) das dem ersten Füllelement (12) in Umlaufrichtung vorausgehende verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nur im Fall eines Defektes der Durchflussmesseinrichtung (18) des ersten Füllelementes (12) angewendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der nötigen Öffnungszeit des ersten Füllelementes (12), die gemessene Öffnungszeit des zweiten Füllelementes (13) mit einem Korrekturfaktor modifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Durchlauf der Soll-Durchflussmenge nötigen Öffnungszeiten des letzten oder mehrerer vorangegangener Füllvorgänge für jedes Füllelement (12, 13) gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor durch Auswertung der gespeicherten Öffnungszeiten des ersten (12) und des zweiten Füllelementes (13) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Öffnungszeiten weiterer Füllelemente (11) gemessen werden und der Korrekturfaktor durch Auswertung der gewichteten Mittelwerte der gemessenen Öffnungszeiten der weiteren Füllelemente (12, 13) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflussmesseinrichtung (18) magnetisch-induktive Messeinrichtungen verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllelemente elektromechanisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch steuerbare Ventile verwendet werden.
Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden.
Füllanlage mit einer Steuereinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden.