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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Abfüllung von
Flüssigkeiten, insbesondere von kohlensäurehaltigen
Getränken in Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter,
mit zumindest einem Füllerkessel und daran angeschlossenen Füllelementen,
und mit wenigstens einer Messvorrichtung zur quantitativen und/oder
qualitativen Analyse der Flüssigkeit.
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Füllmaschinen
für die Abfüllung von Flüssigkeiten sind
vielfältig bekannt. Das gilt insbesondere für
solche Füllmaschinen, die zur Getränkeabfüllung eingesetzt
werden. Beispiele hierfür werden in der
US 5 944 071 oder auch der
EP 1 598 308 A1 beschrieben.
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Beim
Abfüllen von kohlensäurehaltigen Getränken
wird heutzutage in der Regel so vorgegangen, dass in einem dem Füllerkessel
vorgeschalteten Mischbehälter Wasser mit wenigstens einer
weiteren Komponente (im Allgemeinen einem Getränkesirup) vermischt
wird. Anschließend oder auch gleichzeitig wird diese Mischung
mit Kohlensäure versetzt, und zwar in einer sogenannten
Karbonisierungseinrichtung. Die Karbonisierungseinrichtung mag Bestandteil
der Mischeinrichtung bzw. des Mischbehälters sein oder
auch als gesondertes Gerät ausgeführt werden.
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Da
die Qualität des Getränkes und allgemein der Flüssigkeit
im beschriebenen Beispielfall wesentlich vom Kohlensäure-
bzw. Kohlendioxidgehalt, dem Anteil der weiteren Komponente (Getränkesirup)
und ergänzenden Merkmalen abhängt, schlägt
der Stand der Technik die zuvor bereits angesprochene Messvorrichtung
zur quantitativen und/oder qualitativen Analyse der Flüssigkeit
vor. Diese Messvorrichtung ist im Rahmen des gattungsbildenden Standes
der Technik nach der
DE
100 28 676 A1 als Volumen- oder Mengenmesseinrichtung ausgestaltet. Üblicherweise
findet sich die fragliche Messvorrichtung in einer Zuleitung für
den Füllerkessel bzw. ist beim Stand der Technik in einem
Ringkanal zu den einzelnen Füllelementen angeordnet. Dadurch
ergeben sich Probleme für den Fall, dass eine andere Flüssigkeit
verarbeitet werden soll. Denn der unmittelbar im Füllerkessel befindliche
Anteil des Altgetränkes muss entweder entsorgt werden oder
kann nicht hinsichtlich der neuerlich gewünschten Quantität
oder Qualität der Nachfolgeflüssigkeit beeinflusst
werden. Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Abfüllung von Flüssigkeiten
anzugeben, bei welchem eine durchgängige Quantitäts-
und Qualitätsanalyse der Flüssigkeit gewährleistet
ist.
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Zur
Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt
die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung
zur Abfüllung von Flüssigkeiten vor, dass die
Messvorrichtung in einer Rückleitung bzw. Rücklaufleitung
zur zirkulierenden Führung der Flüssigkeit durch
den Füllerkessel angeordnet ist.
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Im
Rahmen der Erfindung wird also die abzufüllende Flüssigkeit
zirkulierend durch den Füllerkessel geführt, das
heißt im Kreislauf. In diese Kreislaufführung
bzw. eine hierzu erforderliche Rückleitung ist nun erfindungsgemäß die
Messvorrichtung eingeschleift, welche unverändert zur quantitativen und/oder
qualitativen Analyse der Flüssigkeit herangezogen wird.
Dabei kann die Auslegung so getroffen werden, dass die abzufüllende
Flüssigkeit beispielsweise solange zirkulierend durch den
Füllerkessel und folglich die Rückleitung geführt
wird, bis mit Hilfe der Messvorrichtung die gewünschte
Quantität/Qualität der Flüssigkeit vorliegt.
Erst dann wird der eigentliche Füllvorgang über
die Füllelemente und an die Füllelemente jeweils
angeschlossene Behälter in Gang gesetzt. Diese Vorgehensweise
empfiehlt sich besonders bei einem Wechsel der zu verarbeitenden Flüssigkeit
bzw. eines solchen Getränkes.
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Um
dies im Detail zu erreichen, ist die Messvorrichtung als Konzentrations-
und/oder Temperatur- und/oder Dichte- und/oder Leitfähigkeitsmessgerät
oder dergleichen ausgebildet. Im Rahmen der Konzentrationsmessung
kann beispielsweise festgestellt werden, ob die Konzentration an
der weiteren Komponente (Getränkesirup) im Wasser ausreichend
ist. Je nach den von der Messvorrichtung gewonnenen Messwerten kann
eine die Messwerte verarbeitende Steuereinheit für entsprechende
Gegenmaßnahmen sorgen, beispielsweise die Komponente oder
Wasser zumischen, und zwar in der regelmäßig der
beschriebenen Vorrichtung zur Abfüllung vorgeschalteten
Mischvorrichtung bzw. dem Mischbehälter. Hier ist es besonders bevorzugt,
wenn die Steuereinheit eine entsprechende Dosiervorrichtung (in oder
an einer Dosierleitung) in Abhängigkeit von den Messwerten
der Messvorrichtung beaufschlagt, und zwar im Sinne eines geschlossenen
Regelkreises. Dadurch kann die in der Steuereinheit vorgegebene Qualität
im Sinne eines Soll-/Istwertvergleiches eingestellt werden. Das
Gleiche gilt grundsätzlich auch für die Quantität
der abzufüllenden Flüssigkeit, also letztlich
den Inhalt des Füllerkessels.
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Die
beschriebene Konzentrationsmessung beschränkt sich nicht
nur auf die bei einem kohlensäurehaltigen Getränk
zumeist dem Wasser zugemischte weitere Komponente (Getränkesirup),
sondern umfasst selbstverständlich auch den CO2-Gehalt
des Getränkes. Das heißt, der Kohlendioxidgehalt
lässt sich in vergleichbarer Weise mit Hilfe der Messvorrichtung
erfassen und unter Rückgriff auf die Steuereinheit sowie
einer (weiteren) Dosiervorrichtung im Sinne einer geschlossenen
Regelung unter Berücksichtigung eines Soll-/Istwertvergleiches
vorgeben und einstellen.
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In
die gleiche Richtung zielen Maßnahmen dergestalt, dass
die Messvorrichtung als Dichtemessgerät ausgebildet ist.
Auch in diesem Fall lassen sich aus hieraus resultierenden Messwerten
respektive. Dichtewerten Rückschlüsse auf die
Qualität der Flüssigkeit ziehen und entsprechende
Gegenmaßnahmen wie beschrieben ergreifen. Schlussendlich
kann die Messvorrichtung auch als Leitfähigkeitsmessgerät
ausgebildet sein und erlaubt hierdurch Rückschlüsse
auf beispielsweise die Trübung der Flüssigkeit
bzw. des Getränks. Entsprechende und von der Steuereinheit
eingeleitete Gegenmaßnahmen können beispielsweise
darin liegen, eine Filterstufe zu- oder abzuschalten, das Getränk
nochmals durch einen Filterkessel zu führen etc..
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Sofern
die Messvorrichtung als Temperaturmessgerät ausgebildet
ist, lässt sich die Temperatur der abzufüllenden
Flüssigkeit unschwer dadurch beeinflussen, dass diese vor
dem Abfüllen entsprechend temperiert wird. Zu diesem Zweck
mag in der Rückleitung bzw. Rücklaufleitung zur
zirkulierenden Führung der Flüssigkeit zumindest
ein Wärmetauscher angeordnet sein. Mit Hilfe dieses Wärmetauschers
lässt sich die zirkulierende Flüssigkeit temperieren,
und zwar grundsätzlich kühlen oder auch erwärmen.
Das geschieht wiederum im Sinne eines geschlossenen Regelkreises,
und zwar dergestalt, dass die Steuereinheit den Wärmetauscher
zur Beeinflussung der Temperatur der Flüssigkeit entsprechend den
Vorgaben der als Temperaturmessgerät ausgeführten
Messvorrichtung ansteuert. – Selbstverständlich
umfasst die Erfindung auch eine Messvorrichtung bzw. Messvorrichtungen,
die sämtliche vorerwähnten Größen
erfassen und an die Steuereinheit für den dargelegten Soll-/Istwertvergleich übermitteln.
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Darüber
hinaus hat es sich bewährt, wenn die Rückleitung
bzw. Rückführleitung und eine Zuleitung zu dem
jeweiligen Füllelement an einem gemeinsamen Abzweig angeschlossen
sind. Dadurch wird sichergestellt, dass das gesamte Flüssigkeitsvolumen
hinsichtlich seiner Quantität und/oder Qualität überwacht
wird bzw. werden kann. Denn erfindungsgemäß wird
nicht nur die Flüssigkeit im Füllerkessel in die
Messungen mit der Hilfe der Messvorrichtung mit einbezogen, sondern
hierdurch auch diejenige, welche sich in einer Zuleitung zu dem
jeweiligen Füllelement befindet. Dafür sorgt die
beschriebene Ausgestaltung.
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Die
angesprochene Rückleitung bzw. Rückführleitung
erstreckt sich von dem beschriebenen Abzweig bis hin zu einer Zuführleitung.
Das heißt, die Rückleitung mündet regelmäßig
in eine Zuführleitung des dem Füllerkessel vorgeschalteten
Mischbehälters. Über diese Zuführleitung
wird dem Mischbehälter im Allgemeinen das bereits gemischte
Getränk zugeführt oder werden hierüber
die beschriebenen Mischungskomponenten (meistens Wasser und Getränkesirup)
in den Mischbehälter eingeleitet.
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Darüber
hinaus ist die Auslegung meistens so getroffen, dass in die Rücklaufleitung
selbst eine Dosierleitung mündet. Über diese Dosierleitung
bzw. die damit zusammenwirkende Dosiervorrichtung lässt
sich in Abhängigkeit von den Messwerten der Messvorrichtung
die Flüssigkeit hinsichtlich ihrer Quantität und
Qualität anpassen, und zwar an durch die Steuereinheit übermittelte
Vorgaben. Denn die Dosiervorrichtung bzw. die Dosierleitung wird
von der Steuereinheit entsprechend beaufschlagt.
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Dies
erfolgt – wie beschrieben – im Sinne eines geschlossenen
Regelkreises. Das heißt, die Flüssigkeit wird
mit Hilfe der Steuereinheit, der Messvorrichtung und der Dosierleitung
respektive der an dieser Stelle vorgesehenen Dosiervorrichtung im Sinne
eines geschlossenen Regelkreises hinsichtlich qualitativer und quantitativer
Vorgaben eingestellt. Diese Vorgaben können in die Steuereinheit
beispielsweise von außen eingespeist oder hierüber vorgegeben
werden. Dabei ist es insgesamt möglich, die einzelnen Qualitätsparameter
insgesamt online zu überwachen. Auch die qualitativen und
quantitativen Vorgaben lassen sich online einspeisen und überprüfen.
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Im
Ergebnis werden eine Vorrichtung und ein zugehöriges Verfahren
beschrieben, die sich besonders im Zusammenhang bzw. in Verbindung
mit der Abfüllung von Flüssigkeiten und hier vorzugsweise von
kohlensäurehaltigen Getränken in Flaschen, Dosen
oder dergleichen Behältern als besonders vorteilhaft erwiesen
haben. Tatsächlich ermöglicht nämlich
erst die Erfindung, dass die Qualität und gegebenenfalls
die Quantität der abzufüllenden Flüssigkeit über
ihren gesamten Weg bis hin zu den Füllelementen überprüft
wird. Das ist außerordentlich wichtig bei einem Wechsel
der abzufüllenden Flüssigkeit bzw. des Getränkes.
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Um
hier keine Fehlchargen zu erzeugen oder Flüssigkeit zu
verschwenden, wird die Flüssigkeit zirkulierend, das heißt
im Kreislauf, durch den Füllerkessel geführt.
Das kann bei einem Flüssigkeits- bzw. Getränkewechsel
so lange geschehen, bis die gewünschte Qualität
und/oder Quantität vorliegt. Erst dann wird der eigentliche
Abfüllvorgang gestartet. Selbstverständlich erfolgt
auch danach die Qualitätsüberprüfung
unverändert und dauerhaft, weil die hierzu vorgesehene
Rückleitung bzw. Rücklaufleitung mit der darin
angeordneten Messvorrichtung bzw. den mehreren darin angeordneten
Messvorrichtungen dafür sorgt, dass die jeweils im Füllerkessel
befindliche Flüssigkeit permanent überwacht wird
und auch überwacht werden kann. Hierin sind die wesentlichen
Vorteile zu sehen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige
Figur zeigt eine Vorrichtung zur Abfüllung von Flüssigkeiten,
im vorliegenden Fall zur Abfüllung eines kohlensäurehaltigen
Getränkes in eine lediglich angedeutete Flasche 1.
Anstelle der Flasche 1 kann selbstverständlich
auch eine Dose oder ein anderes Behältnis mit der fraglichen
Flüssigkeit gefüllt werden. Erfindungsgemäß geht
es primär um einen Füllerkessel 2, welcher
wie allgemein üblich als Ringkessel ausgebildet ist. An
diesen Füllerkessel 2 sind kreisförmig
mehrere Füllelemente 3 angeschlossen, welche letztlich
für das Abfüllen der Flüssigkeit in die
Flaschen 1 im Beispielfall sorgen.
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Der
Füllerkessel
2 und die Füllelemente
3 mögen
so aufgebaut sein, wie dies in der
DE 103 43 281 A1 oder der einleitend bereits
angesprochenen
DE
100 28 676 A1 beschrieben wird. Tatsächlich sind der
Füllerkessel
2 respektive die Füllelemente
3 Bestandteile
eines Rotors, welcher um eine vertikale Maschinenachse umläuft
und in gleichmäßigen Winkelabständen
die verschiedenen Füllelemente
3 aufweist. Um
nun die jeweiligen Flaschen abzufüllen, werden diese durch
eine vertikale Hubbewegung an die Füllelemente
3 angelegt
und nach dem Abfüllen wieder abgesenkt.
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Zu
den wesentlichen Elementen gehört noch zumindest eine Messvorrichtung 4,
welche für eine quantitative und/oder qualitative Analyse
der abzufüllenden Flüssigkeit bzw. des kohlensäurehaltigen
Getränkes im Beispielfall sorgt. Mit Hilfe der Messvorrichtung 4 lässt
sich unter anderem der Zuckergehalt oder die Trübung über
Leitfähigkeitsmessungen, der Gehalt an Kohlendioxid oder
an Sirup durch Konzentrationsmessungen, die Temperatur der Flüssigkeit durch
Temperaturmessungen, usw. ermitteln, wie dies einleitend bereits
beschrieben wurde. Von besonderer Bedeutung ist nun der Umstand,
dass die vorgenannte Messvorrichtung 4 oder die mehreren Messvorrichtungen 4 in
einer Rückleitung bzw. Rücklaufleitung 5 angeordnet
sind, welche die abzufüllende Flüssigkeit zirkulierend,
das heißt im Kreislauf, durch den Füllerkessel 2 führt.
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Tatsächlich
geht die Rückleitung bzw. Rücklaufleitung 5 zunächst
einmal von einem gemeinsamen Abzweig 6 mit einer Zuleitung 7 zu
dem jeweiligen Füllelement 3 aus. Von diesem Abzweig 6 führt die
Rückleitung 5 bis hin zu einer Zuführleitung 8 für einen
Mischbehälter 9, welcher dem Füllerkessel 2 vorgeschaltet
ist. Von da aus wird die Flüssigkeit über den
Mischbehälter 9 und eine Verbindungsleitung 10 zum
Füllerkessel 2 und in diesen zurückgeführt.
Hierdurch wird die Flüssigkeit durch den Füllerkessel 2 zirkulierend
geführt, das heißt im Kreislauf.
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Um
die Temperatur der Flüssigkeit in der Rücklaufleitung 5 zu
beeinflussen, ist in der Rücklaufleitung 5 zumindest
ein Wärmetauscher 11 angeordnet. Der Wärmetauscher 11 ist
ebenso wie die Messvorrichtung 4 an eine gemeinsame Steuereinheit 12 angeschlossen.
Ebenso mit der Steuereinheit 12 ist eine Dosiervorrichtung 13 verbunden,
welche in einer Dosierleitung 14 angeordnet ist. Die Dosierleitung 14 mündet
in die Rückleitung bzw. Rücklaufleitung 5,
um in Abhängigkeit von Messwerten der Messvorrichtung 4 die
abzufüllende Flüssigkeit einzustellen. Das gilt
insbesondere im Hinblick auf ihre Qualität und Quantität.
Dabei werden entsprechende Vorgaben von der Steuereinheit 12 umgesetzt.
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Tatsächlich
wird die Flüssigkeit mit Hilfe der Steuereinheit 12,
der Messvorrichtung 4 und der Dosierleitung 14 respektive
der Dosiervorrichtung 13 im Sinne eines geschlossenen Regelkreises
hinsichtlich qualitativer und quantitativer Vorgaben eingestellt. Das
sei am Beispiel des CO2-Gehaltes erläutert.
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Stellt
die Messvorrichtung 4 beispielsweise fest, dass der CO2-Gehalt in der abzufüllenden Flüssigkeit
zu gering ist, so führen die entsprechenden und an die
Steuereinheit 12 übermittelten Messwerte dazu,
dass die Steuereinheit 12 die Dosiervorrichtung 13 entsprechend
beaufschlagt, und zwar dergestalt, dass der Rücklaufleitung 5 bzw.
der hierin geführten Flüssigkeit über
die Dosiervorrichtung 13 und die Dosierleitung 14 zusätzliches
Kohlendioxid zugeführt wird. Es findet also eine ergänzende
Karbonisierung statt.
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Dieser
Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis die Steuereinheit 12 im
Rahmen eines ständigen Soll-/Istwertvergeiches die weitere
Zugabe stoppt. Das heißt, die Qualität der Flüssigkeit
wird hinsichtlich des Merkmals der Kohlendioxidkonzentration im Sinne
eines geschlossenen Regelkreises angepasst. Da die Flüssigkeit
insgesamt zirkulierend durch den Füllerkessel 2 geführt
und hierbei mittels der Messvorrichtung 4 analysiert wird,
ist sichergestellt, dass die gesamte im Füllerkessel 2 befindliche
Flüssigkeit und letztlich auch diejenige in der Zuleitung 7 zu
den einzelnen Füllelementen 3 mit dem gewünschten
und vorgegebenen CO2-Gehalt im Beispielfall
ausgerüstet ist.
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Die
Flüssigkeit wird also hinsichtlich Qualität und/oder
Quantität im Sinne einer Regelung überwacht. Dabei
können sowohl die Qualität als auch die Quantität
online ausgewertet werden, und zwar nicht notwendigerweise am Ort
der dargestellten Vorrichtung, sondern auch hiervon entfernt. Das
heißt, die gesamte Vorrichtung lässt sich bei
Bedarf fernsteuern. Denn die Steuereinheit 12 kann grundsätzlich auch
an einem entfernten Ort platziert werden. Dabei kann die Verbindung
zu der Messvorrichtung 4 und der Dosiervorrichtung 13 im
Beispielfall durch jedwede denkbare Telekommunikationsverbindung,
beispielsweise eine Telefonleitung, das Internet oder aber auch
eine drahtlose Verbindungsstrecke hergestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5944071 [0002]
- - EP 1598308 A1 [0002]
- - DE 10028676 A1 [0004, 0019]
- - DE 10343281 A1 [0019]