DE102009018730A1

DE102009018730A1 - Füllsystem

Info

Publication number: DE102009018730A1
Application number: DE102009018730A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Manfred Härtel; Norman Gras
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-11-18
Also published as: EP2424812B1; WO2010124766A3; US8763654B2; US20110303325A1; SI2424812T1; EP2424812A2; WO2010124766A2

Abstract

Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern mit einem aus einer Hauptkomponente und wenigstens einer Zusatzkomponente bestehenden flüssigen Füllgut, mit einer Vielzahl von Füllelementen, in denen über mindestens jeweils eine Mischleitung die wenigstens eine Zusatzkomponente für ein Mischen mit der Hauptkomponente am Füllelement dosiert zugeführt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder anderen Behältern mit einem flüssigen Füllgut, welches aus einer Mischung einer Hauptkomponente und wenigstens einer Zusatzkomponente besteht, wobei bei einem Füllgut in Form eines Getränks die Hauptkomponente beispielsweise Wasser und die wenigstens eine Zusatzkomponente zumindest ein Aromastoff ist.
Zumindest in Produktionsanlagen der Getränkeindustrie erfolgt das Mischen der Hauptkomponente mit der wenigstens einen Zusatzkomponente in der Regel in einer von der Füllmaschine gesonderten Anmischanlage von der das fertige Füllgut bzw. Mischprodukt der Füllmaschine zugeführt wird.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Mischen wenigstens einer Hauptkomponente und mindestens einer Zusatzkomponente während des Füllens der Behälter, d. h. am jeweiligen Füllelement und/oder im Behälter selbst vorzunehmen, wofür die wenigstens einer Hauptkomponente und die wenigstens eine Zusatzkomponente dem jeweiligen Füllelement in der für das Mischverhältnis erforderlichen Menge zugeführt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Füllsystem aufzuzeigen, mit dem bei vereinfachter konstruktiver Ausbildung ein Mischen der Hauptkomponente und der wenigstens einen Zusatzkomponente am jeweiligen Füllelement in genau dosierter und reproduzierbarer Weise möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Füllsystem entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Füllsystem hat zunächst den grundsätzlichen Vorteil, dass in einer Produktionsanlage, in der das erfindungsgemäße Füllsystem bzw. eine entsprechende Füllmaschine zum Einsatz kommen, auf eine gesonderte Anmischanlage zum Mischen des Produktes aus der Hauptkomponente und der wenigstens einen Zusatzkomponente verzichtet werden kann. Weiterhin hat die Erfindung aber auch den Vorteil einer reproduzierbaren genau dosierten Zugabe der wenigstens einen Zusatzkomponente zur Hauptkomponente dadurch, dass die Zugabe oder Zumischung der wenigstens einen Zusatzkomponente während des Füllens durch eine jedem Füllelement eigenständig zugeordnete Dosierpumpe und vorzugsweise über ein steuerbares Steuerventil erfolgt. Zur Reduzierung des konstruktiven Aufwandes bilden beispielsweise jeweils wenigstens zwei durch einen gemeinsamen Motor angetriebene Dosierpumpen eine Dosiereinheit, wobei dann jeder Dosiereinheit jeweils eine Füllelementgruppe zugeordnet ist, in der die Anzahl der Füllelemente gleich der Anzahl der Dosierpumpen in der zugehörigen Dosiereinheit ist, und jedes Füllelement über eine Mischleitung und vorzugsweise über ein Steuerventil mit dem Ausgang einer diesem Füllelement eigenständig zugeordneten Dosierpumpe verbunden ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung bilden jeweils wenigstens zwei, beispielsweise drei durch einen gemeinsamen Motor angetriebene Dosierpumpen eine Dosiereinheit, wobei jedem Füllelement des Füllsystems eine derartige Dosiereinheit zugeordnet, die bzw. deren Ausgang über eine Mischleitung mit dem Füllelement verbunden ist. Der Ausgang der Dosiereinheit ist über Steuerventile gesteuert wahlweise mit dem Ausgang einer oder mehrerer ihrer Dosierpumpen verbindbar, sodass zwar auch bei dieser Ausführung das dosierte Zumischen der wenigstens einen Zusatzkomponente an jedem Füllelement durch eine eigenständige Dosierpumpe erfolgt, dennoch aber die Möglichkeit besteht, durch entsprechende Ansteuerung der Steuerventile der Hauptkomponente unterschiedliche Zusatzkomponenten oder Kombinationen solcher Zusatzkomponenten zuzumischen.
Um Dosierungsfehler oder -ungenauigkeiten in einer Anlaufphase der Dosierpumpe zu vermeiden, werden die Dosiereinrichtungen bevorzugt so betrieben, dass die Dosierpumpen während des Füllbetriebes ständig mit dem jeweiligen, mehreren Dosierpumpen zugeordneten Motor mit gleichbleibender Drehzahl und/oder Leistung angetrieben sind und die dosierte Abgabe der wenigstens einen Zusatzkomponente jeweils durch öffnen des normalerweise geschlossenen Steuerventils über ein Zeitfenster erfolgt, innerhalb dessen unter Berücksichtigung der Förderleistung der Dosierpumpen die für das Zumischen erforderliche Menge der wenigstens einen Zusatzkomponente an das zugehörige Füllelement abgegeben wird. Durch Änderung des Zeitfensters und/oder durch Änderung der Förderleistung der Dosierpumpen bzw. der Drehzahl der diese antreibenden Motoren kann die Dosierung der Zusatzkomponente eingestellt werden.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkma le für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2, die jeweils in vereinfachter Darstellung drei Füllelementes eines Füllsystems zeigen, näher erläutert.
Das in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem ist Bestandteil einer Füllmaschine, beispielsweise einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut in Form einer Mischung aus einer Hauptkomponente K1 und einer weiteren Komponente oder Zusatzkomponente K2, wobei die Hauptkomponente beispielsweise Wasser, z. B. mit Kohlensäure versetztes Wasser und die Zusatzkomponente K2 beispielsweise ein Aromastoff sind.
Das Füllsystem 1 bzw. die dieses Füllsystem aufweisende Füllmaschine besitzt am Umfang eines eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors eine Vielzahl von Füllelementen 4. Die 1 zeigt die an verschiedenen Winkelpositionen I–III des Rotors 3 vorgesehenen Füllelemente 4 der einfacheren Darstellung wegen nebeneinander. Tatsächlich befinden sich diese Füllelemente aber wie auch alle anderen Füllelementes des Füllsystems 1 bzw. der Füllmaschine am Umfang des gemeinsamen kreisscheiben- oder kreisringförmigen Rotors 3, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
Jedem Füllelement 4 ist am Rotor 3 ein Behälterträger 5 zugeordnet, an dem die jeweilige Flasche während des Füllens an einem unterhalb der Flaschenmündung 2.1 angeformten Flansche 2.2 (Neckring) hängend gehalten ist, und zwar für ein Freistrahlfüllen in der Form, dass die Flaschenmündung 2.1 von der Unterseite des betreffenden Füllelementes 4 bzw. von einer dort gebildeten Abgabeöffnung 6 beabstandet ist, über die das flüssige Füllgut der jeweiligen Flasche 2 beim Füllen in Form eines freien Füllgutstrahles 7 zufließt.
Im Inneren eines Füllelementgehäuses 8 ist in jedem Füllelement 4 ein Flüssigkeitskanal 8 ausgebildet, der an der Unterseite des Füllelementes 4 die Abgabeöffnung 6 bildet und im Bereich der Oberseite des Füllelementes 4 bzw. des Füllelementgehäuses 8 über eine Leitung 10 mit Durchflussmesser 11 mit einem für sämtliche Füllelemente 4 der Füllmaschine gemeinsamen, am Rotor 3 angeordneten Kessel 12 verbunden ist. Letzterer ist während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, sodass sich innerhalb des Kessels 12 ein unterer, vom Füllgut eingenommener Flüssigkeitsraum 12.1 und darüberliegend ein Gasraum 12.2 ausgebildet. Im Flüssigkeitskanal 9 ist ein Flüssigkeitsventil 13 vorgesehen, welches am Beginn des Füllens durch eine Betätigungseinrichtung 14 geöffnet und nach Erreichen der in die betreffende Flasche 2 eingebrachten Füllgutmenge gesteuert durch das Messsignal des Durchflussmessers 11 über die Betätigungseinrichtung 14 wieder geschlossen wird.
Die Besonderheit des Füllsystems 1 besteht darin, dass das Mischen der beiden Komponenten K1 und K2 während des Füllprozesses erfolgt, d. h. innerhalb des Füllgutstrahles 5 sowie eventuell auch noch innerhalb der jeweiligen Flasche 2. Hierfür ist jedes Füllelement 4 über eine Dosier- oder Mischleitung 15 mit einem Ausgang einer Dosiereinrichtung 16 verbunden, wobei jede Dosiereinheit 16 einer Gruppe von mehreren Füllelementen 4 zugeordnet ist, und zwar bei dem in der 1 dargestellten Füllsystem 1 jeweils drei Füllelementen 4 bzw. den von diesen gebildeten Füllpositionen.
Jede Mischleitung 15 mündet mittig an der Abgabeöffnung 6 des zugehörigen Füllelementes 4 und dabei mittig an einem an der jeweiligen Abgabeöffnung 6 vorgesehenen oder diese bildenden Gassperre 17, die in an sich bekannter Weise von einem Einsatz mit einer Vielzahl von durchgehenden Kanälen gebildet ist.
Jede Dosiereinrichtung umfasst für jede Mischleitung 15 eine eigene Dosierpumpe 18. Sämtliche Dosierpumpen 18 der Dosiereinheit 16 sind durch einen gemeinsamen Elektromotor 19 angetrieben. Weiterhin sind die Dosierpumpen 18 so ausgebildet, dass durch Änderung der Drehzahl des Rotors 19 die Förderleistung der Dosierpumpe 18, d. h. die Menge der Komponente K2, die während des Füllprozesses und während der aktivierten Dosiereinheit 16 über die Mischleitung 15 an das jeweilige Füllelement gefördert und damit am Füllelement 4, d. h. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 13 der Komponente K1 im Flüssigkeitsstrahl 7 beigemischt wird, fein dosiert eingestellt werden kann. Am Ausgang jeder Dosierpumpe 18 ist ein Steuerventil 20 vorgesehen, mit dem in der nachstehend beschriebenen Weise die Dosierung der Komponente K2 erfolgt. Weiterhin ist die Dosiereinheit 16 an eine Leitung 21 zum Zuführen der Komponente K2 angeschlossen.
Der wesentliche Vorteil des Füllsystems 1 besteht darin, dass das Mischen der Komponenten K1 und K2, d. h. das Abmischen des jeweiligen Produktes während des Füllens, d. h. bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 13 am Füllelement 4 bzw. innerhalb des Flüssigkeitsstrahles 7 und ggs. noch innerhalb der Flasche 2 erfolgt, sodass in der die Füllmaschine mit dem Füllsystem 1 aufweisenden Produktionsanlage eine die Komponenten K1 und K2 mischende Abmischanlage nicht erforderlich ist.
Die Steuerung der Dosiereinheiten 16 bzw. der dosierten Abgabe der Zusatzkomponente K2 durch diese Einheiten kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen, beispielsweise durch Änderung der Förderleistung der Dosierpumpen 18 und dabei beispielsweise durch Änderung der Drehzahl des jeweiligen Motors 19 und/oder durch entsprechende Steuerung der Öffnungszeiten der Steuerventile 20. Bevorzugt erfolgt die dosierte Abgabe der Komponente K2 beispielsweise so, dass bei ständig und kontinuierlich angetriebenen Dosierpumpen 18 die normalerweise geschlossenen Steuerventile 20 für das dosierte Zumischen der Komponente K2 über ein Zeitfenster geöffnet werden, innerhalb dessen dann die der Förderleistung der Dosierpumpen 18 entsprechende Menge der Komponente K2 in die jeweilige Mischleitung 15 eingebracht und damit an dem zugehörigen Füllelement 4 dem Flüssigkeitsstrahl 7 beigemischt wird.
Zur Vereinfachung der Ansteuerung der einzelnen Dosiereinheiten 16 erfolgt das Aktivieren der jeder Gruppe von Füllelementen 4 zugeordneten Dosiereinheit 16 für sämtliche Füllelemente dieser Gruppe beispielsweise gemeinsam. Es versteht sich, dass die jeweilige Dosiereinheit 16 zur dosierten Abgabe der Komponente K2 erst während der Füllphase aktiviert wird. Eine gleichzeitige Aktivierung der Steuerventile 20 erfolgt bevorzugt erst dann, wenn die Flüssigkeitsventile 13 sämtlicher, der Dosiereinrichtung 16 zugeordneter Füllelemente 4 geöffnet sind, und zwar zeitverzögert in der Weise, dass die Steuerventile 20 einer jeden Dosiereinheit 16 erst dann geöffnet werden, wenn in jede Flasche 2 der Gruppe von Füllelementen, der diese Dosiereinheit 16 zugeordnet ist, bereits eine gewisse Menge der Komponente K1 eingebracht wurde.
Die 2 zeigt in einer ähnlichen Darstellung die 1 als weitere Ausführungsform drei Füllelemente 4 eines eine Vielzahl solcher Füllelemente aufweisenden Füllsystems.
Abweichend von dem Füllsystem 1 ist bei dem Füllsystem 1a jedem Füllelement 4 eine eigenständige Dosiereinrichtung 16a zugeordnet, die jeweils ein beispielsweise wahlweises Zumischen von mehreren Komponenten, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform von drei Komponenten K2.1, K2.2 und K2.3 zu der Hauptkomponente K1 am jeweiligen Füllelement 4 bzw. im Flüssigkeitsstrahl 7 ermöglicht. Ansonsten entspricht das Füllsystem 1a dem Füllsystem 1, insbesondere auch hinsichtlich der Ausbildung der Füllelemente 4 und hinsichtlich des Freistrahlfüllens der Flaschen 2. Die an unterschiedlichen Winkelpositionen I–III des Rotors 3 vorgesehenen Füllelemente 4 sind wiederum der besseren Erläuterung und Darstellung wegen seitlich gegeneinander versetzt dargestellt, tatsächlich aber am Umfang des gemeinsamen Rotors 3 vorgesehen.
Für die Dosierpumpen 18 jeder Dosiereinheit 16a ist wiederum ein gemeinsamer in der Drehzahl steuerbarer Motor 19 vorgesehen. Jede Dosiereinheit 16a ist an drei Leitungen 21 zum getrennten Zuführen der Komponenten K2.1, K2.2 bzw. K2.3 angeschlossen und über eine einzige Mischleitung 15 und ein Steuerventil 20 mit dem zugehörigen Füllelement 4 verbunden. Zur Zugabe einer Komponente K2.1, K2.2 bzw. K2.3 zu der Hauptkomponente K1 während des Füllens wird das der Komponente K2.1, K2.2 bzw. K2.3 zugeordnete Steuerventil 20 geöffnet. Die übrigen Steuerventile 20 sind geschlossen.
Zur Spülung der Mischleitung 15 ist zusätzlich zu den Steuerventilen 20 ein Steuerventil 22 vorgesehen, über welches die Mischleitung 15 beispielsweise mit der Komponente K1 oder aber mit einem anderen, getränkeneutralen Fluid, beispielsweise mit einem gas- oder dampfförmigen Fluid, z. B. mit steriler Luft oder einem Inert-Gas (CO₂-Gas oder Stickstoff) gespült werden kann, um aus der Mischleitung 15 Reste derjenigen Komponente K2.1, K2.2, K2.3 zu entfernen, die vor dem Spülen der Hauptkomponente K1 beigemischt wurde. Obwohl das Steuerventil 22 mit der zugehörigen Spülleitung 22.1 in der 2 der einfacheren Darstellung wegen nur für eine Dosiereinheit 16a gezeigt ist, weist tatsächlich jede Dosiereinheit 16a das das Steuerventil 22 mit der zugehörigen Spülleitung auf.
Das Füllsystem 1a ermöglicht es, während des Füllens der Hauptkomponente K1 eine oder aber mehrere der Komponenten K2.1–K2.3 zuzumischen sowie die Füllmaschine von einem Produkt aus der Hauptkomponente K1 und einer oder mehrerer Zusatzkomponenten K2.1–K2.3 auf ein Produkt aus der Hauptkomponente und einer anderen Zusatzkomponente umzustellen, wobei auf jeden Fall vor dieser Umstellung die Mischleitung 15 jedes Füllelementes 4 durch Öffnen des Steuerventils 22 gespült wird. Das Spülen der Mischleitungen 15 erfolgt beispielsweise jeweils am Produktionsbeginn- und/oder am Produktionsende, d. h. am Beginn des Abfüllens einer Produktcharge und/oder am Ende des Abfüllens einer Produktcharge oder aber beispielsweise am Ende einer jeden Füllphase, d. h. am Ende des Füllens einer Flasche 2, so dass an jedem Füllelement am Beginn einer neuen Füllphase, d. h. beim Füllen einer weiteren Flasche 2 reproduzierbare Verhältnisse vorliegen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Insbesondere ist das System auch in analoger Weise für Druckfüllungen zu verwenden.

1, 1a: Füllsystem
2: Flasche
2.1: Flaschenmündung
2.2: Flansch
3: Rotor
4: Füllelement
5: Behälterträger
6: Abgabeöffnung
7: Flüssigkeitsstrahl
8: Füllelementegehäuse
9: Flüssigkeitskanal
10: Produktleitung
11: Durchflussmesser
12: Kessel für die Hauptkomponente K1
12.1: Flüssigkeitsraum
12.2: Gasraum
13: Flüssigkeitsventil
14: Betätigungselement
15: Mischleitung
16, 16a: Dosiereinheit
17: Gassperre
18: Dosierpumpe
19: Pumpenmotor
20: Steuerventil
21: Leitung für die Zusatzkomponente
22: Steuerventil
22.1: Spülleitung
K1: Hauptkomponente
K2, K2.1–K2.3: Zusatz- oder Aromakomponente
I, II, III: Winkelposition der Füllelemente 4 am Rotor 3

Claims

Füllsystem zum Füllen von Flaschen oder dergleichen Behältern (2) mit einem aus einer Hauptkomponente (K1) und wenigstens einer Zusatzkomponente (K2, K2.1–K2.3) bestehenden flüssigen Füllgut, mit einer Vielzahl von Füllelementen (4), in denen über mindestens jeweils eine Mischleitung (15) die wenigstens eine Zusatzkomponente für ein Mischen mit der Hauptkomponente (K1) am Füllelement (4) dosiert zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass jede Mischleitung (15) an den Ausgang einer wenigstens zwei Dosierpumpe (18) aufweisenden Dosiereinheit (16, 16a) oder an den Ausgang wenigstens einer eigenständigen Dosierpumpe (16) angeschlossen ist.
Füllsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllelemente (4) zum Beimischen der Zusatzkomponente (K2, K2.1–K2.3) in die Hauptkomponente (K1) im Bereich einer Abgabeöffnung (6) des jeweiligen Füllelementes (4), über die das flüssige Füllgut im jeweiligen Behälter (2) zufließt, und/oder für ein Beimischen der Zusatzkomponente in die Hauptkomponente (K1) in dem während des Füllens in den Behälter zufließenden Flüssigkeitsstrahl (7) und/oder im jeweiligen Behälter (2) ausgebildet sind.
Füllsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Dosierpumpen (18) jeder Dosiereinheit (16, 16a) durch einen gemeinsamen beispielsweise in der Leistung und/oder Drehzahl steuerbaren Motor (19) angetrieben sind.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung zwischen jeder Mischleitung (15) und der Dosierpumpe (18) wenigstens ein erstes Steuerventil (20) vorgesehen ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosiereinheit (16, 16a) wenigstens drei vorzugsweise durch einen gemeinsamen Motor (19) angetriebene Dosierpumpen (18) aufweist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosiereinheit (16) einer Gruppe von Füllelementen (4) zugeordnet ist, wobei die Anzahl der Füllelemente (4) jeder Gruppe gleich der Anzahl der Dosierpumpen (18) jeder Dosiereinheit (16) ist.
Füllsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierpumpen (18) an eine gemeinsame Leitung (21) zum Zuführen einer Zusatzkomponente (K2) angeschlossen sind.
Füllsystem nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Füllelement (4) eine eigenständige Dosiereinheit (16a) mit mehreren Dosierpumpen (18) zugeordnet ist, und dass jede Dosierpumpe (18) mit dem Ausgang der zugehörigen Dosiereinheit (16a) über jeweils ein erstes Steuerventil (20) verbunden ist.
Füllsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dosierpumpe (18) an eine eigenständige Leitung (21) zum Zuführen einer Zusatzkomponente (K2.1–K2.3) angeschlossen ist.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein zweites Steuerventil (22) an jeder Mischleitung (15) und/oder am Ausgang der Dosiereinheit (16a) zum gesteuerten Spülen der Mischleitung (15) mit einem Fluid, beispielsweise mit der Hauptkomponente (K1) und/oder mit einem gas- und/oder dampfförmigen, produktneutralen Fluid, z. B. mit CO₂-Gas und/oder Stickstoff.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiereinheiten (16, 16a) für eine dosierte Abgabe der jeweiligen Zusatzkomponente (K2, K2.1–K2.3) durch Änderung der Förderleistung der Dosierpumpen (18) und/oder durch Änderung der Drehzahl des die Dosierpumpen (8) antreibenden Motors (19) und/oder durch Steuerung der Öffnungszeiten der ersten Steuerventile (20) ausgebildet sind.
Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Bestandteil einer Füllmaschine umlaufender Bauart ist, bei der die Füllelemente (4) an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (3) vorgesehen sind.