DE102017105324A1

DE102017105324A1 - Füllmaschine

Info

Publication number: DE102017105324A1
Application number: DE102017105324.7A
Authority: DE
Inventors: Hilmar Fickert
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2018-09-20
Also published as: WO2018166774A1

Abstract

Vorgestellt wird eine Füllmaschine mit wenigsten einem Füllelement zum Druckbefüllen von CO₂-haltigen Produkten in Produktbehälter, welche Füllmaschine mindestens ein Stellglied zur Einstellung wenigstens eines Druckparameters der Füllmaschine aufweist, welches Stellglied elektrisch steuerbar ist, welche Füllmaschine eine Mikroprozessorsteuerung mit einem Speicher für produktspezifische Druckparameter für das Füllelement aufweist,welche Füllmaschine eine mit der Mikroprozessorsteuerung verbundene Eingabevorrichtung zur Eingabe eines Produkts und/oder eine Sensorvorrichtung zur Erfassung wenigstens eines produktidentifizierenden Wertes aufweist, dabei ist vorgesehen, dass das Stellglied mit der Mikroprozessorsteuerung verbunden ist, um das Stellglied entsprechend den abgespeicherten produktspezifischen Druckparametern einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft Füllmaschinen in der Getränkeindustrie, insbesondere Füllmaschinen wie z.B. Keg-Füller mit Leistungen von 35 bis zu 1400 Behältern bzw. Kegs pro Stunde. Insbesondere ist die Erfindung gerichtet auf Großbehälter wie z.B. Kegs. Gegenwärtig besteht bei den Abfüllbetrieben der Trend, auf ein und derselben Füllanlage größere Anzahlen unterschiedlicher Produkte abzufüllen.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese größere Anzahl unterschiedlicher Produkte bei den, für den Füllprozess relevanten (Abfüll)Parametern eine so große Bandbreite aufweist, dass diese eine Füllanlage nicht (mehr) alle Produkte mit ein und derselben Einstellung verarbeiten kann. Beispielsweise wird auf einer Anlage zunächst ein unkritisches Produkt, beispielsweise kaltes Bier mit wenig Kohlensäure abgefüllt, worauf anschließend ein kritisches Produkt, beispielsweise ein warmes Softdrink-Getränk mit viel Kohlensäure abgefüllt werden soll.
Dabei ist zu beachten, dass in den Betrieben der Getränkeindustrie immer kleinere Chargen verarbeitet werden, und insgesamt auch eine erhöhte Stundenleistung pro Füllstelle [Liter pro /(Füllstelle * Stunde)] angestrebt wird.
Die Füllung soll weiterhin generell immer mit stabil hohen Qualitätswerten (O₂-Aufnahme, CO₂-Verlust und Füllgenauigkeit) und sicher gegen Bedienfehler/schnell in der Umstellung/Anpassung erfolgen.
Insbesondere soll auch auf sich während der Abfüllung einer Charge verändernde Temperaturen des abzufüllenden Produktes reagiert werden. Dieser Aspekt hat durch die zunehmende Zahl von so genannten Craft-Brewer-Brauereien an Bedeutung gewonnen. Beispielsweise verfügen solche Brauereinen in der Regel nicht über großvolumige gekühlte Lagerkapazitäten für das abzufüllende Produkt, so dass sich während der Abfüllung einer Charge die Temperatur des abzufüllenden Produktes permanent verändern kann.
Die Füllung von gashaltigen Getränken erfordert für eine hohe Füllqualität eine schaumarme Einstellung aller relevanter Parameter- insbesondere um das Ausgasen von z.B. CO₂ zu verhindern.
Somit ist eine dem Partialdruck des Gases im Produkt (in Abhängigkeit von Temperatur und Gasgehalt) entsprechende Vorspannung des Gebindes vor der Füllung und ein ebenso angepasster Rückgasdruck, sowie passender Produkt- oder Fülldruck nötig.
Bekannt sind hier sind fest eingestellte, nicht ohne weiteres, d.h. nur manuell veränderbare Druckminderer (vgl. Druckminder an Sauerstoffflaschen), die dazu vorgesehen sind, das mit einem höheren Druck angelieferte, bzw. durch ein zentrales Versorgungssystem zur Verfügung gestellte Vorspanngas auf den vorgesehenen Soll-Druck zu expandieren. Derartige Ausgestaltungen können nicht flexibel an unterschiedlichste Anforderungen angepasst werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Füllmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Füllmaschine zum Druckbefüllen von Behältern mit CO₂-haltigen Produkten zu schaffen, welche eine variable und fehlerfreie produktspezifische Druckbefüllung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Füllmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind ebenfalls in der Beschreibung und in den Zeichnungen beschrieben.
Erfindungsgemäß hat die Füllmaschine wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Füllelemente zum Druckbefüllen von Behältern mit CO₂-haltigen Produkten wie zum Beispiel Bier, Mineralwasser, Säfte, Wein, Sekt und Softdrinks und Alkopops aller Art.
Die Füllmaschine enthält mindestens ein Stellglied zur Einstellung wenigstens eines Druckparameters des Füllelements der Füllmaschine, wie zum Beispiel den Vorspanndruck, um den zu befüllenden Produktbehälter vor dem Befüllen auf einen definierten Druck zu bringen, um ein Ausgasen des CO₂ beim Befüllen zu verhindern. Ein anderer Füllparameter, der über ein separates Stellglied, zum Beispiel eine Produktpumpe und/oder ein Druckventil, insbesondere im Bereich der Produktzufuhr eingestellt werden kann, ist der Fülldruck beim Befüllen selbst.
Ein weiterer Druckparameter, der beim Befüllen des Produktbehälters mit dem Produkt in dem Füllelement der Füllmaschine relevant ist, ist der Rückgasdruck, der auftritt, wenn der Produktbehälter mit dem Produkt befüllt wird und dabei das anfänglich in dem Produktbehälter vorhandene Gasvolumen durch das verdrängende Produkt austritt. Hierbei ist zu bemerken, dass die Druckbefüllung eines CO₂-haltigen Produkts, in der Regel eines Getränks, immer in einem von der Umgebung abgeschlossenen System erfolgt. Das heißt, das Füllventil und der Druckbehälter sind gegenüber der Umgebungsatmosphäre separiert, so dass die Druckverhältnisse im Druckbehälter beliebig über die Stellglieder eingestellt werden können, welche in der Regel als Pumpen, Stellventile und Mixer in einer Druckgasleitung ausgebildet sind. Die Stellglieder sind elektrisch steuerbar und können somit über eine Mikroprozessorsteuerung der Füllmaschine angesteuert werden, die einen Speicher für produktspezifische Druckparameter der Füllmaschine aufweist. Die Füllmaschine enthält weiterhin eine Eingabevorrichtung zur Eingabe eines Produkts, wie zum Beispiel eine Tastatur, einen Barcodescanner oder dergleichen, über welche eine Produkt-ID eingegeben werden kann und/oder eine Sensorvorrichtung zur Erfassung wenigstens eines produktspezifischen Wertes, wie zum Beispiel des CO₂-Gehalts und/oder der Produktfarbe, mit welcher Sensorvorrichtung über die Erfassung eines produktspezifischen Wertes festgestellt werden kann, welches Produkt abgefüllt wird. Die Sensorvorrichtung ist mit der Steuerung verbunden, so dass der entsprechende produktspezifische Wert an die Steuerung abgegeben werden kann, welche den Wert mit einer internen Tabelle vergleicht, in welcher für unterschiedliche Produkt-IDs produktspezifische Druckparameter der Füllmaschine abgelegt sind.
Die Mikroprozessorsteuerung der Füllmaschine steuert nachfolgend dann das wenigstens eine Stellglied, z.B. über eine Steuerleitung derart an, dass das Stellglied entsprechend den abgespeicherten produktspezifischen Druckparametern eingestellt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Füllmaschine schnell und fehlerfrei auf ein neues abzufüllendes Produkt eingestellt wird, wobei die Produkt-ID des abzufüllenden Produkts entweder manuell eingegeben werden kann oder automatisch erfasst werden kann, zum Beispiel mittels eines Barcodelesers und/oder Sensoren der Sensorvorrichtung zum Erfassen von Produktparametern. Die Erfindung erübrigt eine manuelle Einjustierung der Stellglieder für jedes neu abzufüllende Produkt an einer Füllmaschine. Hier ist zu berücksichtigen, dass an einer Füllmaschine oft sehr unterschiedliche Produkte abgefüllt werden, die eine Justierung bzw. Neueinstellung der Stellglieder, zum Beispiel der Stellventile in den Druckleitungen oder Rückgasleitungen, erfordert.
Durch die Tatsache, dass nun diese Stellglieder elektrisch mittels der Steuerung betätigt werden und die Steuerung andererseits diese Stellglieder aufgrund abgespeicherter produktspezifischer Produktparameterautomatisch einstellt, entfällt die manuelle Neueinstellung der Füllmaschine und die Füllmaschine ist daher geeignet, auch kleinere Chargen an Produkten abzufüllen, wonach die Füllmaschine schnell und unkompliziert auf ein neues Produkt eingestellt werden kann. Es können somit an einem Tag eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte auf einer Füllmaschine abgefüllt werden, ohne dass die Füllmaschine jedes Mal manuell auf das neue Produkt eingestellt werden muss.
Die Erfindung bietet somit eine Füllmaschine mit automatischer Anpassung der Füllparameter (insbesondere Drücke und Zeiten) an wechselnde Produkte bzw. Produktparameter beim Abfüllen von insbesondere Gas/CO₂-haltigen Getränken (oder ähnlicher Mischgase), wie z.B. Bier in Behälter, insbesondere in Großgebinde/Kegs.
Vorzugsweise enthält die Füllmaschine weiterhin Überwachungssensoren, insbesondere Drucksensoren und Temperatursensoren, mittels welcher der Füllprozess überwacht, geregelt und eventuell nachjustiert werden kann, insbesondere wenn sich während eines Abfüllvorganges z.B. die Produkttemperatur ändert.
Vorzugsweise sind die einzustellenden Stellglieder die Stellglieder für den Vorspanndruck und/oder den Fülldruck und/oder den Rückgasdruck eines Füllelements, welche Drücke die relevanten Füllparameter zum Abfüllen eines CO₂-haltigen Getränks darstellen. Auf diese Weise kann der gesamte Füllprozess optimiert für ein bestimmtes Produkt durchgeführt werden.
Vorzugsweise hat die Füllmaschine, im Falle sie mehrere Füllelemente aufweist, separat steuerbare Stellglieder für die Druckparameter der einzelnen Füllelemente. Die produktspezifischen Druckparameter lassen sich somit für jedes Füllelement der Füllmaschine einzeln regeln, was eine optimierte Druckbefüllung eines abzufüllenden Produkts garantiert. Es können jedoch auch Gruppen von Füllelementen, z.B. 2 bis 10 Füllelemente gemeinsam geregelt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Sensorvorrichtung einen Drucksensor auf. Dieser Drucksensor lässt sich einerseits zur Produkterkennung nutzen. Wenn zum Beispiel nur eine begrenzte Anzahl an Produkten auf einer Füllmaschine abgefüllt werden und diese Produkte leicht anhand ihres CO₂-Drucks voneinander unterschieden werden können, ist es allein mittels eines Drucksensors möglich, die abzufüllenden Produkte voneinander zu unterscheiden, womit die Mikroprozessorsteuerung basierend auf den für das Produkt abgelegten produktspezifischen Daten in die Lage versetz wird, die Stellglieder der Füllmaschine, automatisch auf diese unterschiedlichen Produkte einzustellen. Zum anderen kann der Drucksensor zur Prozessüberwachung und Regelung (Regelungsschleife) verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensorvorrichtung einen Farbsensor aufweisen, welche die Produktfarbe ermittelt, so dass eine Erkennung des Produkts auch allein und/oder zusätzlich über die Farbe des Produktes möglich ist.
In gleicher Weise kann vorzugsweise die Sensorvorrichtung einen Stammwürzegehaltssensor aufweisen, durch welchen die Stammwürze eines Bieres ermittelt werden kann. Wenn somit auf einer Füllmaschine unterschiedliche Biertypen abgefüllt werden, kann über die Ermittlung des Stammwürzegehalts eindeutig festgelegt werden, welches Produkt gerade abgefüllt wird und die Steuerung der Füllmaschine ist dann in der Lage, die produktspezifischen Druckparameter der Füllmaschine automatisch einzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Sensorvorrichtung einen Temperatursensor auf, so dass die produktspezifischen Druckparameter der Füllmaschine auch in Abhängigkeit von der gemessenen Produkttemperatur einstellbar sind. Der CO₂-Druck eines Produkts ist immer abhängig von der Produkttemperatur, so dass die Temperatur des Produktes bei der Einstellung der produktspezifischen Druckparameter wie Vorspanndruck, Fülldruck und Rückgasdruck eine wesentliche Rolle spielt. Das Vorsehen eines Temperatursensors trägt dieser Temperaturabhängigkeit der produktspezifischen Druckparameter Rechnung. Hierdurch kann auch eine Änderung der Produkttemperatur beim Abfüllen berücksichtigt werden.
Vorzugsweise enthält die Sensorvorrichtung einen CO₂-Sensor, der es eventuell allein oder im Zusammenwirken mit anderen Sensoren der Sensorvorrichtung ermöglicht, ein Produkt zu bestimmen. So können zum Beispiel auf einer Füllmaschine Produkte mit einem unterschiedlichen CO₂-Partialdruck abgefüllt werden, so dass über die Erfassung des CO₂-Gehalts der Steuerung mitgeteilt werden kann, welches Produkt tatsächlich abgefüllt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hat die Sensorvorrichtung ein Eingabegerät, wie zum Beispiel einen Barcodescanner oder eine Eingabetastatur, über welche der Steuerung automatisch bzw. manuell mitgeteilt werden kann, welches Produkt abgefüllt wird, so dass die Steuerung in der Lage ist, die im Speicher abgelegten produktspezifischen Druckparameter mittels der Stellglieder in den Produkt- und Gasleitungen einzustellen.
Vorzugsweise ist das Stellglied ein Stellventil und/oder eine Pumpe in einer Druckgasleitung im Bereich der Produktzufuhr und/oder ein Stellventil in einer Rückgasleitung des Füllelements und/oder ein Stellventil in einer Druckgaszufuhr zur Vorspannung des Behälters im Füllelement. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Druckparameter beim Befüllen eines Produkts in einen Produktbehälter schnell und unkompliziert eingestellt werden. Die Einstellung kann über separate Drucksensoren in der Vorspannleitung, in der Produktleitung und in der Rückgasleitung überwacht und geregelt werden.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Druckbefüllen von CO₂-haltigen Getränken in Produktbehälter mittels wenigstens einer Füllmaschine, die mindestens ein elektrisch steuerbares Stellglied zur Einstellung wenigstens eines Druckparameters wenigstens eines Füllelements der Füllmaschine aufweist. Die Füllmaschine weist weiterhin eine Mikroprozessorsteuerung mit einem Speicher für produktspezifische Druckparameter der Füllmaschine auf und zugehörigen Produkt-IDs, wobei über eine Eingabevorrichtung und/oder über eine Sensorvorrichtung der Steuerung Produktdaten übermittelt werden und die Mikroprozessorsteuerung das wenigstens eine Stellglied entsprechend den für das Produkt abgespeicherten produktspezifischen Druckparametern einstellt. Hinsichtlich der Vorteile und Auswirkungen dieses Verfahrens wird auf die obige Beschreibung der erfindungsgemäßen Füllmaschine verwiesen.
Vorzugsweise werden die Druckparameter in Abhängigkeit von der gemessenen Produkttemperatur eingestellt, so dass eine gleichbleibende Füllqualität unabhängig von der Produkttemperatur beim Abfüllen gewährleistet ist.
Das Verfahren wird vorzugsweise auf einer Füllmaschine der oben genannten Art durchgeführt. Vorzugsweise ist eine Füllmaschine der oben genannten Art konzipiert zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird über das wenigstens eine Stellglied der Vorspanndruck und/oder der Fülldruck und/oder der Rückgasdruck des Produkts in einem Füllelement im Rahmen eines Füllvorgangs gesteuert bzw. geregelt.
Vorzugsweise wird über die Sensorvorrichtung der CO₂-Gehalt oder CO₂-Partialdruck des Produkts erfasst, um zu bestimmen, welches Produkt abgefüllt wird und die produktspezifischen Druckparameter beim Abfüllen entsprechend einzustellen.
Vorzugsweise wird bzw. werden über die Sensorvorrichtung die Produktfarbe und/oder die Stammwürze des Produkts ermittelt, um die Produkt-ID zu erhalten.
Das (Auf)Schäumverhalten unterschiedlicher Getränketypen (also Bier zu CSD(=carbonated Softdrink) zu Wein zu Wasser, nicht Bier untereinander) unterscheiden sich deutlich voneinander, und zwar auch dann, wenn die unterschiedlichen Getränketypen denselben Äquivalenzdruck aufweisen.
Daraus folgt, dass gerade im Bereich höherer Drücke/Leistungen unterschiedliche, getränketypspezifische Parametersätze gefahren werden müssen, z.B. Zuschläge zum Vorspann- und/oder Rückgasdruck von bis zu 0,5 bar (gegenüber normalem Bier).
Das automatische Erkennen der „Grundprodukte“, also der Getränketypen kann beispielsweise anhand der der Produktleitung angeordneten Sensoren der Sensorvorrichtung, z.B. für Stammwürze und/oder Trübung und/oder Leitfähigkeit erfolgen.
Alternativ kann das „Erkennen“ des aktuellen oder anstehenden Getränketyps auch über eine manuelle Sortenanwahl bzw. durch Informationsaustausch zwischen dem wenigstens einen Stellglied, z.B. Pumpe, Mixer, Stellventil etc. und der Mikroprozessorsteuerung erfolgen.
Der Äquivalenzdruck ist zunächst nichts anderes als der Partialdruck des gelösten Gases (CO₂) im Getränk im statischen Zustand. Dieser muss in einer über dem Getränk anstehenden Gasatmosphäre für dasselbe Gas (auch anteilig bei Mischgas) mindestens vorhanden sein, um sicher zu vermeiden, dass dieses Gas weder in das Getränk übertritt, noch CO₂ aus dem Getränk ausgast. Dies ist die Basis für Zuschläge und Abschläge für den Vorspanndruck und den Rückgasdruck oder -fluss.
Basierend auf der Soll-Füllleistung [hl/h] rechnet die Mikroprozessorsteuerung anhand der z.B. in Art von Tabellen gespeicherten produktspezifischen Daten, die im Speicher der Mikroprozessorsteuerung abgelegt sind, den produktspezifischen Äquivalenzdruck des Gases (CO₂) aus und kalkuliert weiterhin mit entsprechend hinterlegten Zuschlägen den Druck des Vorspanngases, d.h. Vorspanndruck, den Druck des Rückgases, d.h. Rückgasdruck sowie den Druck des abzufüllenden Produkts, d.h. Fülldruck(verlauf).
Regelung des Vorspanndrucks
Das Vorspanngas wird in einer so genannten Medienaufbereitung für die Verwendung vorbereitet. Dabei kann das Vorspanngas entweder aus einem Gas - CO₂ oder Stickstoff - oder auch aus einem Gasgemisch bestehen. Innerhalb der Medienaufbereitung wird das Vorspanngas auf den Vorspanndruck gebracht. Die Medienaufbereitung ist i.d.R. vor der Füllmaschine angeordnet.
Im Rahmen der Erfindung ist die Verwendung von z.B. elektrisch/hydraulisch einstellbaren, steuerbaren Stellgliedern, wie z.B. Druckminderen vorgesehen, bei denen der Ausgangsdruck des abzugebenden Gases entsprechend den in der Mikroprozessorsteuerung abgelegten Daten produktspezifisch angesteuert werden. Vorzugsweise ist hier die Verwendung von computergesteuerten Druckminderern als Stellglieder vorgesehen, welche durch eine direkt oder indirekt über einen Steuerrechner der Mikroprozessorsteuerung angesteuert werden. Diese Stellglieder setzen die von dem Steuerrechner vorgegebenen variablen Druckwerte um.
Vorzugsweise werden die so produktspezifischen Füllparameter, insbesondere Druckwerte mittels eines Druckaufnehmers/Drucksensors überwacht. Vorteilhaft werden die Ist-Werte mittels eines Regelkreises mit den Soll-Werten verglichen und konstant gehalten.
Regelung Rückgasdruck
Das während der Füllung mit unterschiedlichem Volumenstrom abgeleitete Gas wird vorzugsweise nicht nur über Blenden oder Regler im Strom sondern per entlastendem Druckregler zentral (also auch für mehrere Füller gleichzeitig) nach Vorgabewert der Mikroprozessorsteuerung eingestellt. Vorzugsweise wird hier die Regelung über Druckaufnehmer kontrolliert. Mittels der erfindungsgemäßen Mikroprozessorgesteuerten Regelung der betroffenen Stellglieder lässt sich eine hohe Genauigkeit der Druckeinstellung von - 0,1 + 0,1 bar realisieren.
Der Füllprozess sollte eigentlich durch die produktspezifische Steuerung bzw. Regelung der Stellglieder optimal ablaufen. Trotzdem können Überwachungssensoren, wie z.B. eine „automatische“ Schaumerkennung eingesetzt werden, um Prozessfehler sofort erkennen bzw. korrigieren zu können.
Regelung Fülldruck
Bevorzugt wird der Fülldruck über eine Produktpumpe gesteuert, die mittels eines Frequenzumrichters in ihrer Drehzahl regelbar ist. Ebenfalls bevorzugt wird die Tätigkeit der Produktpumpe mittels eines Druckaufnehmers überwacht. Somit kann das Produkt durch die Produktpumpe entsprechend der Vorgaben durch die Mikroprozessorteuerung mit dem produktspezifischen Soll-Druck bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich lassen sich als Stellglieder auch Druckregelventile einsetzen.
Aufgrund dieser Regelung geregelt über die Druckwerterfassung ist es dabei möglich den Produktdruck auch bei schwankenden Vordrücken aufgrund von Peaks, beispielsweise durch das schnelle, plötzliche Anlaufen oder Anhalten einer Füllmaschine auf einem Sollwert halten.
Ebenfalls ist es möglich, den Produktdruck bei

- bei Temperaturänderung des Produktes während der Produktion und bei
- Chargenänderung (anderes Produkt)

Vorzugsweise werden durch Aufnehmer/Sensoren/Messglieder in der Produktleitung die aktuellen IST-Werte der Parameter des zuströmenden Produktes erfasst und an die Mikroprozessorsteuerung weitergeleitet.
Werden dort nun Abweichungen von einem Soll-Wert oder, einen bestimmten Grenzwert überschreitende Abweichungen von einem zuvor ermittelten Ist-Wert festgestellt, beispielsweise eine Temperaturänderung oder eine Änderung des CO₂-Gehalts im Produkt, so gibt die Mikroprozessorsteuerung - um den Füllprozess nachfolgend wieder optimal eingestellt fortsetzen zu können - verzögerungsarm und mit stufenloser Genauigkeit, anhand der hinterlegten produktspezifischen Daten, z.B. in Form von Formeln/Tabellen, neue Einstellwerte an die Stellglieder, z.B. die Regler für den Vorspann- und Rückgasdruck sowie den Produkt oder Fülldruckdruck, ohne dass dazu ein Eingriff des Bedienpersonals nötig wäre.
Beispiel: steigt die Temperatur und/oder der CO₂-Gehalt werden automatisch Vorspann- und Rückgasdruck sowie der Produkt (oder Füll)druck hochgefahren; im gegenläufigen Fall auch runter (für Produktschonung und Verbrauchsminderung).
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombinierbar sind. Es ist für den Fachmann weiterhin offensichtlich, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen in beliebiger Weise miteinander kombinierbar sind.
Folgende Ausdrücke werden in der Patentanmeldung synonym verwendet: Produkt - Getränk - CO₂-haltiges Getränk; Behälter - Druckbehälter - Flasche - KEG - Dose; Stellglied - Stellventil;
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Füllmaschine mit produktspezifischer automatischer Steuerung des Vorspanndrucks, des Fülldrucks und des Rückgasdrucks, und
2 eine schematische Darstellung eines konkreten Ausführungsbeispiels einer KEG-Füllmaschine.

Die Füllmaschine 10 gemäß 1 ist eine Rotationsfüllmaschine mit einem rotierenden Füllmaschinenkörper 12, an dessen Außenumfang einzelne Füllelemente 14 zum Druckbefüllen von Produktbehältern 16 angeordnet sind. Die Füllelemente 14 sind in der Regel äquidistant um den Umfang des Füllmaschinenkörpers 12 verteilt angeordnet.
Der Füllmaschinenkörper 12 ist über einen Motor 18 um eine Rotationsachse 20 rotierbar. Produktbehälter, Produktleitungen, Gasleitungen und andere Komponenten der Füllmaschine sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. In jedem Füllelement 14 ist ein regelbares Vorspannventil 22 zur Einstellung eines Vorspanndrucks angeordnet, ein regelbares Produktventil und/oder Produktpumpe 24 zur Einstellung eines Fülldrucks und ein Rückgasventil 26 zur Einstellung eines Rückgasdrucks. Diese Stellglieder 22, 24, 26 sind mit einer Mikroprozessorsteuerung 28 der Füllmaschine 10 mittels einer Steuerleitung 30 verbunden. Auch der Motor 18 der Füllmaschine 10 ist über eine Steuerleitung 30 mit der Mikroprozessorsteuerung 28 der Füllmaschine verbunden. Die Steuerung 28 enthält eingangsseitig einen Barcodeleser 32, über welchen es möglich ist, eine Produkt-ID mittels eines Codes z.B. auf einem Produktbehälter und/oder auf einem Produktauftragszettel abzuscannen und auf diese Weise der Mikroprozessorsteuerung 28 die Produkt-ID des abzufüllenden Produkts mitzuteilen. Alternativ oder zusätzlich ist die Mikroprozessorsteuerung 28 mit einem Farbsensor 34 zur Erfassung der Produktfarbe, mit einem CO₂-Sensor 36 zur Erfassung des CO₂-Partialdrucks des Produkts, mit einem Stammwürzesensor 38 zur Erfassung der Stammwürze und/oder des Alkoholgehalts des Produkts und auf jeden Fall mit einem Temperatursensor 40 verbunden, der in jedem Fall vorgesehen ist, um die Temperatur des Produkts beim Abfüllen zu messen und die verschiedenen Druckparameter beim Abfüllen über die Stellglieder 22, 24, 26 zu überwachen und zu regeln.
Optional ist die Mikroprozessorsteuerung 28 eingangsseitig noch mit einer Eingabetastatur 42 verbunden, über welche sich die Produkt-ID eines abzufüllenden Produkts manuell eingeben lässt. In der Mikroprozessorsteuerung 28 ist ein Speicher 44 angeordnet mit unterschiedlichen Produkt-IDs abzufüllender Produkte und den zugeordneten Füllparametern, ausgedrückt in Stellwerten für die Stellglieder 22, 24, 26. Die Mikroprozessorsteuerung 28 ist somit nach Erfassen der Produkt-ID eines einzufüllenden Produktes mittels des Barcodelesers 32 oder mittels des Farbsensors 34, des CO₂-Sensors 36 und/oder des Stammwürzesensors 38 und/oder nach Eingabe über die Eingabetastatur 42 in der Lage, die der erhaltenen Produkt-ID entsprechenden Druckparameter gemäß den in dem Speicher 44 abgelegten Werten über die Steuerleitung 30 bei den Stellgliedern 22, 24, 26 entsprechend einzustellen. Die Mikroprozessorsteuerung 28 verfügt weiterhin über ein Display 46, auf welchem die ermittelte Produkt-ID und das zugeordnete Produkt wiedergegeben werden kann als auch die unterschiedlichen Druckparameter wie Vorspanndruck, Fülldruck und Rückgasdruck und eventuell andere Betriebs- oder Füllparameter der Füllmaschine 10.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass in dem Speicher 44 für ein Produkt nicht nur ein definierter Fülldruck abgespeichert werden kann, sondern auch ein Fülldruckverlauf, der beim Füllen des Produkts über den gesamten Füllvorgang eingestellt wird. Dies kann eine Rampe, eine Kurve oder ein beliebiger zeitlicher Verlauf sein.
2 zeigt eine detailliertere Ausführungsform eines Füllelements 14 einer KEG-Füllmaschine im Zusammenhang mit den verschiedenen Sensoren und Stellgliedern. Das KEG-Füllelement 14 enthält einen Füllkopf 15, auf welchem der Produktbehälter, im vorliegenden Fall ein KEG, druckdicht aufgesetzt ist. Der Füllkopf 15 ist über eine Produktleitung 47 mit einer Produktzufuhr 45 verbunden. In der Produktleitung 47 ist sowohl ein Temperatursensor 40 als auch ein CO₂-Sensor 36 für den CO₂-Druck des abzufüllenden Produkts angeordnet. In der Produktleitung 47 ist des Weiteren eine Produktpumpe 24b, ein Durchflussmesser 48 als auch ein Fülldruck- oder Produktregelventil 24a angeordnet. Der Durchflussmesser 48, die Produktpumpe 24b und das Produktregelventil 24a sind mit der Mikroprozessorsteuerung 28 verbunden und werden durch diese gesteuert. Des Weiteren ist mit dem Füllkopf 15 eine Vorspanngasleitung 56 verbunden, welche mit einer Vorspanngaszufuhr 54 verbunden ist.
In der Vorspanngasleitung 56 ist ein Vorspannventil 22 angeordnet als auch ein Vorspanndrucksensor 58, welche beide mit der Mikroprozessorsteuerung 28 verbunden sind. Weiterhin ist mit dem Füllkopf 15 eine Rückgasleitung 50 verbunden, welche mit einem Rückgasraum 53, zum Beispiel dem Umgebungsdruck oder auch einem separaten Behälter verbunden ist, welcher z.B. wieder für die CO₂-Zufuhr verwendet wird. In der Rückgasleitung 50 ist ein Rückgasventil 26 und ein Rückgasdrucksensor 52 angeordnet, die beide mit der Mikroprozessorsteuerung 28 verbunden sind. Jede der Leitungen, nämlich Produktleitung 47, Vorspanngasleitung 56 als auch Rückgasleitung 50 sind optional über Abzweigungen 60 mit anderen Füllelementen 14 verbunden. Somit können optional durch eine Steuer- und Regeleinrichtung der dargestellten Art mehrere Füllelemente 14 bzw. die Füllköpfe 15 von mehreren Füllelementen 14 gleichzeitig angesteuert werden. Auf diese Weise können Gruppen von Füllelementen 14 einer Füllmaschine 10 mit identischen Druckparametern betrieben werden. Selbstverständlich können auch die einzelnen Füllelemente 14 mit jeweils eigenen Druckparametern separat betrieben werden.
Über die Produktpumpe 24b und das Produktregelventil 24a lässt sich der Fülldruck des Produkts gemäß in der Mikroprozessorsteuerung 28 gespeicherten Produktdaten einstellen, zu welchen Produktdaten die zugehörigen Druckparameter beim Füllen eines Produkts als auch die zugeordneten Stellwerte für die Stellglieder 22, 24a, 24b, 26, abgelegt sind. Hierdurch werden produktzufuhrseitig die Stellwerte für die Produktpumpe 24b und das Produktregelventil 24a eingestellt, vorspannseitig der Stellwert für das Vorspannventil 22 und rückgasseitig der Stellwert für das Rückgasventil 26 in der Rückgasleitung 50. Die ordnungsgemäße Einstellung der Ventile wird einerseits über den Durchflussmesser 48 produktzufuhrseitig erfasst und andererseits über die Drucksensoren 52 und 58 in der Rückgasleitung 50 bzw. in der Vorspanngasleitung 56. Auf diese Weise lassen sich für jedes Produkt die individuellen Füllparameter, nämlich der Fülldruck bzw. der Fülldruckverlauf, der Vorspanndruck und der Rückgasdruck einstellen, so dass jedes CO₂-haltige Produkt optimal unter Vermeidung eines Ausgasens in Behälter, wie zum Beispiel Flaschen, KEGs, Container oder Dosen oder dergleichen, eingefüllt werden kann. Hierbei werden Temperaturänderungen beim Abfüllen des Produkts berücksichtigt.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche beliebig variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Füllmaschine
12: Füllmaschinenkörper
14: Füllelement
15: Füllkopf für KEG
16: Behälter - KEG
18: Füllmaschinenmotor
20: Rotationsachse der Füllmaschine
22: Vorspannventil
24: Produktregelventil - Stellglied
24a: Produktregelventil - Stellglied
24b: Produktpumpe - Stellglied
26: Rückgasventil - Stellglied
28: Mikroprozessorsteuerung
30: Steuerleitung
32: Barcodeleser
34: Farbsensor
36: CO₂-Sensor
38: Stammwürzesensor
40: Temperatursensor
42: Eingabetastatur
44: Speicher der Mikroprozessorsteuerung mit produktspezifischen Füllparametern und Stellwerten für die Stellglieder
46: Display
47: Produktleitung
48: Durchflussmesser
50: Rückgasleitung
52: Rückgasdrucksensor
53: Rückgasraum
54: Vorspanngaszufuhr
56: Vorspanngasleitung
58: Vorspanndrucksensor
60: Abzweigung zur Verbindung mit anderen Füllelementen

Claims

Füllmaschine (10) mit wenigsten einem Füllelement (14) zum Druckbefüllen von CO₂-haltigen Produkten in Produktbehälter, welche Füllmaschine (10) mindestens ein Stellglied (22, 24, 26) zur Einstellung wenigstens eines Druckparameters der Füllmaschine (10) aufweist, welches Stellglied (22, 24, 26) elektrisch steuerbar ist, welche Füllmaschine (10) eine Mikroprozessorsteuerung mit einem Speicher für produktspezifische Druckparameter für das Füllelement (14) aufweist, welche Füllmaschine (10) eine mit der Mikroprozessorsteuerung (28) verbundene Eingabevorrichtung (32, 42) zur Eingabe eines Produkts und/oder eine Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) zur Erfassung wenigstens eines produktidentifizierenden Wertes aufweist, wobei das Stellglied (22, 24, 26) mit der Mikroprozessorsteuerung (28) verbunden ist, um das Stellglied (22, 24, 26) entsprechend den abgespeicherten produktspezifischen Druckparametern einzustellen.
Füllmaschine (10) nach Anspruch 1, welche Stellglieder (22, 24, 26) für die Druckparameter Vorspanndruck und/oder Fülldruck und/oder Rückgasdruck aufweist.
Füllmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2, welche mehrere Füllelemente (14) und separat steuerbare Stellglieder (22, 24, 26) für die Druckparameter der einzelnen Füllelemente (14) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) einen Drucksensor (52, 58) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) einen Farbsensor (34) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) einen Stammwürzesensor (38) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) einen Temperatursensor (40) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) einen CO₂-Sensor (36) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabevorrichtung (32, 42) ein Eingabegerät, wie z.B. einen Barcodescanner (32) oder eine Eingabetastatur (42) aufweist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroprozessorsteuerung (28) mit einem Drucksensor (52, 58) in einer Produktleitung (47) und/oder Vorspannleitung (56) und/oder Rückgasleitung (50) verbunden und konfiguriert ist, die die Stellglieder (22, 24, 26) in Abhängigkeit von der gemessenen Produkttemperatur einzustellen.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22, 24, 26) ein Stellventil (22, 24a, 26) und/oder eine Produktpumpe (24b) in einer Produktleitung (47) ist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22, 24, 26) ein Rückgasventil (26) in einer Rückgasleitung (50) des Füllelements (14) ist.
Füllmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (22, 24, 26) ein Vorspannventil (22) in einer Vorspannleitung (56) ist.
Verfahren zum Druckbefüllen von Behältern mit CO₂-haltigen Produkten mittels wenigsten einer Füllmaschine (10), die mindestens ein elektrisch steuerbares Stellglied (22, 24, 26) zur Einstellung wenigstens eines Druckparameters wenigstens eines Füllelements (14) der Füllmaschine (10) aufweist, und welche Füllmaschine (10) eine Mikroprozessorsteuerung mit einem Speicher (40) für produktspezifische Druckparameter der Füllmaschine (10) aufweist, wobei der Mikroprozessorsteuerung (28) über eine Eingabevorrichtung (32, 42) und/oder mittels einer Sensorvorrichtung (34, 36, 38, 40) Produktdaten zur Identifizierung eines abzufüllenden Produkts übermittelt werden, und die Mikroprozessorsteuerung (28) das wenigstens eine Stellglied (22, 24, 26) entsprechend den für das Produkt abgespeicherten produktspezifischen Druckparametern einstellt.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Druckparameter in Abhängigkeit von der gemessenen Produkttemperatur eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, welches durchgeführt wird auf einer Füllmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass über das Stellglied (22, 24, 26) der Vorspanndruck und/oder der Fülldruck und/oder der Rückgasdruck im Rahmen eines Füllvorgangs eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass über sie Sensorvorrichtung der CO₂-Gehalt oder CO₂-Partialdruck des Produkts erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass über die Sensorvorrichtung die Produktfarbe und/oder die Stammwürze und/oder die elektrische Leitfähigkeit des Produkts ermittelt wird.