DE102018127513B4

DE102018127513B4 - Verfahren sowie Füllsystem zum Befüllen von Behältern

Info

Publication number: DE102018127513B4
Application number: DE102018127513.7A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Jonathan Lorenz; Jochen Ohrem
Original assignee: KHS GmbH
Current assignee: KHS GmbH
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: CN112996744B; US11618662B2; EP3877317B1; US20210387840A1; WO2020094460A1; CN112996744A; DE102018127513A1; EP3877317A1

Abstract

Verfahren zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems (1), bei dem eine Schließebene (10) eines Flüssigkeitsventils (9) eines Füllelementes (1.1) um eine Höhe (H1) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeordnet liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement (1.1) des Füllsystems (1) befindliche Behälter (2) in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck (P) vorgespannt wird, wobei das zum Vorspannen verwendete Gas einem unter einem Überdruck (P) stehenden Gasraum (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (9) des Füllelementes (1.1) mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) über eine bevorzugt vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung (5) des Füllsystems (1.1) gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter (2) verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg (20) des Füllelementes (1.1) in einen Sammelkanal (40) abgeführt wird, und bei dem in dem Behälter (2) während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck (P) erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P Kessel ) des Gasraumes (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut sowie auf ein Füllsystem.
Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut sowie derartige Füllsysteme bzw. Füllmaschinen hierfür, insbesondere auch zum Druckfüllen, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Füllsystem zur Druckfüllung von Behältern wie beispielsweise Flaschen oder Dosen oder ähnlichen Behältern. Dabei ist die Mündung des Behälters zumindest während der Füllphase druckdicht mit dem Füllventil verbunden, so dass der Innenraum des Behälters einen anderen Druck aufweisen kann als den Umgebungsdruck.
Die Füllung selbst kann beispielsweise im Freistrahlverfahren, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füllstrahl oder Füllgutstrahl zuströmt, ohne dass dabei die Strömung des Füllgutes durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beeinflusst oder verändert wird, erfolgen.
Alternativ kann die Füllung auch über die Innenwandung des zu befüllenden Behälters erfolgen, wobei das dem Behälter zuströmende Füllgut unterhalb des Flüssigkeitsventils durch Ableitschirme oder Drallkörper an die Innenwandung des Behälters gelenkt wird, wodurch ein besonders schaumarmes Befüllen des Behälters erzielt wird.
In einer weiteren Variante kann die Füllung auch unterschichtend über ein langes in die Flasche hineinragendes Füllrohr erfolgen.
Die Formulierung „Druckdicht mit dem Füllventil verbunden“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann bekannten Art und Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung umgebende Dichtung angepresst liegt.
Derartige Füllsysteme, insbesondere auch solche in Form von Füllmaschinen umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei diesen bekannten Füllsystemen wird das Füllgut für die Füllelemente in einem ebenfalls am Rotor vorgesehenen und mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel bereitgestellt. Die Füllgeschwindigkeit an den einzelnen Füllelementen, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut an den Füllelementen während des Füllens dem jeweiligen Behälter zufließt, ist dabei grundsätzlich von der geodätischen Höhe zwischen dem Füllgutspiegel im Füllgutkessel und dem Niveau der Abgabeöffnung eines Flüssigkeitsventils des Füllelementes bestimmt.
Speziell bei Füllsystemen für ein Druck- oder Gegendruckfüllen von in Dichtlage an den Füllelementen angeordneten Behältern wird vielfach zur Einstellung und/oder Regelung der Füllgeschwindigkeit auch eine in einem Rückgasweg angeordnete Drossel verwendet, mit der dann die tatsächliche Füllgeschwindigkeit gegenüber derjenigen Füllgeschwindigkeit reduziert werden kann, die aufgrund der vorhandenen geodätischen Höhe maximal erzielbar ist. Auch bei diesen Füllsystemen für ein Druck- oder Gegendruckfüllen erfolgt die Zufuhr des Füllgutes an die Füllstellen aus dem mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel, in dem der Druck und insbesondere das Niveau des Füllgutspiegels in sehr engen Grenzen und mit sehr hoher Genauigkeit geregelt werden müssen, damit die gewünschte Füllgeschwindigkeit auch erreicht wird. Bereits kleinere Abweichungen der geodätischen Höhe führen zu großen unerwünschten Veränderungen der Füllgeschwindigkeit.
Dabei sind die mittels dieser Füllsysteme in Behältern als flüssiges Füllgut abgefüllten Getränke zum Großteil Mischgetränke, bei denen eine Hauptkomponente, die den volumenmäßig weitaus größeren Teil des jeweils abgefüllten Produktes ausmacht eine weitere flüssige Zusatz-Komponente z.B. in Form eines geschmacksgebenden hochkonzentrierten Aromastoffs beigemischt ist. Diese Mischung wird in der Praxis innerhalb einer Mischanlage erzeugt, die auch als „Mixer“ bezeichnet wird und der Füllmaschine bzw. dem Füllsystem im Prozessablauf vorausgeht, in der dann das aus den beiden Komponenten gemischte Produkt in die Behälter abgefüllt wird.
Beispiele für derartige Mischgetränke sind u.a. Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksgebender Zusatz, Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksbildender Zusatz und Zucker, Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksgebender Zusatz und Grundsirup usw. Auf diese Weise hergestellte Mischgetränke sind beispielsweise Fruchtsäfte oder Colagetränke, auch mit Zusatz von Kohlensäure.
Bei der Abfüllung von karbonisierten Erfrischungsgetränken (CSD) werden heute Füllmaschine und Mixer als jeweils eigenständige Prozesseinheiten eines Füllsystems über entsprechende verfahrenstechnische und elektrische Schnittstellen miteinander verbunden und signaltechnisch verknüpft.
In der Regel wird dabei das Fertiggetränk aus dem Vorratsbehälter des Mixers über eine Druckerhöhungspumpe dem teilgefüllten Füllgutbehälter des Füllsystems, der als Ringkessel- oder einem Füllgut-Zentralbehälter des Füllersystems ausgebildet ist, zugeführt. Die Gasdruckregelungen von Füllersystem und Mixer arbeiten dabei völlig unabhängig voneinander.
Gemäß dem Stand der Technik wird das flüssige Füllgut innerhalb einer Füllmaschine zunächst einem als teilgefüllten Ringkessel oder Rohrringkessel oder aber einem als ebenfalls teilgefülltem Zentralbehälter ausgebildeten Füllgutbehälter zugeführt, welcher sowohl als Zwischenspeicher, als auch als Füllgutverteiler dient. Aus diesen Zwischenspeichern wiederum wird das flüssige Füllgut den einzelnen Füllelementen zugeführt. Durch die Abgabeöffnungen der Flüssigkeitsventile wird das Füllgut dann in die zu befüllenden Behältern abgefüllt.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahrensweisen u.a., dass der Mixer bzw. Mischanlage, in welchem die das Mischgetränk bildenden Komponenten (Wasser und/oder Zucker und/oder Grundsirup und/oder Aromastoff und/oder Kohlensäure) gemischt werden eine von der Füllmaschine auch räumlich und baulich getrennte Einheit darstellt, und dass daher Verbindungsleitungen zwischen dem Mixer und der Füllmaschine notwendig sind, die einen erheblichen Kostenfaktor darstellen. Neben dieser Verrohrung stellt auch der als Zwischenspeicher ausgebildete Füllgutbehälter der Füllmaschine einen erheblichen Kostenfaktor dar.
Die DE 10 2017 104 313 A1 offenbart ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem sterilisierten Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, dass ein in Dichtlage mit einem Füllelement des Füllsystems befindlicher Behälter in einer Vorspannphase mit einem Gas auf einen Vorspanndruck vorgespannt wird, wobei das zum Vorspannen verwendete Gas einem unter einem Überdruck stehenden Gasraum eines Füllgutbehälters entnommen wird. Ferner ist vorgesehen, dass der Behälter in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil des Füllelementes mit dem Füllgut aus einem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters über eine Produktleitung des Füllsystems gefüllt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und ein Füllsystem zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und hierbei insbesondere auf einen als Zwischenspeicher ausgebildeten Füllgutbehälter der Füllmaschine mit einem Gasraum oberhalb des Füllgutspiegels verzichtet.
Dabei soll das erfindungsgemäße Verfahren ein Füllen des Behälters mit flüssigem Füllgut selbst dann ermöglichen, wenn der Füllgutspiegel eines Flüssigkeitsraumes eines Füllgutbehälters eines Mixers tiefer angeordnet ist als die Schließebene eines zugeordneten Füllventils. Eine solche Anordnung führt zu einer sogenannten negativen geodätischen Höhe.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung.
Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems bereitzustellen, bei dem eine Abgabeöffnung eines Flüssigkeitsventils eines Füllelementes um eine Höhe oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes eines Füllgutbehälters eines Mixers angeordnet liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement des Füllsystems befindliche Behälter in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem unter einem Überdruck stehenden Spanngas auf einen Vorspanndruck vorgespannt wird, wobei das Spanngas aus dem Gasraum des Füllgutbehälters des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil des Füllelementes mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung des Füllsystems gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg des Füllelementes in einen Sammelkanal abgeführt wird, und bei dem in dem Behälter während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks des Gasraumes des Füllgutbehälters des Mixers liegt.
Erfindungsgemäß kann dabei auf den Zwischenspeicher der Füllmaschine verzichtet werden und zudem die aufwändige Verrohrung entfallen. Ferner können die Mischanlage und die Füllmaschine damit als verfahrenstechnische Einheit ausgebildet sein, bei welcher die gemäß dem Stand der Technik bislang voneinander unabhängigen Einheiten nicht mehr völlig unabhängig voneinander arbeitet. Dabei können bisher doppelt vorhandene Funktionen (elektrisch u. verfahrenstechnisch) vermieden werden, was dazu führt, dass als Resultat die Herstellkosten solcher Anlagen signifikant reduziert werden können. Weiterhin reduziert sich der Platzbedarf in einer Produktionsanlage, was einen weiteren, wesentlichen Vorteil darstellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil des Spanngases zumindest zeitweise während der Vorspannphase in einen unter Atmosphärendruck stehenden Sammelkanal abgeführt wird.
Nach einer nochmals bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest während der Vorspannphase das Spanngas über seinen Strömungsweg derart gesteuert- und/oder geregelt in den unter Atmosphärendruck stehenden Sammelkanal abgeführt wird, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz zwischen dem Überdruck des Gasraumes des Mixers und dem Vorspanndruck in dem Behälter erzeugt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Vorspanndruck in dem Behälter zumindest während der Vorspannphase mittels eines zweiten Regelkreises derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass gilt $\begin{array}{l} \begin{matrix} P_{Spann} = P_{Kessel} - P_{Delta H1} - P_{F ü l l g e s c h w i n d i g k e i t} - P_{Strömungsverluste durch F ü l l g e s c h w i n d i g -} \end{matrix} \\ _{k e i t} \end{array}$
wobei P_Spann der Vorspanndruck im Behälter, P_Kessel der Druck des Gases im Gasraum des Füllgutbehälters des Mixers, P_{Delta H1} der erforderliche Unterdruck zur Überwindung der Höhe H1, P_{Füllgeschwindigkeit} der erforderliche Unterdruck, um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen, und P_{Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit} der erforderliche Unterdruck, um die durch die Strömung des Füllgutes auftretenden Druckverluste auszugleichen, sind.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strömungsweg in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal abgeführt und der Fülldruck durch die auch während der Füllphase erzeugte Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Vorspanndruck mittels des zweiten Regelkreises geregelt und/oder gesteuert wird.
Dabei wird mittels Regelkreisen während der Füllphase in dem jeweiligen Behälter eine Druckdifferenz erzeugt, die ausreicht, um eine Einströmung des Füllgutes in das Behältnis zu ermöglichen. Die durch die Druckdifferenz bestimmte Füllgeschwindigkeit kann dabei beispielsweise durch zwei Verfahrensvarianten eingestellt und/oder (ein)geregelt werden.
Gemäß einer ersten Variante wird nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils die Gasverbindung in den Spanngaskanal geschlossen. Unmittelbar danach wir eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal geöffnet. Über die Größe der Drosselöffnung kann dabei die abfließende Gasmenge und damit die Füllgeschwindigkeit bestimmt, bzw. eingestellt werden. Bei zwei erforderlichen Füllgeschwindigkeiten benötigt man entsprechend auch zwei Steuerventile mit unterschiedlichen Drosselgrößen. In einer weiteren Variante kann das Gasventil SV2 auch als Regelventil ausgebildet werden. Dabei wird die Füllgeschwindigkeit entsprechend einem für Getränk und Behältnis vorgegebenen Profil geregelt. Dabei kann auch die Entlastung nach Ende der Füllphase über den selben gedrosselten Gasweg erfolgen, wie dem während der Füllphase.
Die weitere beispielhafte Variante sieht die Installation eines Regelventils in die Leitung vom Produktverteilerkanal über den Durchflussmesser zum Füllventil vor. Das Regelventil bildet dabei zusammen mit dem Durchflussmesser einen weiteren, dritten Regelkreis zur Regelung der Füllgeschwindigkeit des jeweiligen Füllelementes aus. Nach dem Vorspannen herrscht in dem jeweiligen Behälter eine Druckdifferenz, die ausreicht, um eine Strömung in Richtung des jeweiligen Behälters sicherzustellen.
Die eigentliche Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere Füllgeschwindigkeit, wird dabei nach Öffnung des Flüssigkeitsventils von dem dritten Regelkreis insbesondere über dessen Regelventil und/oder Durchflussmesser gebildet. Diese letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass das Rückgas wieder in den Spanngaskanal zurückfließen kann und damit für eine Wiederverwendung bei der nächsten Füllung zur Verfügung steht.
Mehr im Detail kann also gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises derart geregelt wird, dass nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils die Gasverbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal mittels des ersten Steuerventils geschlossen und unmittelbar danach eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal mittels des zweiten Steuerventils geöffnet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels eines dritten Regelkreises geregelt wird, der ein Regelventil, den Durchflussmesser sowie eine dritte Regel- und Steuereinrichtung aufweist. Hierbei kann der dritte Regelkreis die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase nach Öffnung des Flüssigkeitsventils über das Regelventil und/oder den Durchflussmesser regeln und/oder steuern.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Vorspanndruck in dem Behälter während der Vorspannphase und der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises gesteuert und/oder geregelt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal ein stetiger Gasstrom aus dem Gasraum des Füllgutbehälters in Richtung des mit flüssigem Füllgut abzufüllenden Behälters erzeugt wird und damit der Vorspanndruck in dem Behälter auch während der Füllphase auf ein Druckniveau unterhalb des Überdrucks des Gasraums des Füllgutbehälters des Mixers geregelt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass mittels des zweiten Regelkreises der Fülldruck, unter dem die Behälter während der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der, während der Vorspannphase erzeugten Druckdifferenz auf dem Vorspanndruck nachgeführt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Gasraum des Mixers mittels eines, als Druckregelkreis ausgebildeten, ersten Regelkreises druckgesteuert mit einem unter dem Überdruck stehenden Spanngas beaufschlagt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Gasraum des Mixers auf einen Überdruck geregelt wird, der höher ist, als der CO2-Sättigungsdruck des in dem Flüssigkeitsraum befindlichen flüssigen Füllgutes.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das flüssige Füllgut dem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters derart niveaugeregelt zugeführt wird, dass die Höhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum konstant oder näherungsweise konstant gehalten wird.
Der Ausdruck „im Wesentlichen“ bzw. „etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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 Merkmale 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.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, so dass ein Block- oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparates) wie z. B. einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllsystems zum Füllen von Behältern mit flüssigem Füllgut,
2 als vergrößerter Ausschnitt das in der Funktionsdarstellung der 1 dargestellte Füllelement.
3 eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften weiteren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllsystems zum Füllen von Behältern mit flüssigem Füllgut,

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Auch ist die Erfindung in den Figuren nur als schematische Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise dargestellt. Insbesondere dienen die Darstellungen in den Figuren nur der Erläuterung des grundlegenden Prinzips der Erfindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet, alle Bestandteile der Vorrichtung zu zeigen.
Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem umfasst u.a. eine Füllmaschine umlaufender Bauart zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2 oder dergleichen Behälter sowie zumindest einen Füllgutbehälter 50 eines ansonsten nicht nähergehend dargestellten Mixers. Das Füllsystem 1 kann insbesondere zur Freistahlfüllung und/oder Füllung über die Behälterwandung und/oder für die Langrohrfüllung ausgebildet sein. Vorzugsweise dient das Füllsystem 1 zum Druckfüllen von Behältern 2, die sich hierfür zumindest während der eigentlichen Füllphase in Dichtlage an einem Füllelement 1.1 angeordnet befinden.
Das Füllsystem 1 umfasst hierfür u. a. Füllelemente 1.1, von denen in der 1 nur exemplarisch ein Füllelement 1.1 gezeigt ist und die in gleichmäßigen Winkelabständen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 4 der Füllmaschine vorgesehen sind. An dem nur teilweise dargestellten Rotor 4 befindet sich eine für sämtliche Füllelemente 1.1 gemeinsame und vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung 5, die beispielsweise als Ringleitung ausgebildet ist, und während des Füllbetriebes vollständig mit dem flüssigen Füllgut gefüllt ist, also insbesondere kein Gaspolster oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels aufweist. Neben der Produktleitung 5 befinden sich an dem Rotor 4 auch für sämtliche Füllelemente 1.1 der Füllmaschine gemeinsame Kanäle 30 und 40, welche bevorzugt als Ringkanäle ausgebildet.
Die Ringkanäle 30 und 40 können je nach Füllverfahren unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann der Ringkanal 30 zur Führung des Inertgases unter Überdruck, insbesondere als Spanngaskanal, verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Ringkanal 40 als Rückgas- oder Entlastungskanal zum Entlasten der Behälter 2 gegen den Atmosphärendruck ausgebildet sein, und somit Atmosphärendruck aufweisen.
In einem Gehäuse 6 des Füllelementes 1.1 ist u. a. ein Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet, der über eine Leitung 8 mit der vollständig mit flüssigem Füllgut befüllten Produktleitung 5 in Verbindung steht. Der Leitung 8 kann dabei ein Durchflussmesser 8.1 zugeordnet sein, mittels dem der über die Leitung 8 dem Flüssigkeitskanal 7 zugeführte Volumenstrom an flüssigen Füllgut, also die Füllgutmenge pro Zeiteinheit, erfassbar ist. Vorteilhaft ist der Durchflussmesser 8.1 als magnetisch- induktiver Durchflussmesser, kurz MID, ausgebildet.
Ferner ist im Flüssigkeitskanal 7 ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes an den Behälter 2.
An der Unterseite des Füllelementes 1.1 befindet sich eine, die vertikale Füllelementachse vorzugsweise konzentrisch umschließende Abgabeöffnung.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Abgabeöffnung eine Dichtung 12 vorgesehen, die die Abgabeöffnung ringförmig umschließt und gegen die der jeweilige Behälter 2 während des Füllens, insbesondere auch während des Druckfüllens mit seiner Behältermündung 2.1 angepresst ist, d. h. in Dichtlage anliegt.
Ebenfalls ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Neckringhalter 11 vorgesehen.
Das Flüssigkeitsventil 9 besteht im Wesentlichen aus einem im Flüssigkeitskanal 7 angeordneten Ventilkörper 9.1, der mit einem an der Innenfläche des Flüssigkeitskanals 7 ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Ventilkörper 9.1 und Ventilsitz bilden die Schließebene des Füllelements 1.1.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ventilkörper 9.1 an einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten und beidendig offenen Ventil- oder Gasrohr 13 vorgesehen oder ausgebildet, welches zugleich als Ventilstößel zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 9 dient und hierfür mit einer Betätigungseinrichtung 14 zusammenwirkt, mit der das Gasrohr 13 und damit der Ventilkörper 9.1 zu Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 um einen vorgegebenen Hub axial in der Füllelementachse FA bewegbar sind.
Mit dem unteren, offenen Ende steht das Gasrohr 13 durch die Abgabeöffnung hindurch über die Unterseite des Gehäuses 6 vor und reicht somit während des Füllens mit diesem Ende in den Innenraum des Behälters 2 hinein. Mit seinem oberen, ebenfalls offenen Ende reicht das Gasrohr 13 in einen geschlossenen Gasraum 15 hinein.
Ferner ist in dem Füllelement 1.1 ein Strömungsweg 20 ausgebildet, der über den Gasraum 15 und über das Gasrohr 13 mit den Behälterinnenraum verbunden ist. Durch den Strömungsweg 20 ist der Behälterinnenraum über ein erstes und/oder ein zweites regelbares Steuerventil SV1, SV2 mit dem Ringkanal 30 und/oder dem Ringkanal 40 fluidisch verbindbar. Sämtliche „Steuerventile“ dieser Erfindung sind dabei als „Auf“ und „Zu“- Ventile ausgebildet, also als Steuerventile mit zwei möglichen stationär zulässigen Betriebszuständen, nämlich einem Betriebszustand „Offen“ und einem Betriebszustand „Geschlossen“. Das Steuerventil SV 2 kann auch als Regelventil ausgebildet sein.
Der Strömungsweg 20 ist dabei für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium ausgebildet.
Der Strömungsweg 20 steht während der Vorspannphase und/oder der Füllphase mit dem Innenraum des zu befüllenden Behälters 2 in Verbindung.
Vorzugsweise ist der Behälter 2 während der Vorspannphase über den Strömungsweg 20 mit einem Inertgas beaufschlagbar, wodurch der Behälter 2 über den Strömungsweg 20 mit einem Inertgas unter einem definierbaren Vorspanndruck P spann vorgespannt wird.
Weiterhin kann über den Strömungsweg 20 auch während der Füllphase aus dem Behälter 2 verdrängtes Rückgas abgeführt werden. Mehr im Detail ist der Strömungsweg 20 zum Vorspannen während der Vorspannphase des Behälters 2 durch Aktivierung des ersten Steuerventils SV1 mit dem als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 30 fluidisch verbindbar. Zudem ist der Strömungsweg 20 durch Aktivierung des zweiten Steuerventils SV2 (auch) während der Füllphase mit dem, als Rückgas- oder Entlastungskanal ausgebildeten und unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 fluidisch verbindbar. Der Strömungsweg 20 kann dabei als Gasweg und/oder als Gaskanalsystem ausgebildet sein.
Dabei sind der Ringkanal 30, der Ringkanal 40, als auch die Produktleitung 8 durch eine Drehverbindung 17 zwischen dem Rotor 4 und einem Maschinegestell geführt, wobei der Ringkanal 40 im Bereich der Drehverbindung 17 bevorzugt in die Atmosphäre mündet, während der Produktkanal 8 sowie der Ringkanal 30 jeweils über eine Verbindungsleitung 8.2 und 30.1 mit dem Füllgutbehälter 50 eines ansonsten nicht nähergehend dargestellten Mixers, oder auch Mischanlage genannt, verbunden sind.
In der Verbindungsleitung 30.1 können ein regelbares erstes Steuerventil 30.2 und regelbares zweites Steuerventil 30.3 zur Steuerung der Durchflussmenge an Spanngas pro Zeiteinheit, also des Volumenstroms an Gas, vorgesehen sein. Mehr im Detail ist das erste Steuerventil 30.2 fluidisch dicht zwischen dem Gasraum 50.1 und dem Ringkanal 30 in der Verbindungsleitung 30.1 vorgesehen, während das zweite Steuerventil 30.3 als Abzweigung in der Verbindungsleitung 30.1 angeordnet ist, wobei die Abzweigung in die atmosphärische Umgebung, also gegen Atmosphärendruck, mündet. Dabei kann es sich bei dem Mixer bzw. der Mischanlage insbesondere um eine Vorrichtung zum Herstellen von Mischprodukten handeln, und dabei vorzugsweise auch zum Herstellen von karbonisierten bzw. kohlesäurehaltige Mischprodukte, wie diese dem Fachmann beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Hierfür kann in dem Mixer die flüssige Grund- oder Basiskomponente, die z. B. von Getränkewasser gebildet ist, zunächst entgast und dann mit wenigstens einer vorzugsweise geschmacksbildenden Zusatzkomponente (z. B. Sirup) auf die erforderliche Endkonzentration ausgemischt werden. Handelt es sich bei dem Mischgetränk um ein kohlensäurehaltiges Getränk, so erfolgen auch eine Karbonisierung und eine Pufferung des Mischgetränks mit CO2-Gas bis zum Abfüllen in Behälter oder Flaschen. Die Aufbereitung derartiger Mischprodukte erfolgt in aus mehreren Komponenten bestehenden Mischanlagen, die vielfach als Mixer bezeichnet wird.
Das mit der Mischanlage herstellbare karbonisierte Mischprodukt oder Mischgetränk kann dann in der nachstehend noch näher beschriebenen Art und Weise mit dem wenigstens einen Füllelement 1.1 des Füllsystems in Behälter 2 abgefüllt werden. Derartige Mischanlagen weisen in der Regel zur Pufferung zwischen Mischanlage und Füller einen Pufferspeicher oder -tank auf, der ein relativ großes Volumen, beispielsweise ein Volumen bis 1000 Liter aufweisen kann. Insbesondere haltet es sich bei dem Füllgutbehälter 50 des Mixers um einen derartigen Pufferspeicher einer Mischanlage. Das in dem Füllgutbehälter 50 aufgenommene Mischprodukt wird in dem Füllgutbehälter 50 mit einem C02-Gaspolster überlagert, dessen Druck höher ist als der CO2-Sättigungsdruck im Mischprodukt.
In anderen Worten ist also in dem Füllgutbehälter 50 somit ein oberer, mit CO2-Gas beaufschlagter Gasraum 50.1 und ein unterer, mit dem fertig ausgemischten flüssigen Füllgut befüllter Flüssigkeitsraum 50.2 ausgebildet.
Vorzugsweise dient das Füllsystem 1 zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter bzw. Flaschen 2, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement 1.1 des Füllsystems 1 befindliche Behälter 2 in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck P_Spann vorgespannt wird, wobei das für das Vorspannen verwendete Gas dem unter dem Überdruck P_Kessel stehenden Gasraum 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers entnommen wird.
Das Füllsystem 1 weist dabei einen dem Füllgutbehälter 50 zugeordneten ersten Regelkreis RK1 auf, der einen Drucksensor 52 zur Erfassung des Drucks im Gasraum 50.1, ein regelbares Steuerventil 53 sowie eine erste Regel- und Steuereinrichtung 54, umfasst. Der Regelkreis RK1 dient dazu, dass über eine Zuleitung 55 in den Gasraum 50.1 zuführbare Gas, vorzugsweise CO2-Gas, auf einen Überdruck P_Kessel zu regeln. Dabei ist der Überdruck P_Kessel höher als der CO2-Sättigungsdruck des in dem Flüssigkeitsraum 50.2 befindlichen Mischprodukts.
Der Gasraum 50.1 ist also mittels des ersten als Druckregelkreis ausgebildeten Regelkreises RK1 druckgesteuert mit einem unter Überdruck stehenden Gas beaufschlagbar. Das über die Zuleitung 55 dem Gasraum 50.1 zugeführte Gas kann dabei aus einer Gasquelle, beispielsweise einer separaten Gasquelle, zugeführt werden.
Das flüssige Füllgut, also das Mischprodukt, wird dem Füllgutbehälter 50, insbesondere dem Flüssigkeitsraum 50.2 des Füllgutbehälters 50, über eine nicht nähergehend dargestellte Versorgungsleitung derart gesteuert und/oder geregelt, insbesondere niveaugeregelt, zugeführt, so dass die Höhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum 50.2 konstant oder näherungsweise konstant gehalten wird.
Dabei ist die Schließebene des Flüssigkeitsventils 9 des Füllelementes 1.1 um eine Höhe (H1) oberhalb des Füllgutspiegels des Flüssigkeitsraumes 50.2 des Füllgutbehälters 50 des Mixers angeordnet. In anderen Worten ist also bei dem Füllsystem 1 eine negative geodätische Höhe (H1) ausgebildet, indem die Schließebene des Flüssigkeitsventils 9 oberhalb des Füllgutspiegels des Flüssigkeitsraums 50.2 liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der in Dichtlage mit dem Füllelement 1.1 des Füllsystems 1 befindliche Behälter 2 in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Spanngas auf einen Vorspanndruck P_Spann vorgespannt, wobei das für das Vorspannen verwendete Gas dem, unter dem Überdruck P_Kessel stehenden Gasraum 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers entnommen wird.
Ferner wird der Behälter 2 in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil 9 des Füllelementes 1.1 mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum 50.2 des Füllgutbehälters 50 des Mixers über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung 8 des Füllsystems 1 gefüllt. Zumindest während der Füllphase wird das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter 2 verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg 20 des Füllelementes 1.1 in einen als Rückgaskanal dienenden Ringkanal 40 abgeführt.
Dabei wird in dem Behälter 2 während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck P_Spann erzeugt, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks P_Kessel des Gasraumes 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers liegt.
Hierzu weist das Füllsystem 1 einen zweiten Regelkreis RK2 zur Steuerung- und/oder Regelung des zumindest während der Vorspannphase in dem Behälter 2 ausgebildeten Vorspanndruckes P_Spann auf. Der zweite Regelkreis RK2 kann als Druckregelkreis ausgebildet sein und hierfür beispielsweise eine erste Sensoreinrichtung 56.1 und/oder eine zweite Sensoreinrichtung 56.2 zur Erfassung eines Fülldrucks, das erste Steuerventil 30.2, und/oder das zweite Steuerventil 30.3 sowie eine in der Verbindungsleitung 30.1 zwischen dem zweiten Steuerventil 30.3 und dem Ringkanal 30 vorgesehene dritte Sensoreinrichtung 56.3 zur Erfassung des Spanngasdrucks sowie eine zweite Regel- und Steuereinrichtung 57 aufweisen.
Vorzugsweise ist der zweite Regelkreis RK2 dabei dazu ausgebildet, in dem Behälter 2 während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase einen Vorspanndruck P_Spann zu erzeugen, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks P_Kessel des Gasraumes 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers liegt.
Dies kann erfolgen, indem das Vorspanngas während der Vorspannphase zumindest zeitweise und/oder teilweise in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 abgeführt wird. Weiterhin kann dies erfolgen, indem das aus dem Gasraum 50.1 dem Behälter 2 zugeführte Spanngas während der gesamten Zeitdauer der Vorspannphase in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 entlassen wird.
Insbesondere wird hierfür das Spanngas bzw. Vorspanngas über den Strömungsweg 20 in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 derart gesteuert- und/oder geregelt abgeführt, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P_Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P_Spann im Behälter 2 zumindest während der Vorspannphase erzeugt wird, wobei die Druckdifferenz DF mittels des zweiten Regelkreises RK2 geregelt und/oder gesteuert wird. Dabei kann eine Soll-Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P_Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P_Spann im Behälter 2 eine Regelgröße des zweiten Regelkreises RK2 ausbilden.
Dabei kann die Regelung des Vorspanndrucks P spann unter Einbindung der ersten, zwischen dem Durchflussmesser 8.1 und dem Füllelement 1.1 angeordneten Sensoreinrichtung 56.1 und/oder der zweiten, innerhalb des Füllelementes 1.1 angeordneten Sensoreinrichtung 56.2 mittels des zweiten Regelkreises RK2 erfolgen, wobei die erste und/oder zweite Sensoreinrichtung 56.1, 56.2 die für eine Regelung erforderlichen Ist-Werte erfassen.
Insbesondere kann mittels des zweiten Regelkreises RK2 der Vorspanndruck P_Spann zumindest während der Vorspannphase derart geregelt werden, dass gilt, $P_{Spann} = P_{Kessel} - P_{Delta H1} - P_{F ü l l g e s c h w i n d i g k e i t} - P_{Strömungsverluste durch F ü l l g e s c h w i n d i g k e i t}$
P_Kessel entspricht dabei dem Druck, insbesondere dem Überdruck des Gases im Gasraum 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers.
P_{Delta H1} entspricht dabei dem erforderlichen Unterdruck zur Überwindung der Höhe H1.
P_{Füllgeschwindigkeit} entspricht dabei dem - rein rechnerisch - erforderliche Unterdruck, um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen.
P_{Strömungsverluste} durch Füllgeschwindigkeit entspricht dabei dem erforderlichen Unterdruck, um die durch die Strömung des Füllgutes auftretenden Druckverluste auszugleichen. Dabei ist Wesentlich, dass die jeweilige Abfüllleistung die Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes und somit auch die Strömungsverluste bedingt, so dass sich die Strömungsverluste permanent ändern.
Der zweite Regelkreis RK2 weist dabei ein schnelles dynamisches Führungsverhalten auf, d. h. nach Vorgabe einer Führungsgröße bzw. Führungsgrößenänderung (Sollwertänderung) wird ein schnelles dynamisches Verhalten erwünscht, mit dem die Regelgröße sich dem Sollwert der Führungsgröße annähert.
Ein typisches Zeitintervall für eine dynamische Anpassung der Führungsgröße des zweiten Regelkreises RK2 liegt dabei im Bereich zwischen 10 ms und 500 ms, besondere bevorzugt im Bereich zwischen 20 ms und 200ms.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die über das erste und/oder zweite Steuerventil SV1, SV2 abfließende Gasmenge vorrangig einer Füllgeschwindigkeit von 50-400 ml/s entspricht.
Der zweite Regelkreis RK2 kann weiterhin zur Regelung des Drucks des Füllgutes, auch Fülldruckregelung benannt, während der Füllphase ausgebildet sein. Hierbei werden die mit flüssigem Füllgut zu befüllenden Behälter 2 in einer Vorspannphase mit einem aus dem Gasraum 50.1 des Füllgutbehälter 50 des Mixers entnommenen Gas vorgespannt. Wird nun ein bereits vorgespannter Behälter 2 in der zeitlich nachgelagerten Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt, so wird das in dem Behälter 2 befindliche Vorspanngas durch das in den Behälter 2 einströmende Füllgut verdrängt und als so genanntes Rückgas aus dem Behälter 2 über den als Rückgasweg ausgebildeten Strömungsweg 20 des Füllelementes 1.1 in den als Rückgaskanal ausgebildeten Ringkanal 40 vorzugsweise während der gesamten Zeitdauer der Füllphase abgeführt.
Insbesondere wird dabei das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strömungsweg 20 in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 abgeführt und der Fülldruck durch die auch während er Füllphase erzeugte Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P_Kessel und dem Vorspanndruck P spann mittels des zweiten Regelkreises RK2 geregelt und/oder gesteuert.
Hierbei kann die Reglung der Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P_Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P spann im Behälter 2 während der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises RK2 erfolgen und dabei auf eine Füllgeschwindigkeit zwischen 300- 1000 mm WS (0,03 - 0,1 bar) erzeugt werden. Die Druckdifferenz DF wird mittels des zweiten Regelkreises RK2 sowohl während der Vorspannphase als auch der zeitlich nachfolgenden Füllphase näherungsweise konstant ausgeregelt.
Wie bereits erläutert wird insbesondere mittels des zweiten Regelkreises RK2 auch während der Füllphase in dem jeweiligen Behälter 2 eine Druckdifferenz DF erzeugt, die ausreicht, um eine Einströmung des Füllgutes in das entsprechende Behältnis 2 zu ermöglichen. Durch diese einstellbare Druckdifferenz DF wird die Füllgeschwindigkeit bestimmt, mit dem das jeweilige Behältnis 2 während der eigentlichen Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt wird. Die maximal mögliche Füllgeschwindigkeit während der Füllphase kann dabei beispielsweise mittels des zweiten Regelkreises RK2 eingestellt und/oder (ein)geregelt werden.
Demgemäß wird hierfür nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 9 die Gasverbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 30 mittels des ersten Steuerventils SV1 geschlossen. Unmittelbar danach wir eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal 40 mittels des zweiten Steuerventils SV2 geöffnet. Über die Größe der Drosselöffnung insbesondere des zweiten Steuerventils SV2 kann dabei die abfließende Gasmenge und damit die Füllgeschwindigkeit unter Einbindung des zweiten Regelkreises RK2 bestimmt, bzw. eingestellt werden. Bei zwei erforderlichen Füllgeschwindigkeiten benötigt man entsprechend auch zwei Steuerventile mit unterschiedlichen Drosselgrößen. Dabei kann auch die Entlastung nach Ende der Füllphase über den selben gedrosselten Gasweg erfolgen, wie dem während der Füllphase.
Alternativ oder zusätzlich kann die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase auch mittels eines dritten Regelkreises RK3 eingestellt und/oder (ein)geregelt werden, der in der 3 schematisch andeutet ist. Der dritten Regelkreis RK3 kann dabei ein Regelventil 41, den Durchflussmesser 8.1 sowie eine dritte Regel- und Steuereinrichtung 42 aufweisen. Das als stufenlos einstellbares Regelventil 41 ist mittels des dritten Regelkreises RK3 zwischen den Betriebsstellungen „Offen“ und/oder „Geschlossen“ (d.h. Offenstellung und/oder Geschlossenstellung) in jeder beliebigen Zwischenstellung als zulässige Betriebsstellung ansteuerbar und damit einstellbar und zwar vorzugsweise stufenlos. Diese beliebigen Zwischenstellungen können auch als zulässige stationäre Betriebsstellungen angesteuert werden.
Mehr im Detail ist in dieser Ausführungsvariante der 3 das Regelventil 41 in der Leitung 8 vom Produktverteilerkanal 5 zu dem Durchflussmesser 8.1 installiert und zwar zwischen Produktverteilkanal 5 und Durchflussmesser 8.1. Das Regelventil 41 bildet also zusammen mit dem Durchflussmesser 8.1 den dritten Regelkreis RK3 zur Regelung und/oder Steuerung der Füllgeschwindigkeit während der Füllphase des jeweiligen Füllelementes 1.1 aus. Nach dem Vorspannen herrscht in dem jeweiligen Behälter 2 die Druckdifferenz DZ, die ausreicht, um eine Strömung in Richtung des jeweiligen Behälters 2 sicherzustellen. Die eigentliche Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere Füllgeschwindigkeit, wird dabei nach Öffnung des Flüssigkeitsventils 9 von dem dritten Regelkreis RK3 insbesondere über dessen Regelventil 41 und/oder Durchflussmesser 8.1 geregelt und/oder gesteuert. Diese letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass das Rückgas wieder in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 40 zurückfließen kann und damit für eine Wiederverwendung bei der nächsten Füllung zur Verfügung steht.
Weiterhin ist der zweite Regelkreis RK2 dazu ausgebildet, während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 einen stetigen Gasstrom aus dem Gasraum 50.1 des Füllgutbehälters 50 in Richtung des mit flüssigem Füllgut abzufüllenden Behälters 50 zu erzeugen, damit der Vorspanndruck P_Spann in dem Behälter 2 auch während der Füllphase auf einen Wert unterhalb des Überdrucks P_Kessel des Gasraums 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers eingeregelt werden kann.
Auch kann mittels des zweiten Regelkreises RK2 der Fülldruck, unter welchem die Behälter 2 während der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der während der Vorspannphase erzeugten Druckdifferenz DF auf dem Vorspanndruck P_Spann nachgeführt werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Produktleitung 5 nicht vollständig, sondern lediglich fast vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllt ist, wobei der nicht mit dem flüssigen Füllgut befüllte Raum mit einem Gas befüllt ist.
Dabei ist allerdings zu beachten, dass das Gas sein Volumen bei Druckschwankungen stark ändert, was sich negativ auf den Füllprozess auswirken kann.
Wesentlich ist dabei, dass das Gasvolumen so gering ist, dass die Auswirkungen der Volumenänderung des Gases auf den Füllprozess so gering sind, dass das Ergebnis des Füllprozesses, beispielsweise die Füllhöhengenauigkeit, nicht in unzulässiger Weise beeinflusst oder verschlechtert wird. Um dieses zu gewährleisten, muss das Gasvolumen in der Produktleitung 5 wesentlich kleiner sein, als das Gesamtvolumen der Produktleitung 5.
Die Patentansprüche werden zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Bezugszeichenliste

1: Füllsystem
1.1: Füllelement
2: Behälter
2.1: Behältermündung
4: Rotor
5: Produktleitung
6: Gehäuse
7: Flüssigkeitskanal
8: Leitung
8.1: Durchflussmesser
8.2: Verbindungsleitung
9: Flüssigkeitsventil
9.1: Ventilkörper
10: Schließebene
11: Neckringhalter
12: Dichtung
13: Gasrohr
15: Gasraum
17: Drehverbindung
20: Strömungsweg
30: Ringkanal
30.1: Verbindungsleitung
30.2: erstes Steuerventil
30.3: zweites Steuerventil
40: Sammelkanal / Ringkanal
50: Füllgutbehälter
50.1: Gasraum
50.2: Flüssigkeitsraum
52: Drucksensor
53: Steuerventil
54: erste Regel- und Steuereinrichtung
55: Zuleitung
56.1: erste Sensoreinrichtung
56.2: zweite Sensoreinrichtung
56.3: dritte Sensoreinrichtung
57: zweite Regel- und Steuereinrichtung
FA: Füllelementachse
SV1: Steuerventil
SV2: Steuerventil
P_Spann: Vorspanndruck
P_Kessel: Überdruck Gasraum Kessel
RK1: erster Regelkreis
RK2: zweiter Regelkreis
H1: Höhe
DF: Druckdifferenz

Claims

Verfahren zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems (1), bei dem eine Schließebene (10) eines Flüssigkeitsventils (9) eines Füllelementes (1.1) um eine Höhe (H1) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeordnet liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement (1.1) des Füllsystems (1) befindliche Behälter (2) in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck (P_Spann) vorgespannt wird, wobei das zum Vorspannen verwendete Gas einem unter einem Überdruck (P_Kessel) stehenden Gasraum (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (9) des Füllelementes (1.1) mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) über eine bevorzugt vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung (5) des Füllsystems (1.1) gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter (2) verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg (20) des Füllelementes (1.1) in einen Sammelkanal (40) abgeführt wird, und bei dem in dem Behälter (2) während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck (P_Spann) erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P Kessel ) des Gasraumes (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spanngas zumindest zeitweise während der Vorspannphase in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) abgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Vorspannphase das Spanngas über den Strömungsweg (20) derart gesteuert und/oder geregelt in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) abgeführt wird, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz (DF) zwischen dem Überdruck (P Kessel ) des Gasraumes (50.1) und dem Vorspanndruck (P_Spann ) in dem Behälter (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspanndruck (P_Spann) in dem Behälter (2) zumindest während der Vorspannphase mittels eines zweiten Regelkreises (RK2) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass gilt $\begin{array}{l} \begin{matrix} P_{Spann} = P_{Kessel} - P_{Delta H1} - P_{F ü l l g e s c h w i n d i g k e i t} - P_{Strömungsverluste durch F ü l l g e s c h w i n d i g -} \end{matrix} \\ _{k e i t} \end{array}$
wobei P_Spann der Vorspanndruck im Behälter (2), P_Kessel der Druck des Gases im Gasraum (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers, P_{Delta H1} der erforderliche Unterdruck zur Überwindung der Höhe (H1), P_{Füllgeschwindigkeit} der erforderliche Unterdruck, um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen, und P_{Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit} der erforderliche Unterdruck, um die durch die Strömung des Füllgutes auftretenden Druckverluste auszugleichen, sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strömungsweg (20) in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) abgeführt und der Fülldruck durch die auch während der Füllphase erzeugte Druckdifferenz (DF) zwischen dem Überdruck (P_Kessel) und dem Vorspanndruck (P_Spann) mittels des zweiten Regelkreises (RK2) geregelt und/oder gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspanndruck (P_Spann) in dem Behälter (2) während der Vorspannphase und der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises (RK2) gemäß Anspruch 4 gesteuert und/oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) ein stetiger Gasstrom aus dem Gasraum (50.1) des Füllgutbehälters (50) in Richtung des mit flüssigem Füllgut abzufüllenden Behälters (50) erzeugt wird und damit der Vorspanndruck (P_Spann) in dem Behälter (2) auch während der Füllphase auf ein Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P_Kessel) des Gasraums (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises (RK2) derart geregelt wird, dass nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils (9) die Gasverbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal (30) mittels des ersten Steuerventils (SV1) geschlossen und unmittelbar danach eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal (40) mittels des zweiten Steuerventils (SV2) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels eines dritten Regelkreises (RK3) geregelt wird, der ein Regelventil (41), den Durchflussmesser (8.1) sowie eine dritte Regel- und Steuereinrichtung (42) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Regelkreis (RK3) die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase nach Öffnung des Flüssigkeitsventils (9) über das Regelventil (41) und/oder den Durchflussmesser (8.1) regelt und/oder steuert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des zweiten Regelkreises (RK2) der Fülldruck, mit dem die Behälter (2) während der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der während der Vorspannphase erzeugten Druckdifferenz (DF) auf dem Vorspanndruck (P_Spann) nachgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (50.1) mittels eines als Druckregelkreis ausgebildeten ersten Regelkreises (RK1) druckgesteuert mit einem unter dem Überdruck (P_Kessel) stehenden Spanngas beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasraum (50.1) auf einen Überdruck (P_Kessel) geregelt wird, der höher ausgebildet ist, als der CO2-Sättigungsdruck des in dem Flüssigkeitsraum (50.2) befindlichen flüssigen Füllgutes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Füllgut dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) derart niveaugeregelt zugeführt wird, dass die Höhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum (50.2) konstant oder näherungsweise konstant gehalten wird.
Füllsystem (1) zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, bei dem die Schließebene (10) eines Flüssigkeitsventils (9) eines Füllelementes (1.1) um eine Höhe (H1) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeordnet ist, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement (1.1) des Füllsystems (1) befindliche Behälter (2) in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck (P_Spann) vorspannbar ist, wobei das zum Vorspannen verwendete Gas einem unter einem Überdruck (P_Kessel ) stehenden Gasraum (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers entnom- men wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffnetem Flüssigkeitsventil (9) des Füllelementes (1.1) mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung (5) des Füllsystems (1.1) füllbar ist, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter (2) verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg (20) des Füllelementes (1.1) in einen Ringkanal (40) abführbar ist, und bei dem in dem Behälter (2) während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck (P_Spann) erzeugbar ist, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P_Kessel) des Gasraumes (50.1) des Füllgutbehälters (50) des Mixers liegt.