DE102019128324A1 - Device and method for filling a container with a filling product - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) und Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Lebensmittel, wobei die Vorrichtung (10) aufweist: einen Produktpfad (1, 2, 7) zum Transportieren und Einleiten des Füllprodukts in den Behälter; eine Viskositätsermittlungseinrichtung (8) zur Ermittlung einer Viskosität des Füllprodukts im Produktpfad (1, 2, 7); eine Fülldruckeinstelleinrichtung (1a, 9) zum Einstellen eines Abfülldrucks, unter dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird; und eine Steuereinrichtung (6), die mit der Viskositätsermittlungseinrichtung (8) und der Fülldruckeinstelleinrichtung (1a, 9) kommunikativ gekoppelt und eingerichtet ist, um aus der durch die Viskositätsermittlungseinrichtung (8) ermittelten Viskosität des Füllprodukts unter Anwendung einer Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung, die eine funktionale Beziehung zwischen der Viskosität und dem Abfülldruck ist, einen Soll-Abfülldruck zu bestimmen und die Fülldruckeinstelleinrichtung (1a, 9) zur Angleichung des Abfülldrucks an den Soll-Abfülldruck zu steuern.Device (10) and method for filling a container with a filling product, preferably a foodstuff, the device (10) comprising: a product path (1, 2, 7) for transporting and introducing the filling product into the container; a viscosity determination device (8) for determining a viscosity of the filling product in the product path (1, 2, 7); a filling pressure setting device (1a, 9) for setting a filling pressure under which the filling product is introduced into the container; and a control device (6) which is communicatively coupled to the viscosity determination device (8) and the filling pressure setting device (1a, 9) and is configured to use a viscosity-filling pressure relationship from the viscosity of the filling product determined by the viscosity determination device (8), which is a functional relationship between the viscosity and the filling pressure, to determine a target filling pressure and to control the filling pressure setting device (1a, 9) to adjust the filling pressure to the target filling pressure.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Lebensmittel. Die Erfindung ist insbesondere auf das Abfüllen viskoser Füllprodukte gerichtet.The invention relates to a device and a method for filling a container with a filling product, preferably a food. The invention is particularly directed to the filling of viscous filling products.
Stand der TechnikState of the art
Viskose Füllprodukte in der Lebensmittelindustrie, wie beispielsweise Ketchup oder Mayonnaise, werden zumeist in Freistrahl-Abfüllmaschinen in Rundläuferbauweise abgefüllt. Um sauber und mit hoher Genauigkeit abfüllen zu können, ist eine für das Füllprodukt spezifische optimale Fließleistung einzuhalten. Die Fließleistung kann empirisch durch Abfülltests oder direkt an der Abfüllmaschine mit dem jeweiligen Füllprodukt ermittelt werden. Die Fließleistung wird dabei durch einen Gasüberdruck im Produktvorhaltebehälter geregelt, wobei das Gas steril filtrierte Druckluft oder ein anderes Gas, zumeist Inertgas, sein kann. Je höher die Viskosität des Füllprodukts, desto größer muss der Gasüberdruck im Produktvorhaltebehälter sein, um die Soll-Fließleistung einzustellen, und umgekehrt.Viscous filling products in the food industry, such as ketchup or mayonnaise, are mostly filled in free-jet filling machines with a rotary design. In order to be able to fill cleanly and with high accuracy, an optimal flow rate specific for the filling product must be maintained. The flow rate can be determined empirically by filling tests or directly on the filling machine with the respective filling product. The flow rate is regulated by an excess gas pressure in the product storage container, whereby the gas can be sterile-filtered compressed air or another gas, mostly inert gas. The higher the viscosity of the filling product, the greater the gas overpressure in the product storage container must be in order to set the target flow rate, and vice versa.
Aus der Erfahrung sind verschiedene mehr oder weniger geeignete Fließleistungen für eine große Auswahl an Produkten bekannt. Ebenfalls sind in Laborversuchen Fließzeiten für unterschiedliche Produkte empirisch ermittelt worden und stehen als Richtwerte für die Auslegung neuer Abfüllmaschinen und Grundeinstellung für Abfüllprogramme bzw. -prozesse zur Verfügung.Various more or less suitable flow rates for a large selection of products are known from experience. Flow times for different products have also been determined empirically in laboratory tests and are available as guide values for the design of new filling machines and basic settings for filling programs and processes.
Viskositätsmessungen können im Labor mit sogenannten Rheometern durchgeführt werden. Die Viskosität ist abhängig unter anderem von der Scherrate, mit der das Produkt beaufschlagt wird, und der Temperatur. Die Messungen finden somit normalerweise bei vorgegebenen Scherraten und Temperaturen statt. Die Messergebnisse haben jedoch nur wenig Bezug zur Praxis, also zu den in der laufenden Produktion vorherrschenden Bedingungen, beispielsweise bezüglich Temperatur und Temperaturschwankungen, Verhalten nichtnewtonscher Fluide (etwa Thixotropie) usw., so dass die im Labor ermittelten Werte für die Praxis oft wenig geeignet sind. So sind sie beispielsweise zur Erstellung einer Abfülldruckmatrix in Abhängigkeit einer ermittelten Produktviskosität zumindest unzureichend.Viscosity measurements can be carried out in the laboratory with so-called rheometers. The viscosity depends, among other things, on the shear rate with which the product is applied and the temperature. The measurements therefore normally take place at given shear rates and temperatures. However, the measurement results have little relation to practice, i.e. to the conditions prevailing in ongoing production, for example with regard to temperature and temperature fluctuations, behavior of non-Newtonian fluids (e.g. thixotropy), etc., so that the values determined in the laboratory are often unsuitable for practice . For example, they are at least insufficient for creating a filling print matrix as a function of a determined product viscosity.
Je Produktionsprogramm in der Abfüllmaschine sind in der Regel vorgegebene Start-Abfülldrücke für die Füllproduktsorten hinterlegt, die sich jedoch auf eine konkrete Viskosität des Füllprodukts beziehen. Da die Viskosität der Füllprodukte temperaturabhängig und von Batch zu Batch stark schwanken kann, werden beim Anfahren oder sogar während der Produktion an der Abfüllmaschine zumeist ein oder mehrere Fülltests durchgeführt, um den nötigen Abfülldruck für die aktuell vorherrschenden Viskositätsverhältnisse zu ermitteln und/oder entsprechend zu korrigieren.For each production program in the filling machine, predetermined start filling pressures are usually stored for the types of filling product, which, however, relate to a specific viscosity of the filling product. Since the viscosity of the filling products can vary greatly depending on the temperature and from batch to batch, one or more filling tests are usually carried out on start-up or even during production on the filling machine in order to determine the filling pressure required for the currently prevailing viscosity conditions and / or to correct it accordingly .
Auch bei längeren Stopps der Abfüllmaschinen kann sich bei vielen Produkten mit thixotropen Fließeigenschaften, d.h. einer zeitabhängigen Viskosität, oder durch temperaturbedingte Viskositätsschwankungen der ideale Abfülldruck im Vergleich zum letzten, durch die Druckregelung eingestellten Abfülldruck verschieben. Der Neustart der Produktion wird daher in aller Regel nicht optimal verlaufen, und es werden einige Zeit und Abfüllungen vergehen, bis der Druck wieder auf die optimale Fließleistung eingeregelt ist. Dabei wird unter Umständen die Füllgenauigkeit beeinträchtigt, und es kann zu unter- aber auch überfüllten Behältern kommen, die aussortiert werden müssen, wodurch es zu einem Produktverlust kommt.Even if the filling machines are stopped for a long time, the ideal filling pressure can shift in comparison to the last filling pressure set by the pressure control for many products with thixotropic flow properties, i.e. a time-dependent viscosity, or due to temperature-dependent viscosity fluctuations. The restart of production will therefore usually not proceed optimally, and some time and fillings will pass before the pressure is adjusted to the optimal flow rate again. In this case, the filling accuracy is impaired under certain circumstances, and it can lead to underfilled but also overfilled containers that have to be sorted out, which leads to a loss of product.
Die Durchführung von Fülltests zur Ermittlung des viskositätsabhängigen optimalen Start-Abfülldrucks nimmt Zeit in Anspruch, die von der reinen Produktionszeit abzuziehen ist. Die Fülltests senken den Wirkungsgrad der Anlage.Carrying out filling tests to determine the viscosity-dependent optimum start-up filling pressure takes time, which must be deducted from the actual production time. The filling tests reduce the efficiency of the system.
Es kommt hinzu, dass das Produkt in der Abfüllmaschine während der Zeit, in der die Fülltests durchgeführt werden, eine Temperaturänderung (Abkühlung oder Erwärmung) erfahren kann, so dass die aus den Fülltests ermittelten Werte bei Wiederanfahren der Produktion bereits überholt sein können oder nur kurzzeitig stimmen und somit temperaturbedingt nachkorrigiert werden müssen. Etwaige Korrekturen oder Überprüfungen derselben können wieder zeitaufwendige Fülltests nach sich ziehen.In addition, the product in the filling machine can experience a temperature change (cooling or warming) during the time in which the filling tests are carried out, so that the values determined from the filling tests may already be out of date or only briefly when production is restarted correct and therefore need to be corrected depending on the temperature. Any corrections or checks of the same can again result in time-consuming filling tests.
Falls keine Fülltests zur Ermittlung des viskositätsabhängigen optimalen Abfülldrucks durchgeführt werden, etwa zum Zweck der Wirkungsgradsteigerung der Abfüllanlage, können bei einem zu niedrigen Abfülldruck eine Unterfüllung und bei einem zu hohen Abfülldruck eine Überfüllung der Behälter auftreten. Unter- und überfüllte Behälter müssen aussortiert werden, was zu einem Produktverlust führt. Außerdem kann es bei einer Überfüllung vorkommen, dass Füllprodukt aus den Behältern austritt. Dies kann zu einer Verschmutzung der Behälter sowie der Abfüllmaschine und etwaigen weitern Komponenten der Abfülllinie führen. In diesem Fall muss die Anlage zwischengereinigt werden, was wiederum zu einem Zeitverlust, damit zur Verschlechterung des Wirkungsgrades und ferner zum Einsatz kostenintensiver Reinigungsmedien führt.If no filling tests are carried out to determine the viscosity-dependent optimal filling pressure, e.g. for the purpose of increasing the efficiency of the filling system, underfilling of the filling pressure can occur if the filling pressure is too low and overfilling of the container if the filling pressure is too high. Underfilled and overfilled containers have to be sorted out, which leads to a loss of product. In addition, in the event of overfilling it can happen that filling product escapes from the containers. This can lead to contamination of the container as well as the filling machine and any other components of the filling line. In this case, the system has to be cleaned in the meantime, which in turn leads to a loss of time and thus to a deterioration in the degree of efficiency and also to the use of cost-intensive cleaning media.
Da die Viskosität temperaturabhängig ist und von Batch zu Batch schwanken kann, führen ein starrer, unflexiblerAbfülldruck und eine schwankende Viskosität zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Abfüllgenauigkeit.Since the viscosity is temperature-dependent and can fluctuate from batch to batch, a rigid, inflexible filling pressure and fluctuating viscosity lead to a considerable impairment of the filling accuracy.
Eine Änderung der Viskosität als Fehlerquelle oder Störung des Abfüllprozesses wurde in der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Lebensmittel, bereitzustellen, insbesondere die Leistungsfähigkeit zu verbessern und/oder den Produktverlust zu reduzieren.Starting from the known prior art, an object of the present invention is to provide an improved device and an improved method for filling a container with a filling product, preferably a food, in particular to improve the performance and / or reduce the product loss.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.The object is achieved by a device with the features of
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, hierin auch als „Füllvorrichtung“ bezeichnet, dient zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt. Die Füllvorrichtung ist insbesondere zum Abfüllen von Füllprodukten vergleichsweise hoher und/oder veränderlicher Viskosität geeignet. Die Füllvorrichtung kommt besonders bevorzugt in der Lebensmittelindustrie zur Anwendung, etwa zur Abfüllung von Saucen, beispielsweise Ketchup oder Mayonnaise, viskosen Getränke, wie etwa Fruchtsäften oder Smoothies, Sirup und dergleichen. Allerdings können auch viskose Produkte aus anderen industriellen Bereichen, wie etwa Farben, Lacke und dergleichen, mit der hierin dargelegten Füllvorrichtung abgefüllt werden.The device according to the invention, also referred to herein as a “filling device”, is used to fill containers with a filling product. The filling device is particularly suitable for filling filling products with a comparatively high and / or variable viscosity. The filling device is particularly preferably used in the food industry, for example for filling sauces, for example ketchup or mayonnaise, viscous beverages such as fruit juices or smoothies, syrup and the like. However, viscous products from other industrial areas, such as paints, varnishes and the like, can also be filled with the filling device set out herein.
Wenn Bezeichnungen wie „Behälter“, „Füllorgan“ und andere hierin im Singular verwendet werden, geschieht dies in erster Linie der sprachlichen Einfachheit halber. Der Plural ist mitumfasst, sofern dieser nicht ausdrücklich oder technisch ausgeschlossen ist.When terms such as “container”, “filling organ” and others are used in the singular, this is primarily for the sake of linguistic simplicity. The plural is included unless it is expressly or technically excluded.
Die Füllvorrichtung gemäß der Erfindung weist einen Produktpfad zum Transportieren und Einleiten des Füllprodukts in den Behälter auf. Als Produktpfad sei hierin der vom Füllprodukt durchströmte Pfad vom letzten Behandlungsschritt einer Produktzubereitung oder Produktaufbereitung bis zum Einleiten des Füllprodukts in den Behälter bezeichnet. Die Vorrichtung weist eine Viskositätsermittlungseinrichtung zur Ermittlung einer Viskosität des Füllprodukts im Produktpfad auf. Die Viskositätsermittlungseinrichtung kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein, wie dies weiter unten in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen dargelegt ist. Die Vorrichtung weist ferner eine Fülldruckeinstelleinrichtung zum Einstellen eines Abfülldrucks, unter dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, auf. Die Fließleistung des Füllprodukts ist abhängig von dessen Viskosität. Um eine optimale Fließleistung einzustellen und während der Produktion beizubehalten, steht daher eine Fülldruckeinstelleinrichtung zur Verfügung, die den Abfülldruck ändern kann. Die Füllvorrichtung weist ferner eine Steuereinrichtung auf, die mit der Viskositätsermittlungseinrichtung und der Fülldruckeinstelleinrichtung kommunikativ gekoppelt ist. Die Kopplung kann drahtlos oder drahtgebunden sein und dient der Übermittlung von Daten, etwa Messdaten oder davon abgeleiteten Daten, Steuerbefehlen und dergleichen in einer oder in beide Richtungen.The filling device according to the invention has a product path for transporting and introducing the filling product into the container. The product path is the path through which the filling product flows from the last treatment step of a product preparation or product processing to the introduction of the filling product into the container. The device has a viscosity determination device for determining a viscosity of the filling product in the product path. The viscosity-determining device can be implemented in different ways, as is set out below in relation to preferred embodiments. The device also has a filling pressure setting device for setting a filling pressure under which the filling product is introduced into the container. The flow rate of the filling product depends on its viscosity. In order to set an optimal flow rate and maintain it during production, a filling pressure adjustment device is therefore available that can change the filling pressure. The filling device also has a control device which is communicatively coupled to the viscosity determination device and the filling pressure setting device. The coupling can be wireless or wired and is used to transmit data, for example measurement data or data derived therefrom, control commands and the like in one or in both directions.
Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um aus der durch die Viskositätsermittlungseinrichtung ermittelten Viskosität des Füllprodukts unter Anwendung einer Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung, die eine funktionale Beziehung zwischen der Viskosität und dem Abfülldruck ist, einen Soll-Abfülldruck zu bestimmen und die Fülldruckeinstelleinrichtung zur Angleichung des (tatsächlichen) Abfülldrucks an den Soll-Abfülldruck zu steuern. In anderen Worten, die Steuereinrichtung bestimmt einen geeigneten oder optimalen Abfülldruck aus der aktuell ermittelten Viskosität des Füllprodukts im Produktpfad, unter Anwendung einer vorgegebenen Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung, und regelt diesen Abfülldruck ein.According to the invention, the control device is set up to determine a target filling pressure from the viscosity of the filling product determined by the viscosity determination device using a viscosity-filling pressure relationship, which is a functional relationship between the viscosity and the filling pressure, and the filling pressure setting device to adjust the ( actual) filling pressure to control the target filling pressure. In other words, the control device determines a suitable or optimal filling pressure from the currently determined viscosity of the filling product in the product path, using a predetermined viscosity-filling pressure relationship, and regulates this filling pressure.
Dies ermöglicht in mehrerer Hinsicht eine Steigerung des Wirkungsgrads der Füllvorrichtung. Zum einen können Fülltests bei Produktionsbeginn oder beim Wiederanfahren der Anlage nach einer Produktionsunterbrechung entfallen, da die Steuereinrichtung aus der Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung sofort, noch bevor der erste Behälter befüllt wird einen geeigneten Abfülldruck bestimmt und einstellt. Zum anderen kann auf Fülltests nach starken bzw. abrupten Viskositätsänderungen des Füllprodukts, beispielsweise durch Temperaturschwankungen oder durch unterschiedliche Batch-Eigenschaften, verzichtet werden. Weiterhin können Fülltests bei Inbetriebnahme neuer, bisher unbekannter Füllprodukte aufgrund gesammelter Daten (Viskositäten, Dichten, usw.) entfallen, etwa durch einen Abgleich mit den aktuellen Füllproduktdaten und daraus in der Praxis resultierenden optimalen Abfülldrücken.This enables the efficiency of the filling device to be increased in several respects. On the one hand, filling tests at the start of production or when restarting the system after an interruption in production can be dispensed with, since the control device determines and sets a suitable filling pressure from the viscosity-filling pressure relationship immediately before the first container is filled. On the other hand, filling tests after strong or abrupt changes in the viscosity of the filling product, for example due to temperature fluctuations or different batch properties, can be dispensed with. Furthermore, when new, previously unknown filling products are put into operation, filling tests can be dispensed with due to the data collected (viscosities, densities, etc.), for example by means of a comparison with the current filling product data and the resulting optimal filling pressures in practice.
Ein so optimierter Abfülldruck trägt ferner zu einer Reduktion oder Vermeidung überfüllter und somit eventuell die Anlage verschmutzender Behälter bei, wodurch Maschinenstopps, Reinigungszeiten und Wiederanfahr-Situationen minimiert werden.A filling pressure optimized in this way also contributes to a reduction or avoidance of overfilled and thus possibly contaminating containers, whereby machine stops, cleaning times and restart situations are minimized.
Auch Produktverluste lassen sich durch die hierin dargelegte Optimierung des Abfülldrucks minimieren. Die bei Fülltests benötigten Materialien - Füllprodukt, Behälter und dergleichen - müssen in der Regel aus hygienischen und qualitativen Gründen verworfen werden. Durch den Wegfall von Fülltests kann der Materialverlust somit minimiert werden. Ferner lassen sich die wegen Über- oder Unterfüllung aussortierten Behälter minimieren. Im Idealfall sind die abgefüllten Behälter ab der ersten Füllerrunde verkaufsfähig, wodurch die Leistungsfähigkeit des Füllers weiter verbessert wird.Product losses can also be minimized through the optimization of the filling pressure described here. The materials required for filling tests - filling product, container and the like - usually have to be discarded for reasons of hygiene and quality. By eliminating filling tests, material loss can be minimized. Furthermore, the containers rejected due to overfilling or underfilling can be minimized. Ideally, the filled containers are salable from the first round of filling, which further improves the performance of the filler.
Ein weiterer technischer Beitrag der Erfindung liegt in einer Verbesserung der Abfüllgenauigkeit durch stets optimale, über die viskositätsabhängige Abfülldruckregelung eingestellte Fließleistungen. Auf selbst geringfügige Viskositätsschwankungen bei gleichzeitiger Beeinträchtigung der Abfüllgenauigkeit kann schnell, nahezu unmittelbar reagiert werden. Durch im Wesentlichen konstante Abfüllbedingungen ergibt sich eine Verringerung verschmutzter Behälter.A further technical contribution of the invention lies in an improvement of the filling accuracy through always optimal flow rates set via the viscosity-dependent filling pressure regulation. Even slight fluctuations in viscosity with simultaneous impairment of the filling accuracy can be responded to quickly, almost immediately. Substantially constant filling conditions result in a reduction in soiled containers.
Vorzugsweise weist der Produktpfad einen Produktzulauf, einen damit in Fluidverbindung stehenden Produkttank und ein oder mehrere mit diesem in Fluidverbindung stehende Füllorgane auf, wobei der Produktzulauf eingerichtet ist, um das Füllprodukt in den Produkttank zu leiten, und die Füllorgane eingerichtet sind, um das im Produkttank befindliche Füllprodukt entsprechend in Behälter einzuleiten. Der Produkttank dient etwa als Zwischenpufferung für das Füllprodukt, um einen kontinuierlichen und zuverlässigen Füllbetrieb zu gewährleisten. Der Produkttank stellt das abzufüllende Füllprodukt den Füllorganen über entsprechende Produktleitungen bereit. Die Füllorgane sind vorzugsweise jeweils mit einem Füllventil ausgestattet, durch welche die zu befüllenden Behälter mit dem Füllprodukt befüllt werden. Das Füllprodukt wird hierbei vorzugsweise im Freistrahl in die entsprechenden Behälter eingeleitet.The product path preferably has a product inlet, a product tank in fluid connection therewith and one or more filling elements in fluid connection therewith, the product inlet being set up to guide the filling product into the product tank, and the filling elements being set up to feed the product tank to introduce the filling product in the container accordingly. The product tank serves, for example, as an intermediate buffer for the filling product in order to ensure continuous and reliable filling operation. The product tank provides the filling product to be filled to the filling organs via corresponding product lines. The filling members are preferably each equipped with a filling valve through which the containers to be filled are filled with the filling product. In this case, the filling product is preferably introduced into the corresponding container in a free jet.
Die Füllvorrichtung ist vorzugsweise in Rundläuferbauweise aufgebaut, wobei in diesem Fall die Füllorgane an einem Karussell installiert sind und der Produkttank als stationärer oder mitrotierender Zentralkessel ausgebildet sein kann.The filling device is preferably constructed in a rotary design, in which case the filling elements are installed on a carousel and the product tank can be designed as a stationary or co-rotating central boiler.
Vorzugsweise weist der Produkttank einen mit Gas, vorzugsweise Sterilluft oder einem Inertgas, gefüllten Kopfraum oberhalb des Füllprodukts auf. In diesem Fall kann durch Verändern des Gasdrucks im Kopfraum des Produkttanks der Abfülldruck modifiziert werden. Zu diesem Zweck weist die Füllvorrichtung vorzugsweise einen mit der Steuereinrichtung kommunikativ gekoppelten Druckregler auf, der zur Regulierung des Gasdrucks im Kopfraum des Produkttanks eingerichtet ist. Ferner kann ein Druckaufnehmer vorgesehen sein, der kommunikativ mit der Steuereinrichtung gekoppelt und eingerichtet ist, um den Gasdruck im Kopfraum des Produkttanks zu messen und der Steuereinrichtung zu übermitteln, wodurch die Regelung des Abfülldrucks auf den Soll-Abfülldruck effizient durchfahrbar ist.The product tank preferably has a head space above the filling product which is filled with gas, preferably sterile air or an inert gas. In this case, the filling pressure can be modified by changing the gas pressure in the head space of the product tank. For this purpose, the filling device preferably has a pressure regulator which is communicatively coupled to the control device and which is set up to regulate the gas pressure in the head space of the product tank. Furthermore, a pressure transducer can be provided which is communicatively coupled to the control device and is set up to measure the gas pressure in the head space of the product tank and to transmit it to the control device, whereby the regulation of the filling pressure to the target filling pressure can be carried out efficiently.
Der vorstehend dargelegte Produkttank ist Teil des Produktpfads und bildet gemeinsam mit dem Druckregler eine bevorzugte, maschinenbaulich einfache und zuverlässige Realisierung der Fülldruckeinstelleinrichtung, indem der Abfülldruck über den Gasdruck im Kopfraum reguliert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abfülldruck gegebenenfalls technisch auch auf andere Weise eingestellt und reguliert werden kann, beispielsweise über eine Pumpe, Vakuumeinrichtung oder dergleichen.The product tank set out above is part of the product path and, together with the pressure regulator, forms a preferred, mechanically simple and reliable implementation of the filling pressure setting device by regulating the filling pressure via the gas pressure in the head space. It should be pointed out that the filling pressure can, if necessary, also be technically set and regulated in other ways, for example by means of a pump, vacuum device or the like.
Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung einen Füllstandsaufnehmer zur Ermittlung, etwa Detektion, des aktuellen Füllstands des Füllprodukts im Produkttank und/oder einen Temperaturaufnehmer zur Ermittlung, etwa Detektion, der Füllprodukttemperatur im Produkttank auf. Diese Daten können der Steuereinrichtung zur Weiterverarbeitung und Optimierung des Abfüllprozesses übermittelt werden.The filling device preferably has a fill level sensor for determining, for example, the current fill level of the filling product in the product tank and / or a temperature sensor for determining, for example detecting, the filling product temperature in the product tank. These data can be transmitted to the control device for further processing and optimization of the filling process.
Vorzugsweise weist die Viskositätsermittlungseinrichtung eine Durchflussmesseinrichtung und/oder ein Inline-Viskosimeter zur Ermittlung der Viskosität des Füllprodukts im Produktzulauf und/oder ein Prozess-Viskosimeter zur Ermittlung der Viskosität des Füllprodukts im Produkttank auf. Auf diese Weise kann die Viskosität des Füllprodukts auf maschinenbaulich einfache und zuverlässige Art und Weise ermittelt werden. Die Durchflussmesseinrichtung kann beispielsweise ein Coriolis-Durchflussmessgerät sein oder umfassen. Die Durchflussmesseinrichtung kann auch ein kombiniertes Messgerät sein, das neben dem Massendurchfluss im Produktzulauf zum Produkttank weitere Größen ermittelt oder detektiert, wie etwa die Temperatur, die spezifische Dichte und/oder Viskosität des Füllprodukts. Sofern entsprechend ausgestattet, kann die Durchflussmesseinrichtung direkte Daten über die Viskosität an die Steuereinrichtung senden. Alternativ können Daten äquivalenter physikalischer Größen oder Größen, aus denen die Viskosität ableitbar oder berechenbar ist, an die Steuereinrichtung übermittelt werden. So kann beispielsweise der Volumenstrom oder Massenstrom von der Durchflussmesseinrichtung detektiert und an die Steuereinrichtung gesendet werden, wobei die Steuereinrichtung daraus die Viskosität ableitet, beispielsweise unter Verwendung des Gesetzes von Hagen-Poiseuille.The viscosity determination device preferably has a flow measuring device and / or an inline viscometer for determining the viscosity of the filling product in the product inlet and / or a process viscometer for determining the viscosity of the filling product in the product tank. In this way, the viscosity of the filling product can be determined in a mechanically simple and reliable manner. The flow measuring device can be or comprise, for example, a Coriolis flow measuring device. The flow measuring device can also be a combined measuring device which, in addition to the mass flow in the product feed to the product tank, determines or detects other variables, such as the temperature, the specific density and / or viscosity of the filling product. If equipped accordingly, the flow measuring device can send direct data about the viscosity to the control device. Alternatively, data of equivalent physical quantities or quantities from which the viscosity can be derived or calculated can be transmitted to the control device. For example, the volume flow or mass flow can be detected by the flow measuring device and sent to the control device, the control device using this to determine the viscosity derived, for example using the Hagen-Poiseuille law.
Eine alternative Methode zur Ermittlung der Viskosität, die ohne eine Messung des Massen- oder Volumenstroms auskommt, nutzt den im Produktpfad auftretenden Druckabfall. Zu diesem Zweck weist die Viskositätsermittlungseinrichtung vorzugsweise zumindest zwei Druckaufnehmer auf, die eingerichtet sind, um an zumindest zwei unterschiedlichen Stellen im Produktpfad den während einer Durchströmung mit Füllprodukt auftretenden Druck zu detektieren, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckaufnehmern als Maß für die Viskosität des Füllprodukts heranzuziehen oder ein solches aus der Druckdifferenz zu berechnen.An alternative method for determining the viscosity, which does not require a measurement of the mass or volume flow, uses the pressure drop that occurs in the product path. For this purpose, the viscosity determination device preferably has at least two pressure sensors, which are set up to detect the pressure occurring during a flow of filling product at at least two different points in the product path, the control device being set up to measure the pressure difference between the two pressure sensors to use for the viscosity of the filling product or to calculate such from the pressure difference.
Bei dieser Methode kann i) anstelle einer Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung eine Druckdifferenz-Abfülldruck-Beziehung in der Steuereinrichtung hinterlegt sein, so dass auf eine explizite Ermittlung, d.h. Berechnung oder Detektion, der Viskosität verzichtet werden kann. Alternativ kann ii) eine Druckdifferenz-Viskositäts-Beziehung hinterlegt sein, mit der in einem Zwischenschritt zunächst eine zur Druckdifferenz zugehörige Viskosität ermittelt wird, die dann in einem zweiten Schritt zur Bestimmung des Abfülldrucks herangezogen wird. Beide Herangehensweisen und zugehörigen technischen Einrichtungen fallen hierin unter die Bezeichnungen „Viskositätsermittlung“, „Viskositätsermittlungseinrichtung“ und dergleichen. Zwar wird im ersteren Fall i) auf eine explizite Ermittlung der Viskosität in einer physikalischen Einheit der Viskosität verzichtet; da die Druckdifferenz zwischen den Druckaufnehmern jedoch proportional zur Viskosität ist, kann die Druckdifferenz als physikalisches Maß für die Viskosität angesehen und verwendet werden. Aus diesem Grund fällt die genannte Druckdifferenz-Abfülldruck-Beziehung hierin auch unter die Bezeichnung „Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung“.With this method, i) instead of a viscosity-filling pressure relationship, a pressure difference-filling pressure relationship can be stored in the control device, so that an explicit determination, i.e. calculation or detection, of the viscosity can be dispensed with. Alternatively, ii) a pressure difference-viscosity relationship can be stored with which, in an intermediate step, a viscosity associated with the pressure difference is first determined, which is then used in a second step to determine the filling pressure. Both approaches and associated technical devices fall under the terms “viscosity determination”, “viscosity determination device” and the like. In the first case i) an explicit determination of the viscosity in a physical unit of viscosity is dispensed with; However, since the pressure difference between the pressure transducers is proportional to the viscosity, the pressure difference can be viewed and used as a physical measure for the viscosity. For this reason, the above-mentioned pressure difference-filling pressure relationship also falls under the designation “viscosity-filling pressure relationship”.
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, um den Soll-Abfülldruck zu Beginn einer Produktion und/oder nach einer Unterbrechung der Produktion und/oder im Fall einer einen Schwellwert übersteigenden Viskositätsänderung aus der durch die Viskositätsermittlungseinrichtung ermittelten Viskosität des Füllprodukts unter Anwendung der Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung zu ermitteln. Solche besonderen Phasen des Abfüllprozesses - Beginn einer Produktion, Unterbrechung der Produktion, starke bzw. abrupte Viskositätsänderungen usw. - seien sprachlich von einem regulären Betrieb, in dem die Füllvorrichtung ohne oder nur mit geringen Schwankungen der Viskosität produziert, unterschieden.The control device is preferably set up to calculate the target filling pressure at the start of production and / or after an interruption in production and / or in the case of a viscosity change exceeding a threshold value from the viscosity of the filling product determined by the viscosity determining device using the viscosity-filling pressure relationship to determine. Such special phases of the filling process - start of production, interruption of production, strong or abrupt changes in viscosity, etc. - are linguistically different from a regular operation in which the filling device produces with little or no fluctuations in viscosity.
Die hierin dargelegte Regelung des Abfülldrucks aus der Viskosität ist insbesondere für die genannten irregulären Phasen, in denen beispielsweise ein alternatives Regelverfahren die Fließleistung nicht oder nur schwer in einem vorgegebenen Fenster halten kann, geeignet.The regulation of the filling pressure from the viscosity set out here is particularly suitable for the irregular phases mentioned, in which, for example, an alternative regulating method cannot keep the flow rate within a predetermined window, or only with difficulty.
Im regulären Betrieb der Füllvorrichtung kann die Regelung ebenfalls über die Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung erfolgen; es kann aber auch eine alternative Regelung durchgeführt werden, beispielsweise durch Abgleich einer gemessenen oder anderweitig ermittelten aktuellen Fließleistung mit einer Soll-Fließleistung. Da ein unflexibles Beibehalten eines voreingestellten Abfülldrucks dazu führen kann, dass bei Viskositätsänderungen die Fließleistung ungewollt schwankt, kann der Abfülldruck während der laufenden Produktion angepasst werden, so dass die tatsächliche Fließleistung in einem zulässigen Bereich der Soll-Fließleistung gehalten wird. In regular operation of the filling device, regulation can also take place via the viscosity-filling pressure relationship; however, an alternative regulation can also be carried out, for example by comparing a measured or otherwise determined current flow rate with a target flow rate. Since inflexible maintenance of a preset filling pressure can lead to the flow rate fluctuating unintentionally when the viscosity changes, the filling pressure can be adjusted during ongoing production so that the actual flow rate is kept within a permissible range of the target flow rate.
Vorzugsweise wird die Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung empirisch oder experimentell ermittelt. Sie ist beispielsweise eine produktspezifische, empirisch ermittelte Funktion, die einen optimalen oder zumindest geeigneten Abfülldruck in Abhängigkeit der Viskosität angibt. So kann in der Steuereinrichtung eine Produktdatenbank mit empirisch ermittelten Viskositäts-Abfülldruck-Beziehungen hinterlegt sein, oder die Steuereinrichtung kann auf eine solche zugreifen. Der funktionale Zusammenhang zwischen Viskosität und Abfülldruck kann auf beliebige Weise hinterlegt bzw. darstellbar sein. Eine tabellarische Repräsentation ist beispielsweise ebenso möglich, wie ein analytischer Ausdruck, sofern bekannt. Neben einer experimentellen bzw. empirischen Ermittlung der Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung kann diese beispielsweise auch aus Modellrechnungen oder Simulationen gewonnen werden, sofern die so ermittelten Daten für die Praxis tauglich sind.The viscosity-filling pressure relationship is preferably determined empirically or experimentally. It is, for example, a product-specific, empirically determined function that indicates an optimal or at least suitable filling pressure as a function of the viscosity. Thus, a product database with empirically determined viscosity-filling pressure relationships can be stored in the control device, or the control device can access such a database. The functional relationship between viscosity and filling pressure can be stored or displayed in any way. A tabular representation is just as possible, for example, as an analytical expression, if known. In addition to an experimental or empirical determination of the viscosity-filling pressure relationship, this can also be obtained, for example, from model calculations or simulations, provided the data determined in this way are suitable for practice.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Lebensmittel, gelöst. Das Verfahren umfasst: Transportieren des Füllprodukts entlang eines Produktpfads und Einleiten des Füllprodukts in den Behälter; Ermitteln einer Viskosität des Füllprodukts im Produktpfad mittels einer Viskositätsermittlungseinrichtung; Bestimmen eines Soll-Fülldrucks aus der durch die Viskositätsermittlungseinrichtung ermittelten Viskosität des Füllprodukts unter Anwendung einer Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung, die eine funktionale Beziehung zwischen der Viskosität und dem Abfülldruck ist; und Regeln bzw. Einstellen des Abfülldrucks, unter dem das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, durch Steuern einer Fülldruckeinstelleinrichtung, so dass sich der Abfülldruck an den Soll-Abfülldruck angleicht.The above-mentioned object is also achieved by a method for filling a container with a filling product, preferably a food. The method comprises: transporting the filling product along a product path and introducing the filling product into the container; Determining a viscosity of the filling product in the product path by means of a viscosity determining device; Determining a target filling pressure from the viscosity of the filling product determined by the viscosity determining device using a viscosity-filling pressure relationship which is a functional relationship between the viscosity and the filling pressure; and regulating or setting the filling pressure, under which the filling product is introduced into the container, by controlling a filling pressure setting device, so that the filling pressure adapts to the target filling pressure.
Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.The features, technical effects, advantages as well as exemplary embodiments that relate to the device described apply analogously to the method.
So weist der Produktpfad vorzugsweise einen Produktzulauf, einen damit in Fluidverbindung stehenden Produkttank und ein oder mehrere mit diesem in Fluidverbindung stehende Füllorgane auf, wobei das Füllprodukt über den Produktzulauf in den Produkttank, vom Produkttank an die Füllorgane transportiert bzw. geleitet wird und die Füllorgane das Füllprodukt entsprechend in Behälter einleiten. Der Produkttank weist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise einen mit Gas, vorzugsweise Sterilluft oder einem Inertgas, gefüllten Kopfraum oberhalb des Füllprodukts auf, wobei der Gasdruck im Kopfraum in diesem Fall über einen Druckregler reguliert wird, wodurch der Abfülldruck eingestellt wird, vorzugsweise unter Berücksichtigung von Messwerten eines Druckaufnehmers, der den Gasdruck im Kopfraum des Produkttanks misst.Thus, the product path preferably has a product inlet, a product tank in fluid connection therewith, and one or more filling organs in fluid connection therewith, the filling product being transported or conducted via the product inlet into the product tank, from the product tank to the filling organs and the filling organs being the Pour the filling product into the container accordingly. For the reasons mentioned above, the product tank preferably has a head space above the filling product filled with gas, preferably sterile air or an inert gas, the gas pressure in the head space in this case being regulated by a pressure regulator, whereby the filling pressure is set, preferably taking into account Measured values from a pressure transducer that measures the gas pressure in the head space of the product tank.
Vorzugsweise weist die Viskositätsermittlungseinrichtung aus den oben genannten Gründen eine Durchflussmesseinrichtung und/oder ein Inline-Viskosimeter auf, welche die Viskosität des Füllprodukts im Produktzulauf ermitteln, d.h. direkt messen oder aus anderen physikalischen Größen ableiten. Alternativ oder zusätzlich weist die Viskositätsermittlungseinrichtung ein Prozess-Viskosimeter auf, das die Viskosität des Füllprodukts im Produkttank ermittelt.For the reasons mentioned above, the viscosity determining device preferably has a flow measuring device and / or an inline viscometer, which determine the viscosity of the filling product in the product feed, i.e. measure it directly or derive it from other physical quantities. As an alternative or in addition, the viscosity determination device has a process viscometer which determines the viscosity of the filling product in the product tank.
Vorzugsweise weist die Viskositätsermittlungseinrichtung aus den oben genannten Gründen zumindest zwei Druckaufnehmer auf, die an zumindest zwei unterschiedlichen Stellen im Produktpfad den während einer Durchströmung mit Füllprodukt auftretenden Druck detektieren, wobei die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckaufnehmern als Maß für die Viskosität des Füllprodukts herangezogen oder ein solches aus der Druckdifferenz berechnet wird.For the reasons mentioned above, the viscosity determination device preferably has at least two pressure sensors which detect the pressure occurring during a flow of filling product at at least two different points in the product path, the pressure difference between the two pressure sensors being used as a measure of the viscosity of the filling product or such is calculated from the pressure difference.
Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen der Soll-Abfülldruck zu Beginn einer Produktion und/oder nach einer Unterbrechung der Produktion und/oder im Fall einer einen Schwellwert übersteigenden Viskositätsänderung aus der durch die Viskositätsermittlungseinrichtung ermittelten Viskosität des Füllprodukts unter Anwendung der Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung ermittelt.For the reasons mentioned above, the target filling pressure at the start of production and / or after an interruption in production and / or in the event of a viscosity change exceeding a threshold value is preferably determined from the viscosity of the filling product determined by the viscosity determination device using the viscosity-filling pressure relationship determined.
Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen in einem regulären Füllbetrieb der Abfülldruck durch eine alternative Regelung ohne Berücksichtigung der Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung geregelt, vorzugsweise durch Vergleich der tatsächlichen Fließleistung mit einer Soll-Fließleistung.For the reasons mentioned above, the filling pressure is preferably regulated in a regular filling operation by an alternative control without taking into account the viscosity-filling pressure relationship, preferably by comparing the actual flow rate with a target flow rate.
Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen die Viskosität des Füllprodukts im regulären Füllbetrieb durch die Viskositätsermittlungseinrichtung ermittelt - dies kann kontinuierlich oder in gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Zeitabständen erfolgen -, wobei korrigierend in die genannte alternative Regelung eingegriffen wird, beispielsweise bei starken oder abrupten Viskositätsänderu nge n.For the reasons mentioned above, the viscosity of the filling product is preferably determined by the viscosity determination device in regular filling operation - this can be done continuously or at regular or uneven time intervals - with corrective action being taken in the alternative regulation mentioned, for example in the event of strong or abrupt changes in viscosity.
Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen die Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung empirisch oder experimentell ermittelt. So kann etwa eine produktspezifische Funktion ermittelt und/oder eine Datenbank erstellt werden, die einen geeigneten oder optimalen Abfülldruck in Abhängigkeit der Viskosität angeben.For the reasons mentioned above, the viscosity-filling pressure relationship is preferably determined empirically or experimentally. For example, a product-specific function can be determined and / or a database can be created that specifies a suitable or optimal filling pressure as a function of the viscosity.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.Further advantages and features of the present invention can be seen from the following description of preferred exemplary embodiments. The features described therein can be implemented alone or in combination with one or more of the features set out above, provided the features do not contradict one another. The following description of preferred exemplary embodiments is made with reference to the accompanying drawings.
FigurenlisteFigure list
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Füllvorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt; -
2 eine schematische Füllvorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
3 eine schematische Füllvorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 eine schematische Füllvorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
5a ein Diagramm, das die Viskosität als Funktion des Abfülldrucks zeigt; und -
5b eine Sequenz von Diagrammen zur Bestimmung des Abfülldrucks.
-
1 a schematic filling device for filling a container with a filling product; -
2 a schematic filling device for filling a container with a filling product according to a further embodiment; -
3 a schematic filling device for filling a container with a filling product according to a further embodiment; -
4th a schematic filling device for filling a container with a filling product according to a further embodiment; -
5a a diagram showing the viscosity as a function of the filling pressure; and -
5b a sequence of diagrams to determine the filling pressure.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter AusführungsbeispieleDetailed description of preferred exemplary embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Identical, similar or identically acting elements are provided with identical reference numerals in the different figures, and on one Repeated descriptions of these elements are partly omitted in order to avoid redundancies.
Eine Vorrichtung
Die Füllvorrichtung
Der Produkttank
Über einen Produktzulauf
Bei dem Füllprodukt handelt es sich vorzugsweise um ein viskoses Fluid aus dem Lebensmittelbereich, wie etwa Saucen, dickflüssige Getränke, Sirup und dergleichen. Insbesondere Würzsoßen, beispielsweise Ketchup oder Mayonnaise, kommen in Betracht. Allerdings können auch viskose Produkte aus anderen industriellen Bereichen, wie etwa Farben, Lacke und dergleichen, mit der hierin dargelegten Füllvorrichtung
Der Produkttank
Zur Regulierung der Gasatmosphäre im Kopfraum
Vorzugsweise weist die Füllvorrichtung
Der vorstehend dargelegte Produkttank
Die Füllvorrichtung
Die verschiedenen Aufnehmer, Sensoren, Aktuatoren, elektronischen Einrichtungen und dergleichen kommunizieren mit einer Steuereinrichtung
So ist die Durchflussmesseinrichtung
Die Durchflussmesseinrichtung
Die so erfasste Viskosität wird von der Steuereinrichtung
Eine solche funktionale Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung ist in der
Selbstverständlich kann der funktionale Zusammenhang zwischen Viskosität und Abfülldruck auch auf andere Weise gewonnen und ausgedrückt werden. Eine tabellarische Repräsentation ist beispielsweise ebenso möglich, wie ein analytischer Ausdruck, sofern bekannt. Die funktionale Abhängigkeit kann empirisch, experimentell oder beispielsweise auch aus einer Modellrechnung oder Simulation ermittelt werden.Of course, the functional relationship between viscosity and filling pressure can also be obtained and expressed in other ways. A tabular representation is just as possible, for example, as an analytical expression, if known. The functional dependency can be determined empirically, experimentally or, for example, from a model calculation or simulation.
Der so gewonnene Abfülldruck wird durch den Druckregler
Nach dem Start des Abfüllvorgangs werden somit beispielsweise einmalig, mehrmalig, kontinuierlich oder in bestimmten, gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Zeitabständen die mittels der Durchflussmesseinrichtung
Alternativ oder zusätzlich kann die Fließleistung des Füllprodukts durch die Füllorgane
Vorzugsweise wird die Druckregelung anhand einer Viskosität-Abfülldruck-Beziehung mittels der Durchflussmesseinrichtung
Die
Die
Die
Die Druckdifferenz und die Viskosität stehen nach Darcy-Weisbach in folgender strömungsmechanischer Beziehung:
Hierbei bezeichnen Δp1/2 den Druckverlust zwischen den beiden Druckaufnehmern
Für die laminare, voll ausgebildete Strömung im kreisrunden Rohr gilt nach dem Gesetz von Hagen-Poiseuille:
Hierbei bezeichnet Re die Reynolds-Zahl:
Diese ist abhängig von der dynamischen Viskosität η. Daraus folgt:
Bei konstanter Durchströmungsgeschwindigkeit v des Systems und bei einem konstanten Durchströmungsdurchmesser d und Widerstandsbeiwerten ςi ist die Produktviskosität demnach proportional zum Druckabfall bzw. zur Druckdifferenz Δp1/2 zwischen den beiden Druckaufnehmern
So kann mit den in der
Es kann hierbei i) anstelle einer Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung eine Druckdifferenz-Abfülldruck-Beziehung in der Steuereinrichtung
Beide Herangehensweisen und zugehörigen technischen Einrichtungen fallen hierin unter die Bezeichnungen „Viskositätsermittlung“, „Viskositätsermittlungseinrichtung“ und dergleichen. Zwar wird im ersteren Fall i) auf eine explizite Ermittlung der Viskosität in einer physikalischen Einheit der Viskosität verzichtet; da die Druckdifferenz zwischen den Druckaufnehmern
Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich Kombinationen der in den
Nachfolgend werden beispielhafte Verfahren zur Bestimmung des Start-Abfülldrucks bei Produktionsbeginn oder Produktionswiederaufnahme nach längerem Produktionsstopp sowie zur viskositätsabhängigen Regelung des Abfülldrucks während der Produktion dargelegt:
- Ermittlung eines Start-Abfülldrucks bei Produktionsbeginn oder Produktionswiederaufnahme nach einem Produktionsstopp oder einer Produktionsunterbrechung:
- 1. Ermittlung der Viskosität des Füllprodukts während des Anfüllens des Produkttanks
1 der Füllvorrichtung10 ,beispielsweise im Produktzulauf 7 oder im Produkttank 1 , über dazu geeignete Messgeräte, beispielsweise mittels einer Durchflussmesseinrichtung8a mit der Möglichkeit der Viskositätsmessung, eines Inline- oder Prozess-Viskosimeters 8b ,8c oder mittels zumindest zweier Druckaufnehmer8d ,8e zur Ermittlung des Druckabfallsim durchströmten Produktzulauf 7 ; - 2. Weitergabe der Viskositätsdaten, umfassend einen etwaig detektierten Druckabfall, an
die Steuereinrichtung 6 ; - 3. Ermittlung des viskositätsabhängigen Start-Abfülldrucks aus einer in
der Steuereinrichtung 6 hinterlegten Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung; - 4. Einstellen des Start-Abfülldrucks an der Füllvorrichtung
10 , d.h. desGasdrucks im Kopfraum 1a desProdukttanks 1 , beim Anlauf oder nach einer Unterbrechung der Produktion mittels desDruckreglers 9 und desDruckaufnehmers 3 ; - 5. Gegebenenfalls Übernahme der Druckregelung durch ein System, das die aktuelle Fließleistung mit einer Soll-Fließleistung abgleicht und den
Gasdruck im Kopfraum 1a entsprechend weiterregelt; - 6. Gegebenenfalls bei festgestellter Viskositätsänderung, Einstellen eines neuen
Abfülldrucks im Kopfraum 1a , wennein unter Schritt 5 beschriebenes System zur Druckregelung nicht innerhalb einer parametrierbaren Zeit einen neuen Abfülldruck einregeln kann.
- 1. Ermittlung der Viskosität des Füllprodukts während des Anfüllens des Produkttanks
- Determination of a start filling pressure at the start of production or resumption of production after a production stop or a production interruption:
- 1. Determination of the viscosity of the filling product while the product tank is being filled
1 the filling device10 , for example in the product feed7th or in theproduct tank 1 , by means of suitable measuring devices, for example by means of aflow measuring device 8a with the option of viscosity measurement, an inline orprocess viscometer 8b ,8c or by means of at least twopressure sensors 8d ,8e to determine the pressure drop in the product inlet through which the product flows7th ; - 2. Forwarding of the viscosity data, including any detected pressure drop, to the control device
6th ; - 3. Determination of the viscosity-dependent starting filling pressure from one in the control device
6th stored viscosity-filling pressure relationship; - 4. Setting the start filling pressure on the filling device
10 , ie the gas pressure in theheadspace 1a of theproduct tank 1 , during start-up or after an interruption in production using thepressure regulator 9 and thepressure transducer 3 ; - 5. If necessary, pressure control is taken over by a system that compares the current flow rate with a target flow rate and the gas pressure in the
head space 1a regulates accordingly; - 6. If necessary, if the viscosity changes, setting a new filling pressure in the
head space 1a if one understep 5 The described system for pressure regulation cannot regulate a new filling pressure within a parameterizable time.
- 1. Determination of the viscosity of the filling product while the product tank is being filled
Viskositätsabhängige Regelung des Abfülldrucks während der regulären Produktion:
- 1. Ermittlung der Viskosität des Füllprodukts,
beispielsweise im Produktzulauf 7 oder im Produkttank 1 , über dazu geeignete Messgeräte, beispielsweise mittels einer Durchflussmesseinrichtung8a mit der Möglichkeit der Viskositätsmessung, eines Inline- oder Prozess-Viskosimeters 8b ,8c oder mittels zumindest zweier Druckaufnehmer8d ,8e zur Ermittlung des Druckabfallsim durchströmten Produktzulauf 7 ; - 2. Weitergabe der Viskositätsdaten, umfassend einen etwaigen Druckabfall, an
die Steuereinrichtung 6 ; - 3. Ermittlung des viskositätsabhängigen Abfülldrucks, beispielsweise aus einer in
der Steuereinrichtung 6 hinterlegten Viskositäts-Abfülldruck-Beziehung; - 4. Einstellen des Abfülldrucks an der Füllvorrichtung
10 , d.h. desGasdrucks im Kopfraum 1a desProdukttanks 1 , mittels desDruckreglers 9 und desDruckaufnehmers 3 ; - 5.
Wiederholung der Schritte 1 bis4 bis Produktionsende;
- 1. Determination of the viscosity of the filling product, for example in the product feed
7th or in theproduct tank 1 , by means of suitable measuring devices, for example by means of aflow measuring device 8a with the option of viscosity measurement, an inline orprocess viscometer 8b ,8c or by means of at least twopressure sensors 8d ,8e to determine the pressure drop in the product inlet through which the product flows7th ; - 2. Forwarding of the viscosity data, including any pressure drop, to the control device
6th ; - 3. Determination of the viscosity-dependent filling pressure, for example from one in the control device
6th stored viscosity-filling pressure relationship; - 4. Setting the filling pressure on the filling device
10 , ie the gas pressure in theheadspace 1a of theproduct tank 1 , using thepressure regulator 9 and thepressure transducer 3 ; - 5. Repeat the
steps 1 to4th until the end of production;
Je nach Umsetzung der Steuersoftware und/oder Steuerhardware der Steuereinrichtung
Die Steuerung des Abfülldrucks durch die im Produktpfad ermittelte Viskosität des Füllprodukts ermöglicht eine Steigerung des Wirkungsgrads der Füllvorrichtung
Ein so optimierter Abfülldruck trägt ferner zu einer Reduktion oder Vermeidung überfüllter und somit eventuell die Anlage verschmutzender Behälter bei, wodurch Maschinenstopps, Reinigungszeiten und Wiederanfahr-Situationen minimiert werden.A filling pressure optimized in this way also contributes to a reduction or avoidance of overfilled and thus possibly contaminating containers, whereby machine stops, cleaning times and restart situations are minimized.
Produktverluste lassen sich durch die hierin dargelegte Optimierung des Abfülldrucks minimieren. Die bei Fülltests benötigten Materialien - Füllprodukt, Behälter und dergleichen - müssen in der Regel aus hygienischen und qualitativen Gründen verworfen werden. Durch den Wegfall von Fülltests kann der Materialverlust somit minimiert werden. Ferner lassen sich die wegen Über- oder Unterfüllung aussortierten Behälter minimieren. Im Idealfall sind die abgefüllten Behälter ab der ersten Füllerrunde verkaufsfähig, wodurch die Leistungsfähigkeit des Füllers optimiert wird.Product losses can be minimized by optimizing the filling pressure as described here. The materials required for filling tests - filling product, container and the like - usually have to be discarded for reasons of hygiene and quality. By eliminating filling tests, material loss can be minimized. Furthermore, the containers rejected due to overfilling or underfilling can be minimized. Ideally, the filled containers are salable from the first round of filling, which optimizes the performance of the filler.
Ein weiterer technischer Beitrag besteht in einer Verbesserung der Abfüllgenauigkeit durch stets optimale, über die viskositätsabhängige Abfülldruckregelung eingestellte Fließleistungen. Auf selbst geringfügige Viskositätsschwankungen bei gleichzeitiger Beeinträchtigung der Abfüllgenauigkeit kann schnell, nahezu unmittelbar reagiert werden. Durch nahezu konstante Abfüllbedingungen ergibt sich eine Verringerung verschmutzter Behälter.Another technical contribution consists in improving the filling accuracy by means of always optimal flow rates set via the viscosity-dependent filling pressure control. Even slight fluctuations in viscosity with a simultaneous impairment of the filling accuracy can respond quickly, almost immediately. The almost constant filling conditions result in a reduction in soiled containers.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all of the individual features shown in the exemplary embodiments can be combined with one another and / or exchanged without departing from the scope of the invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem FüllproduktDevice for filling containers with a filling product
- 11
- ProdukttankProduct tank
- 1a1a
- Kopfraum des ProdukttanksHeadspace of the product tank
- 22
- FüllorganFilling organ
- 33
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 44th
- FüllstandsaufnehmerLevel sensor
- 55
- TemperaturaufnehmerTemperature sensor
- 66th
- SteuereinrichtungControl device
- 77th
- ProduktzulaufProduct feed
- 88th
- ViskositätsermittlungseinrichtungViscosity determination device
- 8a8a
- DurchflussmesseinrichtungFlow meter
- 8b8b
- Inline-ViskosimeterInline viscometer
- 8c8c
- Prozess-ViskosimeterProcess viscometer
- 8d8d
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 8e8e
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 99
- DruckreglerPressure regulator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013100702 A1 [0011]DE 102013100702 A1 [0011]
- WO 9700224 A1 [0011]WO 9700224 A1 [0011]
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CN202011117352.7A CN112758394B (en) | 2019-10-21 | 2020-10-19 | Apparatus and method for filling a container with a filling product |
EP20203035.9A EP3812344A1 (en) | 2019-10-21 | 2020-10-21 | Device and method for filling a container with a filling product |
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