DE102021115381A1

DE102021115381A1 - Verfahren und System zur Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage

Info

Publication number: DE102021115381A1
Application number: DE102021115381.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Poeschl
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2021-06-14
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2022-12-15
Also published as: EP4105163A1; JP2022190687A; US20220396463A1; US20240317562A1; US12043532B2; CN115477268A

Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage (1), vorzugsweise einer Getränkeabfüllanlage, die zumindest eine Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) zur Behandlung von Behältern (100) und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) umfasst, wobei das Verfahren aufweist: Senden von Echtzeitprozessdaten von der Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) an eine Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung, wobei die Echtzeitprozessdaten vorzugsweise durch einen oder mehrere Sensoren (25a, 27) der Behälterbehandlungsanlage (1) erfasst werden; Ermitteln zumindest eines Prozessparameters durch die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung in Abhängigkeit der empfangenen Echtzeitprozessdaten; und Schreiben des ermittelten Prozessparameters in die Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39), wodurch der Behälterbehandlungsprozess der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) angepasst wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage, insbesondere Getränkeabfüllanlage, die zumindest eine Behälterbehandlungsstation zur Behandlung von Behältern und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation umfasst, und ein System umfassend eine Behälterbehandlungsanlage.
Stand der Technik
In der Getränkeabfüllindustrie, umfassend Anlagen und Prozesse zum Abfüllen von Getränken, Herstellen, Verschließen, Etikettieren von Behältern und dergleichen, finden zunehmend komplexe Steuerungen Anwendung, die Einstellungen der Industrieanlagen automatisch oder teilautomatisiert vornehmen. So beschreiben die EP 3 495 911 A1 und WO 2019/048051 A1 Verfahren zum automatisierten Anpassen von Prozessparametern einer Abfüllanlage.
Die Inbetriebnahme einer solchen Anlage oder ein Sortenwechsel, etwa ein Wechsel des abzufüllenden Produkts oder des Behälterformats, erfolgt beispielsweise dadurch, dass eine Bedienperson eine vorher angelegte Sorte im Menü eines HMI-Moduls („Human-Maschine-Interface-Module“) auswählt. Der ausgewählten Sorte sind Maschinen- und Prozessparameter (Abfülldruck, Vorspannzeit, Füllkurve usw.) als Datensatz hinterlegt, die zur Ansteuerung der Anlage herangezogen werden. Alternativ können die Sorten zentral in einem LMS (Line-Management-System) verwaltet und bei Bedarf an die entsprechende Anlage übertragen werden.
Die Maschinen- und Prozessparameter für eine gewünschte Sorte, hierin auch als „Sortenparameter“ bezeichnet, können über Algorithmen, umfassend einfache Formeln bis hin zu komplexen, regelbasierten Berechnungsvorschriften, ermittelt werden, um flexibel auf unterschiedliche Prozess- und Umgebungsbedingungen reagieren zu können. Diese Sortenparameter werden bei Auslieferung der Maschine je Sorte in die Steuerung implementiert und bestimmen den späteren Füllprozess. Als mögliche Eingabe für den Algorithmus kommen produktspezifische Parameter (beispielsweise Brix-Grad, CO₂-Gehalt, Temperatur usw.), behälterspezifische Parameter (beispielsweise Flaschengröße, Kopfraumgröße, Mündungsquerschnitt usw.) und Umgebungsparameter in Betracht, aus denen dann kundenspezifisch die entsprechenden Maschinen- und Prozessparameter algorithmisch ermittelt werden. Die Algorithmen wiederum werden aktuell mithilfe von Labormessungen entwickelt.
Die in der Steuerung einer Anlage implementierten Sortenparameter sind starr, sie reagieren nicht auf Veränderungen des Produktes oder Umgebungsveränderungen, was zu Füllproblemen führen kann. Zwar lässt sich die Anlage durch eine Bedienperson manuell parametrieren, allerdings ist dafür hoch spezialisiertes Fachwissen erforderlich. Erschwert wird eine manuelle Parametrierung dadurch, dass die Parameter oft voneinander abhängen. So zieht eine Erhöhung des Abfülldrucks beispielsweise eine längere Entlastungszeit nach sich. Eine fehlerhafte Bedienung/Parametrierung der Anlage kann zudem Schäden und hohe Kosten verursachen.
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage, vorzugsweise Getränkeabfüllanlage, zu verbessern, insbesondere deren Parametrierung zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das Verfahren gemäß der Erfindung dient der Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage. Die Behälterbehandlungsanlage umfasst zumindest eine Behälterbehandlungsstation zur Behandlung von Behältern und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation. Die Steuerungseinrichtung kann Bestandteil der Behälterbehandlungsstation sein oder dieser unmittelbar oder mittelbar zugeordnet sein, wenn es sich beispielsweise um eine übergeordnete Anlagensteuerung handelt.
Die Behälterbehandlungsanlage kann mehrere Behälterbehandlungsstationen umfassen, so dass mehrere Behandlungen bzw. Behandlungsschritte an den Behältern durchführbar sind. Die Behälterbehandlungsanlage kann beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Behälterbehandlungsstationen umfassen: eine Vorrichtung zur Herstellung von Behältern; eine Vorrichtung zum Befüllen der Behälter mit einem Füllprodukt; eine Vorrichtung zum Verschließen der Behälter mit je einem Behälterverschluss; eine Vorrichtung zur Etikettierung der Behälter; eine Vorrichtung zur Qualitätsprüfung der Behälter; einen Puffer zur temporären Pufferung von Behältern sowie zum Ausgleich etwaiger unterschiedlicher Verarbeitungs-/Transportgeschwindigkeiten zwischen Anlagenteilen; eine Packvorrichtung zum Verpacken der befüllten Behälter.
Besonders bevorzugt ist die Behälterbehandlungsanlage eine Getränkeabfüllanlage, so dass zumindest eine der Behälterbehandlungsstationen eine Füllvorrichtung ist, eingerichtet, um ein Füllprodukt in die Behälter einzuleiten.
Gemäß der Erfindung werden Echtzeitprozessdaten von der Steuerungseinrichtung an eine Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung gesendet. Die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ist vorzugsweise eine externe Einrichtung, d.h. sie ist in diesem Fall von der Behälterbehandlungsanlage räumlich getrennt. Die Echtzeitprozessdaten können durch entsprechende Sensoren gewonnen werden, die den Behälterbehandlungsprozess überwachen. Die Echtzeitprozessdaten betreffen beispielsweise Temperaturen, Drücke, Füllstände und dergleichen. Echtzeitprozessdaten können auch durch eine oder mehrere Kameras erhalten werden, die hierin unter die Bezeichnung „Sensor“ fallen.
Die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ermittelt zumindest einen Prozessparameter unter Verwendung, d.h. unter Berücksichtigung der empfangenen Echtzeitprozessdaten. Prozessparameter dienen der Steuerung der Behälterbehandlungsanlage bzw. der betreffenden Behälterbehandlungsstation(en). In der Regel wird die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung mehrere Prozessparameter aus den Echtzeitprozessdaten ermitteln, beispielsweise eine einzustellende Füllkurve, Drücke, Vorspann- und/oder Entlastungszeiten und dergleichen.
Der so ermittelte, zumindest eine Prozessparameter wird von der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung in die Steuerungseinrichtung der betreffenden Behälterbehandlungsstation geschrieben, wodurch der Behälterbehandlungsprozess angepasst wird.
Es ist am Ort der Behälterbehandlungsanlage somit wesentlich weniger Expertise erforderlich, um die Anlage in Betrieb zu nehmen und zu betreiben, da die Konfiguration und Steuerung der Anlage zumindest teilweise an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ausgelagert sind. Eine so optimierte Behälterbehandlungsanlage ist besonders flexibel konfigurierbar und läuft in Summe stabiler. Die Inbetriebnahme der Anlage, ein Sortenwechsel, eine Leistungsoptimierung, eine etwaige Fehlerbehebung usw. gehen wesentlich schneller und sicherer vonstatten. Dies reduziert ferner den Schulungsaufwand und verursacht weniger Probleme bei etwaigen personellen Fluktuationen auf Seiten der Anwender der Behälterbehandlungsanlage. Die zentralisierte Optimierung trägt auch zur Verringerung von Ausschuss auf Kundenseite bei.
Darüber hinaus wird ein zentraler Rückfluss an Daten von der Behälterbehandlungsanlage und den zugehörigen Verarbeitungsprozessen generiert, der eine Auslegungen anhand von realen Werten im Feld ermöglicht. Diese „Feedbackschleife“ beschleunigt die Produktentwicklung und Produktverbesserung auf Herstellerseite, da nun ein Strom an Realdaten aus der Praxis für die Auslegungen der Anlage, für Labore, Neu- und Weiterentwicklungen zur Verfügung steht.
Die Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung und der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung kann drahtlos oder drahtgebunden, digital oder analog erfolgen. Dies gilt gleichermaßen für alle anderen hierin beschriebenen elektronischen Einrichtungen, die miteinander in Kommunikation stehen, d.h. Daten/Signale in zumindest einer Richtung senden und/oder empfangen.
Vorzugsweise erfolgt eine Anpassung des Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation durch die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung in regelmäßigen Zeitintervallen, beispielsweise minütlich. Auf diese Weise kann ein besonders stabiler Betrieb gewährleistet werden. Die Anpassung umfasst hierbei zumindest das Ermitteln eines oder mehrerer Prozessparameter durch die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung und das Schreiben der ermittelten Prozessparameter in die Steuerungseinrichtung. Das Auslesen der Echtzeitprozessdaten kann, muss aber nicht im gleichen Rhythmus erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Prozessanpassung durch ein Ereignis ausgelöst werden. Ein solches Ereignis kann etwa durch die Echtzeitprozessdaten ausgelöst werden, beispielsweise bei Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts oder durch eine Änderung der Maschinenkonfiguration.
Vorzugsweise umfasst die Steuerungseinrichtung ein HMI-Modul („Human-Maschine-Interface-Module“) oder steht mit einem solchen in Kommunikation. Das HMI-Modul empfängt Benutzereingaben zum Behälterbehandlungsprozess, erstellt daraus Benutzerdaten und sendet diese an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung. Die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung berücksichtigt in diesem Fall die empfangenen Benutzerdaten bei der Erstellung des Prozessparameters bzw. der Prozessparameter, d.h. die Prozessparameter hängen von den Benutzerdaten ab. Auf diese Weise können Benutzereingaben extern verarbeitet werden und gehen in den Betrieb der Anlage ein, so dass die Steuerungseinrichtungen, Datenbanken, Algorithmen usw. vor Ort weniger komplex ausfallen können, was nicht nur die Kosten für die Anschaffung und den Betrieb einer solchen Behälterbehandlungsanlage reduziert, sondern zur Stabilität des Betriebs und zur Flexibilität der Anlage beiträgt.
Das HMI-Modul ist vorzugsweise eine portable Einrichtung, beispielsweise ein Smartphone oder Tablet, so dass der Benutzer die gewünschten Informationen ortsunabhängig bereitstellen kann.
Die vom Benutzer bzw. einer Bedienperson bereitgestellten Benutzerdaten können beispielsweise den aktuellen Zustand der Behälterbehandlungsanlage betreffen, beispielsweise Informationen zu einem etwaigen Ausschuss, Umgebungstemperatur, Füllproduktqualität usw., und/oder einen gewünschten Zustand betreffen, beispielsweise bei einem Sortenwechsel. Dazu ist auf dem HMI-Modul vorzugsweise eine Benutzer-App installiert, welche die Benutzereingaben möglichst benutzerfreundlich bezieht. Die Komplexität der Benutzer-App kann auf das Fachwissen des Bedienpersonals zugeschnitten sein, wobei sie dem Benutzer vorzugsweise Fragen zum Zustand und/oder Prozessverhalten der Behälterbehandlungsanlage und/oder deren zumindest einen Behälterbehandlungsstation stellt, die vom Benutzer beispielsweise über Multiple Choice, Fließtext oder Spracheingabe beantwortet werden.
Vorzugsweise werden die an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung gesendeten Echtzeitprozessdaten und/oder die vom HMI-Modul empfangenen Benutzerdaten ferner von einer Entwicklungseinrichtung erfasst. Die Entwicklungseinrichtung nutzt diese Daten zur Entwicklung von Berechnungsvorschriften zur Berechnung von Prozessparametern oder Konfigurationsdaten. Durch den Datenrücklauf an eine Entwicklungseinrichtung können die Produktentwicklung und Produktverbesserung auf Herstellerseite deutlich vereinfacht und beschleunigt werden.
So können durch die Entwicklungseinrichtung beispielsweise Berechnungsvorschriften für Sortenparameter entwickelt und/oder optimiert werden. Diese Berechnungsvorschriften empfangen beispielsweise als Eingabe Produktgrößen (Brix-Grad, CO₂-Gehalt, Produkttemperatur, usw.), Behälterformatgrößen (Behältervolumen, Kopfraumvolumen, Mündungsquerschnitt, Behälterform, Behältermaterial usw.), Anlagenleistung und dergleichen und berechnen zugehörige Prozessparameter, die als wählbare Konfiguration in der entsprechenden Steuerungseinrichtung hinterlegt und/oder von der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung herangezogen werden können. Die genannten Berechnungsvorschriften können durch selbstlernende Algorithmen optimiert werden, so dass durch den Datenrücklauf der Behälterbehandlungsanlage aus der Praxis eine ständige Optimierung der Berechnungsvorschriften sowie Prozessparameter stattfinden kann.
Die Bezeichnung „Berechnungsvorschrift“ umfasst hierbei einfache Berechnungsformeln bis hin zu komplexen Algorithmen.
Vorzugsweise empfängt die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ferner Konfigurationsdaten von einem Konfigurator. Die Konfigurationsdaten bestimmen beispielsweise die zur Ermittlung des zumindest einen Prozessparameters heranzuziehenden Echtzeitprozessdaten und/oder zumindest ein Optimierungsziel (Füllerleistung, Ausschussminimierung usw.). Die Konfigurationsdaten werden von der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung zur Ermittlung der Prozessparameter berücksichtigt. Auf diese Weise kann die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung und damit mittelbar die Behälterbehandlungsanlage schnell und einfach konfiguriert werden, ohne dass die dafür notwendige Expertise vor Ort vorhanden sein muss.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Behälterbehandlungsstation eine Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt. Als Füllprodukt kommen besonders bevorzugt Getränke in Betracht, beispielsweise Wasser (still oder karbonisiert), Softdrinks, Säfte, Bier, Wein, Milchprodukte, Mischgetränke und dergleichen. Füllvorrichtungen sind maschinenbaulich komplex, und deren Inbetriebnahme, Konfiguration usw. ist normalerweise ohne tiefgehendes Fachwissen kaum möglich. Die teilweise oder vollständige Auslagerung dieser Aufgaben an eine (externe) Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ist daher im Fall einer Getränkeabfüllanlage mit einer Füllvorrichtung von besonderer Bedeutung.
Hierbei können die von der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ermittelten Prozessparameter beispielsweise einen oder mehrere der folgenden umfassen: Abfülldruck, Vorspannzeit, Vorspanndruck, Füllgeschwindigkeit, Füllkurve, Entlastungszeit und/oder Kesseldruck. Alternativ oder zusätzlich können die zu beziehenden Echtzeitprozessdaten Informationen zu einer oder mehreren der folgenden Größen umfassen: Brix-Grad des Füllprodukts, CO₂-Gehalt des Füllprodukts, Füllprodukttemperatur, Füllhöhe, Kopfraumvolumen des befüllten Behälters.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein System mit einer Behälterbehandlungsanlage, vorzugsweise Getränkeabfüllanlage, die zumindest eine Behälterbehandlungsstation zur Behandlung von Behältern und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation umfasst, und einer Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung gelöst.
Die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung ist aufgebaut und eingerichtet, um Echtzeitprozessdaten, die vorzugsweise durch einen oder mehrere Sensoren der Behälterbehandlungsanlage erfasst werden, von der Steuerungseinrichtung zu empfangen, zumindest einen Prozessparameter unter Berücksichtigung, d.h. in Abhängigkeit der empfangenen Echtzeitprozessdaten zu ermitteln, und den ermittelten zumindest einen Prozessparameter in die Steuerungseinrichtung zu schreiben, wodurch der Behälterbehandlungsprozess der Behälterbehandlungsstation angepasst wird.
Die technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsformen, die vorstehend in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für das System.
So ist aus den oben genannten Gründen vorzugsweise ein HMI-Modul vorgesehen, das Bestandteil der Steuerungseinrichtung ist oder mit dieser in Kommunikation steht, wobei das HMI-Modul eingerichtet ist, um Benutzereingaben zum Behälterbehandlungsprozess zu empfangen, daraus Benutzerdaten zu erstellen und diese an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung zu senden, wobei die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung in diesem Fall eingerichtet ist, um den zumindest einen Prozessparameter ferner unter Berücksichtigung der empfangenen Benutzerdaten zu ermitteln. Das HMI-Modul ist hierbei vorzugsweise eine portable Einrichtung, beispielsweise ein Smartphone oder Tablet mit einer installierten Benutzer-App.
Vorzugsweise umfasst das System aus den oben genannten Gründen ferner eine Entwicklungseinrichtung, die mit der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung gesendeten Echtzeitprozessdaten und/oder die vom HMI-Modul empfangenen Benutzerdaten zu erfassen und unter Berücksichtigung derselben Berechnungsvorschriften zur Berechnung von Prozessparametern zu entwickeln, vorzugsweise unter Verwendung selbstlernender Algorithmen.
Vorzugsweise umfasst das System aus den oben genannten Gründen ferner einen Konfigurator, der eingerichtet ist, um Konfigurationsdaten an die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung zu senden, wobei die Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung in diesem Fall eingerichtet ist, um die Konfigurationsdaten zu empfangen und den zumindest einen Prozessparameter ferner unter Berücksichtigung der empfangenen Konfigurationsdaten zu ermitteln.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Behälterbehandlungsstation aus den oben genannten Gründen eine Füllvorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, insbesondere einem Getränk.
Hierbei umfassen die von der Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung zu ermittelnden Prozessparameter einen oder mehrere der folgenden: Abfülldruck, Vorspannzeit, Vorspanndruck, Füllgeschwindigkeit, Füllkurve, Entlastungszeit und/oder Kesseldruck. Die hierfür zu beziehenden Echtzeitprozessdaten können Informationen zu einer oder mehreren der folgenden Größen umfassen: Brix-Grad des Füllprodukts, CO₂-Gehalt des Füllprodukts, Füllprodukttemperatur, Füllhöhe, Kopfraumvolumen des befüllten Behälters.
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.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Getränkeabfüllanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel, umfassend eine Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt;
2 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine beispielhafte Füllkurve, welche die Fließgeschwindigkeit beim Einleiten des Füllprodukts in einen Behälter als Funktion der Zeit darstellt; und
4 ein Schema der Füllprozessoptimierung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
Die 1 zeigt ein System mit einer schematisch dargestellten Getränkeabfüllanlage 1, die mehrere Behälterbehandlungsstationen umfasst. Die Getränkeabfüllanlage 1 ist ein Beispiel für eine Behälterbehandlungsanlage, wobei in diesem Fall zumindest eine der Behälterbehandlungsstationen eine Vorrichtung 20 zum Befüllen der Behälter (in der 1 nicht gezeigt) mit einem Füllprodukt, insbesondere einem Getränk, ist.
Die Getränkeabfüllanlage 1 umfasst gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die folgenden Behälterbehandlungsstationen: eine Vorrichtung 10 zur Herstellung von Behältern, hierin auch als „Behälterherstellungsvorrichtung“ bezeichnet; eine Vorrichtung 20 zum Befüllen der Behälter mit einem Füllprodukt, hierin auch als „Füllvorrichtung“ bezeichnet; eine Vorrichtung 30 zum Verschließen der Behälter mit je einem Behälterverschluss, beispielsweise Kronkorken oder Drehverschluss, hierin auch als „Verschließvorrichtung“ bezeichnet; eine Vorrichtung 40 zur Etikettierung der Behälter, hierin auch als „Etikettierer“ bezeichnet; einen Puffer 50 zur temporären Pufferung von befüllten und etikettierten Behältern sowie zum Ausgleich etwaiger unterschiedlicher Verarbeitungs-/Transportgeschwindigkeiten zwischen Anlagenteilen; eine Packvorrichtung 60 zum Verpacken der Behälter; Roboter 70 zur Lagenherstellung; und einen Palettierer 80, der die verpackten Behälter auf Ladungsträger zusammenfasst.
Die Getränkeabfüllanlage 1 umfasst demnach eine oder mehrere Behälterbehandlungsstationen, die beispielsweise von der Herstellung der Behälter über deren Befüllung, das Verschließen, Etikettieren bis hin zum Verpacken derselben sukzessive durchlaufen werden. Zu diesem Zweck werden die Behälter beziehungsweise deren Vorformlinge, eine auch als „Preform“ bezeichnete Vorstufe der Behälter vor dem Blasformen oder Streckblasformen, entlang eines Förderwegs transportiert. Der Transport erfolgt mittels Transportsternen, Transportbänder und dergleichen, die in der 1 teilweise schematisch dargestellt sind. Vorformlinge, Behälter, Behälterverschlüsse sowie dafür eingerichtete Halterungen/Klammern sind der Übersichtlichkeit halber in der 1 nicht dargestellt. Transporteinrichtungen wie Transportsterne oder Transportbänder können allein der Förderung dienen oder mit Behandlungsorganen entsprechend den Behandlungsstationen ausgestattet sein.
Die in der 1 gezeigten Behälterbehandlungsstationen der Getränkeabfüllanlage 1 sind nur beispielhaft. So kann die Behälterbehandlungsanlage bzw. Getränkeabfüllanlage 1 mit weiteren oder alternativen Behälterbehandlungsstationen, wie etwa einer Reinigungsvorrichtung, einer Prüfvorrichtung zur Sicherstellung der Qualität, beispielsweise zum Prüfen, ob Fremdpartikel in die abgefüllten Behälter gelangt sind, und dergleichen ausgestattet sein. Ebenso können Stationen entfallen, wie etwa die Behälterherstellungsvorrichtung 10, wenn die Behälter bereits in der endgültigen, zu befüllenden Form angeliefert werden, der Puffer 50, die Packvorrichtung 60 und/oder andere.
Die Behälterherstellungsvorrichtung 10 weist eine Einrichtung 11 zum Vorbereiten und Vorwärmen von Vorformlingen aus Kunststoff, vorzugsweise PET, auf. Die so vorbereiteten Vorformlinge werden an eine Blaseinrichtung 12 übergeben, in der die erwärmten Vorformlinge durch Blasen oder Streckblasen zu den zu befüllenden Behältern expandiert werden. Zu diesem Zweck werden die Vorformlinge in Blasformen, deren Hohlraumkonturder beabsichtigten Behälteraußenform entspricht, mit einem Gas unter Druck beaufschlagt und beim Streckblasen auch mit einer Streckstange/Reckstange gedehnt, um die Vorformlinge in die gewünschte Behälterform zu bringen. Die Behälterherstellungsvorrichtung 10 kann eine nicht näher dargestellte Vorrichtung zur Reinigung, Sterilisierung und/oder Beschichtung der Behälter umfassen.
Die so hergestellten Behälter werden an die Füllvorrichtung 20 übergeben. In den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 beruht die Füllvorrichtung 20 auf einer Rundläuferbauweise. Sie umfasst zu diesem Zweck ein Füllerkarussell 21, an dessen Außenumfang eine Vielzahl von Füllorganen (in der 1 nicht dargestellt) vorgesehen ist, die zum Einleiten des Füllprodukts in die Behälter eingerichtet sind. Die Füllvorrichtung 20 kann einen Mixer 20a umfassen, der eingerichtet ist, um ein Füllprodukt bestehend aus mehreren Komponenten herzustellen, beispielsweise durch Einmischen von Sirup in einen Trinkwasserstrom.
Nach dem Befüllen werden die Behälter an die Verschließvorrichtung 30 übergeben, die ebenfalls in Rundläuferbauweise ausgeführt sein kann. Die Verschließvorrichtung 30 umfasst hierfür ein Verschließerkarussell 31, an dessen Außenumfang eine Vielzahl von Verschließorganen (in der 1 nicht dargestellt) vorgesehen ist, die zum Verschließen der befüllten Behälter mit je einem Behälterverschluss eingerichtet sind.
Die Übergabe der befüllten Behälter von der Füllvorrichtung 20 an die Verschließvorrichtung 30 kann unmittelbar vom Füllerkarussell 21 an das Verschließerkarussell 31 oder mithilfe eines oder mehrerer Transfersterne erfolgen. Alternativ können die Füllvorrichtung 20 und die Verschließvorrichtung 30 zu einem Füller/Verschließer integriert sein, bei dem die Bearbeitungsprozesse Befüllen und Verschließen an unterschiedlichen Behandlungswinkeln ein und desselben Behandlungskarussells erfolgen.
Die 2 zeigt schematisch eine beispielhafte Vorrichtung 20 zum Befüllen von Behältern 100 mit einem Füllprodukt.
In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Füllvorrichtung 20 ein Füllventil 23, das über eine Ventilmündung 23a ein Füllprodukt in den Behälter 100 einleitet. Als Füllprodukt kommen vorzugsweise Getränke in Betracht, beispielsweise Wasser (still oder karbonisiert), Softdrinks, Säfte, Bier, Wein, Milchprodukte, Mischgetränke und dergleichen.
Während des Füllprozesses steht die Mündung 110 des Behälters 100 vorzugsweise mit dem Füllventil 23 druckdicht in Kontakt, wodurch der Füllprozess als Gegendruckverfahren oder Unterdruckverfahren durchführbar ist. Allerdings kann das Füllventil 2 auch als Freistrahlventil ausgebildet sein, so dass das Füllprodukt nach Überbrückung eines Freistrahlbereichs in die Mündung 110 des Behälters 100 eingefüllt wird. Ferner können der Füllprozess und gegebenenfalls ein anschließendes Verschließen des Behälters 100 in einer druck- und vakuumdichten Behandlungskammer (in den Figuren nicht gezeigt) stattfinden, die es ermöglicht, eine definierte Atmosphäre mit einem definierten Druck bereitzustellen, um beispielsweise einer etwaigen Überschäumneigung des Füllprodukts entgegenzuwirken oder den Behälter 100 in einer definierten Gasatmosphäre und/oder unter Vakuum oder Überdruck zu verschließen.
Der zu befüllende Behälter 100 wird über eine Behälterhalterung 24 während der Befüllung an dem oder unter dem Füllventil 23 gehalten. Die Behälterhalterung 24 weist vorzugsweise eine Halteklammer 24a zum Halten des zu befüllenden Behälters 100 im Halsbereich auf, etwa unterhalb eines hier nicht gezeigten Halsrings des Behälters 100. Es wird hierbei auch von einem sogenannten „neck handling“ des Behälters 100 gesprochen. Das „neck handling“ findet insbesondere im Fall des Befüllens von Kunststoffbehältern in Form von PET-Flaschen Anwendung. In einer in den Figuren nicht gezeigten Alternative kann der zu befüllende Behälter 100 auch in seinem Bodenbereich gehalten beziehungsweise gestützt werden, beispielsweise durch einen Führungsteller, auf dem der zu befüllende Behälter 100 aufsteht. Es wird hierbei auch von einem sogenannten „base handling“ des Behälters 100 gesprochen. Das „base handling“ findet insbesondere im Fall des Befüllens von Glasflaschen Anwendung. In einer in den Figuren ebenfalls nicht gezeigten Alternative kann der zu befüllende Behälter 100 auch im Bereich des Behälter- bzw. Flaschenbauchs oder auf eine andere geeignete Weise gehalten und/oder gestützt und transportiert werden.
Das Füllventil 23 ist besonders bevorzugt als Proportionalventil 23b ausgebildet oder umfasst ein solches, das der Ventilmündung 23a vorgelagert ist, d.h. stromaufwärts der Ventilmündung 23a angeordnet ist. Optional kann im Bereich der Ventilmündung 23a ein Sperrventil vorgesehen sein, das die Ventilmündung 23a nach Bedarf öffnet/schließt. Das Proportionalventil 23b ist eingerichtet, um den Volumenstrom des Füllprodukts zu variieren, somit die pro Zeiteinheit in den Behälter 100 eingeleitete Füllproduktmenge zu regulieren. Ziel ist es, ein effizientes, exaktes und produktschonendes Befüllen entlang einer definierten Füllkurve, die im Allgemeinen eine zeitabhängige Funktion der Füllgeschwindigkeit oder des Volumenstroms ist, sicherzustellen.
Das Proportionalventil 23b kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass ein vom Füllprodukt durchflossener Ringspalt in seiner Dimension variierbar ist. Die Schaltstellung des Proportionalventils 23b, also beispielsweise die aktuell geschaltete Abmessung/Dimension des Ringspalts, ist bekannt und reproduzierbar einstellbar, beispielsweise durch die Verwendung eines Schrittmotors zum Antrieb des Proportionalventils 23b.
Mit dem Proportionalventil 23b können eine oder mehrere Eigenschaften der Füllkurve (vgl. 3), wie beispielsweise das Füllende bei Erreichen eines gewünschten Füllniveaus oder die Füllkurve in ihrer Gesamtheit festgelegt werden.
Das Füllprodukt wird vor der eigentlichen Abfüllung in die zu befüllenden Behälter 100 in einem Füllproduktreservoir 25 zwischengelagert, wobei das Füllproduktreservoir25 hier in Form eines Zentralkessels eines Rundläuferfüllers gezeigt ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Füllproduktreservoir 25 auch in Form eines Ringkessels, einer Ringleitung oder einer Verteilerzuführung ausgebildet sein.
In dem Füllproduktreservoir 25 ist das Füllprodukt bis zu einer bestimmten Füllhöhe eingefüllt und kann von dort aus über eine Füllproduktleitung 26, die hier beispielhaft einen ersten Leitungsabschnitt 26a, einen zweiten Leitungsabschnitt 26b, einen dritten Leitungsabschnitt 26c sowie einen vierten Leitungsabschnitt 26d aufweist, zum Füllventil 23 fließen und von dort aus in den zu befüllenden Behälter 100 eingeleitet werden.
Neben dem Proportionalventil 23b zur Steuerung oder Regelung des Füllproduktflusses ist weiterhin ein Durchflussmesser 27 vorgesehen, der für eine Detektion der Fluidmenge bzw. des Volumenstroms des die Füllproduktleitung 26 durchfließenden Füllprodukts eingerichtet ist. Mittels des Durchflussmessers 27 kann gegebenenfalls auch die in den Behälter 100 eingebrachte Füllproduktmenge ermittelt werden, etwa durch Integrieren bzw. Aufsummieren des ermittelten Volumenstroms. Auf diese Weise kann nach Erreichen eines gewünschten Füllproduktniveaus in dem Behälter 100 der Füllvorgang durch Schließen des Proportionalventils 23b und/oder durch Schließen eines hier nicht gezeigten Sperrventils beendet werden kann. Alternativ zum Durchflussmesser 27 sind auch andere Sensoren anwendbar, wie beispielsweise Wägezellen und/oder Kurzschlusssonden. Alternativ kann auf einen Sensor verzichtet werden, wenn ein Zeitfüllprozess zur Anwendung kommt, dem zur Ermittlung des Volumenstroms beispielsweise Rechenmodelle zu Grunde liegen.
Das Füllventil 23 inkl. Proportionalventil 23b, der Durchflussmesser 27 und Abschnitte der Füllproduktleitung 26, etwa die Leitungsabschnitte 26b, 26c und 26d, können eine gedankliche und/oder bauliche Einheit bzw. Komponente bilden, die hierin als Füllorgan 22 bezeichnet ist.
Die in der 2 gezeigte Füllvorrichtung 20 zeigt nur ein Füllorgan 22, das mit dem Füllproduktreservoir 25 in Fluidverbindung steht. Die Füllvorrichtung 20 weist jedoch vorzugsweise eine Vielzahl von Füllorganen 22 auf, die etwa um das dann gemeinsame Füllproduktreservoir 25 herum und am Außenumfang des Füllerkarussells 21 (vgl. 1) angeordnet sind, um auf diese Weise einen Füller in Rundläuferbauweise auszubilden. Das Füllerkarussell 21 rotiert um eine schematisch gezeigte Rotationsachse R, um während der Rotation die Behälter 100 zu befüllen und diese gleichzeitig entlang einer kreisförmigen Trajektorie zu transportieren. Am Umfang des Füllerkarussells 21 können beispielsweise mehr als 20 oder 50 Füllorgane 22 angeordnet sein, sodass eine effiziente Befüllung eines dem Rundläuferfüller zugeführten Stromes an zu befüllenden Behältern 100 durchführbar ist.
Die Füllvorrichtung 20 kann - als Bestandteil oder außerhalb des Füllorgans 22 - einen oder mehrere Filter 28 aufweisen, angeordnet vorzugsweise zwischen dem ersten Abschnitt 26a und dem zweiten Abschnitt 26b der Füllproduktleitung 26. Der Filter 28 ist eingerichtet, um eine Reinigung des Füllprodukts vor der Abfüllung vorzunehmen, beispielsweise um Partikel, Viren, Bakterien, Keime, Pilze usw. aus dem Füllprodukt herauszufiltern.
Die aktuelle Füllhöhe des Füllprodukts im Füllproduktreservoir 25 kann beispielsweise mittels einer Füllhöhensonde 25a gemessen werden.
Die Füllvorrichtung 20 weist ferner eine Füllersteuerung 29 auf, die zur Kommunikation mit dem Füllorgan 22 eingerichtet ist. Insbesondere steht die Füllersteuerung 29 mit dem Proportionalventil 23b, der Füllhöhensonde 25a sowie dem Durchflussmesser 27 in Kommunikation, um unter Verwendung der vom Durchflussmesser 27 ermittelten Volumenstromwerte die aktuelle Schaltstellung des Proportionalventils 23b festzulegen. Ferner kann eine Auswertung der Füllhöhe im Füllproduktreservoir 25 mittels der Füllersteuerung 29 erfolgen. Die Füllhöhensonde 25a und der Durchflussmesser 27 sind beispielhafte Sensoren zur Überwachung des Füllprozesses.
Zurückkommend auf die 1 können auch die anderen Behälterbehandlungsstationen mit entsprechenden Steuerungseinrichtungen ausgestattet sein; beispielhaft sind eine Behälterherstellungssteuerung 19 und eine Verschließersteuerung 39 eingezeichnet. Die einzelnen Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 können zentral oder dezentral, Bestandteil internetbasierter und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen. Die Kommunikation der Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 untereinander und/oder mit einer übergeordneten Anlagensteuerung 9 und/oder mit den anzusteuernden Komponenten, auszulesenden Sensoren usw. kann drahtlos oder drahtgebunden, digital oder analog erfolgen. Ferner müssen die Steuerungseinrichtungen 9, 19, 29, 39 nicht durch seperate Einrichtungen implementiert sein, sondern können teilweise oder vollständig integriert sein.
Die Anlagensteuerung 9 kann als LMS (Line-Management-System) realisiert sein, das die verschiedenen Stationen der Getränkeabfüllanlage 1 überwacht und/oder steuert, beispielsweise über eine Kommunikation mit den untergeordneten, stationsspezifischen Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39.
Die Füllersteuerung 29 (gegebenenfalls in Zusammenwirkung mit der Anlagensteuerung 9) ist eingerichtet, um das Füllorgan 22 der Füllvorrichtung 20 so anzusteuern, dass das Füllprodukt in der gewünschten Menge und Geschwindigkeit in den Behälter 100 eingeleitet wird. Zu diesem Zweck können in der Füllersteuerung 29 oder Anlagensteuerung 9 ein oder mehrere Prozessparametersätze hinterlegt sein, die das Prozessverhalten der Füllvorrichtung 20 vorgeben, beispielsweise Drücke, Entlastungszeiten und dergleichen. Diese Parametersätze sind in der Regel voreingestellt und können beispielsweise verschiedenen abzufüllenden Füllproduktsorten zugeordnet sein.
Im einfachsten Fall wird das Füllprodukt mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit bzw. einem konstanten Volumenstrom in den Behälter 100 eingeleitet. Eine komplexere, beispielhafte Füllkurve K, welche die Fließgeschwindigkeit beim Einleiten des Füllprodukts in den Behälter 100 als Funktion der Zeit darstellt, geht aus der 3 hervor. Die Füllkurve K lässt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel in drei Abschnitte K_A, K_B und Kc unterteilen.
Zu Beginn des Füllvorgans im Füllkurvenabschnitt K_A wird mit einer Hauptfließgeschwindigkeit von beispielsweise 170ml/s gefüllt, bis eine bestimmte Menge von beispielsweise 795ml im Behälter 100 vorliegt. Anschließend wird im Füllkurvenabschnitt K_B die Fließgeschwindigkeit auf die Endfließgeschwindigkeit von beispielsweise 100ml/s heruntergeregelt. Die Endfließgeschwindigkeit wird bei einer Füllmenge von beispielsweise 890ml erreicht. Mit dieser Endfließgeschwindigkeit wird dann im Füllkurvenabschnitt Kc zu Ende gefüllt, bis die gewünschte Füllmenge von beispielsweise 1.000ml erreicht ist. Daraus ergibt sich die Füllzeit bei Nennbetrieb.
Die konkrete Ausprägung der Füllkurve K kann vom abzufüllenden Füllprodukt, Behälterformat (Größe, Geometrie, Material usw.), der Füllerleistung und anderen Größen abhängig sein. Die Inbetriebnahme der Getränkeabfüllanlage 1, ein Sortenwechsel, Behälterformatwechsel oder dergleichen erfolgt beispielsweise dadurch, dass eine Bedienperson eine vorher angelegte Konfiguration im Menü eines HMI-Moduls 9a („Human-Maschine-Interface-Module“) auswählt, vgl. 1. Das HMI-Modul 9a kann Teil der Anlagensteuerung 9 sein oder mit dieser kommunizieren. Das HMI-Modul 9a kann auch alternativ oder zusätzlich mit einer oder mehreren der untergeordneten Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 kommunizieren. Das HMI-Modul 9a kann eine mobile Kommunikationseinrichtung sein, beispielsweise ein Tablet oder Smartphone.
Der ausgewählten Konfiguration sind Prozessparameter (Abfülldruck, Vorspannzeit, Füllkurve usw.) als Datensatz in der Anlagensteuerung 9 und/oder den Steuerungseinrichtungen 10, 29, 39 hinterlegt, die zur Ansteuerung der Getränkeabfüllanlage 1 herangezogen werden.
Die Anlagensteuerung 9 und/oder eine der untergeordneten Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 steht mit einer elektronischen Einrichtung 200 zur automatischen Prozessanpassung der Getränkeabfüllanlage 1 in Kommunikation. Die Einrichtung 200, hierin auch als „Prozessanpassungseinrichtung“ bezeichnet, ist beispielsweise eine externe Steuerung im Zugriffsbereich des Herstellers der Behälterbehandlungsanlage bzw. Getränkeabfüllanlage 1.
Die Prozessanpassungseinrichtung 200 berechnet aus Echtzeitprozessdaten der Getränkeabfüllanlage 1, wie etwa Sensordaten, Eingaben vom Bedienpersonal, Kameraaufzeichnungen usw., angepasste Prozessparameter und schreibt sie vorzugsweise zyklisch, beispielsweise minütlich, in die Anlagensteuerung 9 und/oder die untergeordneten Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 der entsprechenden Behälterbehandlungsstationen, wodurch der Verarbeitungsprozess in Echtzeit an jede Veränderung anpassbar ist. Hierbei können die vordefinierten Prozessparametersätze unmittelbar überschrieben werden, oder alternativ werden die von der Prozessanpassungseinrichtung 200 erstellten/optimierten Prozessparameter an eine andere Stelle geschrieben und dort von der entsprechenden Steuerungseinrichtung 9,19, 29, 39 ausgelesen und angewendet.
Bezogen auf die Füllvorrichtung 20 kann die Prozessanpassungseinrichtung 200 aus den Echtzeitprozessdaten beispielsweise Prozessparameter wie den Abfülldruck, die Vorspannzeit, Füllgeschwindigkeit , Füllkurve K, Pause(n) und Entlastungszeit(en) berechnen und gegebenenfalls variieren.
Die von der Prozessanpassungseinrichtung 200 berechneten, angepassten Prozessparameter können alternativ oder zusätzlich unter Berücksichtigung von Eingaben einer Bedienperson in das HMI-Modul 9a optimiert werden. Zu diesem Zweck kann das HMI-Modul 9a mit einer Benutzer-App 9b (vgl. 4) ausgestattet sein, welche die Eingaben der Bedienperson oder davon abgeleitete Daten an die Prozessanpassungseinrichtung 200 sendet. Vorzugsweise ist die Benutzer-App 9b eingerichtet, um der Bedienperson Fragen zum Zustand und/oder Prozessverhalten der Getränkeabfüllanlage 1 und/oder zu einer oder mehreren Behälterbehandlungsstationen, wie etwa der Füllvorrichtung 20, zu stellen. Diese Fragen werden von der Bedienperson beantwortet, beispielsweise über Multiple Choice, Fließtext, Spracheingabe oder auf andere geeignete Weise.
Eine solche Optimierung der Prozessparameter mithilfe einer Benutzer-App 9b, die entsprechend über das HMI-Modul 9a mit der Prozessanpassungseinrichtung 200 kommuniziert, hat den Vorteil, dass zur Inbetriebnahme, für einen Sortenwechsel, eine Fehlerbehebung usw. am Ort der Getränkeabfüllanlage 1 wesentlich weniger Expertise nötig ist. Der zentrale Rückfluss an Daten an die bevorzugt herstellerseitige Prozessanpassungseinrichtung 200 vereinfacht und stabilisiert den Betrieb der Getränkeabfüllanlage 1. Zudem können weniger Sorten, Behälterformate usw. in der Anlagensteuerung 9 bzw. den untergeordneten Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 vorkonfiguriert sein, was den Betrieb und die Bedienung der Getränkeabfüllanlage 1 weiter vereinfacht.
Die an die Prozessanpassungseinrichtung 200 gesendeten Echtzeitprozessdaten und/oder die über die Benutzer-App 9b initiierten Optimierungen können zudem erfasst und zur Entwicklung von Berechnungsvorschriften (Berechnungsformeln, Algorithmen usw.) herangezogen werden, aus denen die Prozessparameter zur Ansteuerung der Getränkeabfüllanlage 1 gewonnen werden. Zu diesem Zweck kann eine Entwicklungseinrichtung 300 vorgesehen sein, die mit der Prozessanpassungseinrichtung 200 in Kommunikation steht oder Bestandteil derselben ist und eingerichtet ist, um aus den Echtzeitprozessdaten und/oder die über die Benutzer-App 9b initiierten Optimierungen Berechnungsvorschriften zur Ermittlung von Prozessparametern zu erstellen und/oder zu optimieren. So können durch die Entwicklungseinrichtung 300 beispielsweise Berechnungsvorschriften für Sortenparameter der Füllvorrichtung 20 entwickelt und/oder optimiert werden. Diese Berechnungsvorschriften empfangen beispielsweise als Eingabe Produktgrößen (Brix-Grad, CO₂-Gehalt, Produkttemperatur, usw.), Behälterformatgrößen (Behältervolumen, Kopfraumvolumen, Mündungsquerschnitt, Behälterform, Mündungsform, Behältermaterial usw.), Anlagenleistung und dergleichen und berechnen zugehörige Prozessparameter, die als wählbare Konfiguration in der Anlagensteuerung 9 und/oder den entsprechenden Steuerungseinrichtungen 19, 29, 39 hinterlegt werden oder von den entsprechenden Steuerungseinrichtungen 9, 19, 29, 39 automatisch herangezogen werden. Die genannten Berechnungsvorschriften können durch selbstlernende Algorithmen optimiert werden, so dass durch den Datenrücklaufder Getränkeabfüllanlagen 1 in der Praxis eine ständige und weitgehend automatisierte Optimierung der Berechnungsvorschriften sowie Prozessparameter stattfinden kann.
Die 4 zeigt ein Schema der Füllprozessoptimierung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Im vorliegenden Beispiel bezieht die Prozessanpassungseinrichtung 200 zur automatischen Prozessanpassung Echtzeitprozessdaten von der Behälterherstellungssteuerung 19 und der Füllersteuerung 29. Die Echtzeitprozessdaten, aufgenommen von Sensoren, Kameras usw., umfassen beispielsweise aktuelle Füllhöhen, Produktqualität (Brix-Grad, CO₂-Gehalt usw.), Überschäumneigung, Durchflussmessingen, Drücke und dergleichen.
Die Prozessanpassungseinrichtung 200 bezieht ferner von einem Konfigurator 400 Konfigurationsdaten, die den Verarbeitungsprozess der Prozessanpassungseinrichtung 200 konfigurieren, beispielsweise bestimmen, welche Echtzeitprozessdaten bei der Optimierung heranzuziehen und auf welches Optimierungsziel (Füllerleistung, Ausschussminimierung usw.) hin sie zu verarbeiten sind. Die Konfigurationsdaten können sich aus Benutzereingaben vom HMI-Modul 9a ergeben oder solche berücksichtigen.
Die Prozessanpassungseinrichtung 200 ist beispielhaft mit einem Prüfabschnitt 210 zur Überprüfung der empfangenen Datenqualität, einem programmierbaren Logikabschnitt 220 für Rechenoperationen einem Fehlerbehandlungsabschnitt 230 zur Behebung und/oder Meldung etwaiger Fehler ausgestattet. Aus den genannten Eingaben von der Behälterherstellungssteuerung 19, Füllersteuerung 29, dem Konfigurator 400 sowie dem HMI-Modul 9a berechnet die Prozessanpassungseinrichtung 200 Prozessparameter, die zur Steuerung der Füllvorrichtung 20 herangezogen werden. Mit Fokus auf die Füllvorrichtung 20 können beispielsweise folgende Prozessparameter automatisch eingestellt werden: Abfülldruck, Vorspannzeit, Vorspanndruck, Füllgeschwindigkeit, Füllkurve, Entlastungszeit und/oder Kesseldruck. Die so optimierten Prozessparameter können einer Sorte zugeordnet oder auf andere Weise strukturiert werden. Ferner können die berechneten Prozessparameter entweder direkt zur Ansteuerung der Füllvorrichtung verwendet werden, oder die Prozessparameter werden in die entsprechende Steuerungseinrichtung geschrieben, wodurch sie auf den Behandlungsprozess Einfluss nehmen. Die zur Steuerung der Füllvorrichtung 20 optimierten Prozessparameter können für eine spätere Verwendung gesichert werden, beispielsweise in einem Lokalspeicher oder Cloudspeicher 500.
Die Optimierung durch die Prozessanpassungseinrichtung 200 kann in regelmäßigen Abständen erfolgen, beispielsweise minütlich, und/oder ausgelöst durch ein Ereignis. Ein solches Ereignis kann beispielsweise durch die Echtzeitprozessdaten ausgelöst werden, etwa bei Über- oder Unterschreiten eines Schwellwerts, oder durch eine Änderung der Konfigurationsdaten.
Die Füllprozessoptimierung findet auf verschiedenen Ebenen statt, die logisch, räumlich oder auf andere Weise voneinander getrennt sind oder unterschieden werden können. So sind die Behälterherstellungssteuerung 19, Füllersteuerung 29, Füllvorrichtung 20 sowie die entsprechende Sensorik zur Gewinnung der Echtzeitprozessdaten Bestandteil der Getränkeabfüllanlage 1, während sich die Prozessanpassungseinrichtung 200 zur automatischen Prozessanpassung, der Konfigurator 400, das HMI-Modul 9a mit etwaiger Benutzer-App 9b und der Cloudspeicher 500 an anderer Stelle, d.h. räumlich getrennt von der Getränkeabfüllanlage 1 befinden können.
Das Schema der 4 beschränkt sich beispielhaft auf eine Echtzeitoptimierung der Füllvorrichtung 20. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Verarbeitungsprozess alternativer oder zusätzlicher Behälterbehandlungsstationen der Behälterbehandlungsanlage bzw. Getränkeabfüllanlage 1 auf analoge Weise optimiert werden können. Ferner können weitere oder alternative Echtzeitprozessdaten zur Optimierung herangezogen werden.
Eine so optimierte Anlage läuft in Summe wesentlich stabiler. Die Inbetriebnahme, ein Sortenwechsel, die Fehlerbehebung usw. gehen wesentlich schneller und sicherer von statten.
Es ist am Ort der Getränkeabfüllanlage 1 wesentlich weniger Expertise erforderlich, um die Getränkeabfüllanlage 1 in Betrieb zu nehmen und zuverlässig zu betreiben, da die Konfiguration und Steuerung der Anlage zumindest teilweise an externe Einrichtungen ausgelagert sind. Dies reduziert den Schulungsaufwand und verursacht weniger Probleme bei etwaigen personellen Fluktuationen auf Seiten der Anwender der Getränkeabfüllanlage 1. Die zentralisierte Optimierung trägt zur Verringerung von Ausschuss auf Kundenseite bei.
Es wird ein zentraler Rückfluss an Daten von der Getränkeabfüllanlage 1 und dem zugehörigen Verarbeitungsprozess implementiert, der eine Auslegungen anhand von realen Werten im Feld ermöglicht. Diese „Feedbackschleife“ beschleunigt die Produktentwicklung und Produktverbesserung auf Herstellerseite, da nun ein Strom an Realdaten aus der Praxis für die Auslegungen der Anlage, für Labore, Neu- und Weiterentwicklungen zur Verfügung steht.
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.
Bezugszeichenliste

1: Behälterbehandlungsanlage
9: Anlagensteuerung
9a: HMI-Modul
9b: Benutzer-App
10: Vorrichtung zur Herstellung von Behältern
11: Einrichtung zum Vorbereiten und Vorwärmen von Vorformlingen
12: Blaseinrichtung
19: Behälterherstellungssteuerung
20: Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
20a: Mixer
21: Füllerkarussell
22: Füllorgan
23: Füllventil
23a: Ventilmündung
23b: Proportionalventil
24: Behälterhalterung
24a: Halteklammer
25: Füllproduktreservoir
25: Füllhöhensonde
26: Füllproduktleitung
26a: Erster Abschnitt der Füllproduktleitung
26b: Zweiter Abschnitt der Füllproduktleitung
26c: Dritter Abschnitt der Füllproduktleitung
26d: Vierter Abschnitt der Füllproduktleitung
27: Durchflussmesser
28: Filter
29: Füllersteuerung
30: Vorrichtung zum Verschließen von Behältern
31: Verschließerkarussell
39: Verschließersteuerung
40: Vorrichtung zur Etikettierung von Behältern
50: Puffer
60: Packvorrichtung
70: Roboter
80: Palettierer
100: Behälter
110: Behältermündung
200: Einrichtung zur automatischen Prozessanpassung
210: Prüfabschnitt
220: Logikabschnitt
230: Fehlerbehandlungsabschnitt
300: Entwicklungseinrichtung
400: Konfigurator
500: Cloudspeicher
R: Rotationsachse
K: Füllkurve
KA: Füllkurvenabschnitt
KB: Füllkurvenabschnitt
KC: Füllkurvenabschnitt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3495911 A1 [0002]
WO 2019048051 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Behälterbehandlungsanlage (1), vorzugsweise einer Getränkeabfüllanlage, die zumindest eine Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) zur Behandlung von Behältern (100) und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) umfasst, wobei das Verfahren aufweist: Senden von Echtzeitprozessdaten von der Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) an eine Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung, wobei die Echtzeitprozessdaten vorzugsweise durch einen oder mehrere Sensoren (25a, 27) der Behälterbehandlungsanlage (1) erfasst werden; Ermitteln zumindest eines Prozessparameters durch die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung in Abhängigkeit der empfangenen Echtzeitprozessdaten; und Schreiben des ermittelten Prozessparameters in die Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39), wodurch der Behälterbehandlungsprozess der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung des Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60), umfassend zumindest das Ermitteln eines oder mehrerer Prozessparameter durch die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung und das Schreiben der ermittelten Prozessparameter in die Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39), in regelmäßigen Zeitintervallen, vorzugsweise etwa jede Minute, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) ein HMI-Modul (9a) umfasst oder mit einem solchen in Kommunikation steht, das HMI-Modul (9a) Benutzereingaben zum Behälterbehandlungsprozess empfängt, daraus Benutzerdaten erstellt und diese an die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung sendet, die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung die Benutzerdaten empfängt und den zumindest einen Prozessparameter ferner in Abhängigkeit derselben ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das HMI-Modul (9a) eine portable Einrichtung ist, vorzugsweise ein Smartphone oder Tablet.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem HMI-Modul (9a) eine Benutzer-App (9b) installiert ist, welche die Benutzereingaben empfängt, wobei die Benutzer-App (9b) dem Benutzer vorzugsweise Fragen zum Zustand und/oder Prozessverhalten der Behälterbehandlungsanlage (1) und/oder deren zumindest einen Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) stellt, wobei die Fragen durch den Benutzer vorzugsweise über Multiple Choice, Fließtext oder Spracheingabe beantwortet werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung gesendeten Echtzeitprozessdaten und/oder die vom HMI-Modul (9a) empfangenen Benutzerdaten von einer Entwicklungseinrichtung (300) erfasst und zur Entwicklung von Berechnungsvorschriften zur Berechnung von Prozessparametern herangezogen werden, wobei die Berechnungsvorschriften vorzugsweise durch selbstlernende Algorithmen erstellt und/oder optimiert werden.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung ferner von einem Konfigurator (400) Konfigurationsdaten empfängt und den zumindest einen Prozessparameter ferner in Abhängigkeit der Konfigurationsdaten ermittelt, wobei die Konfigurationsdaten vorzugsweise die zur Ermittlung des zumindest einen Prozessparameters heranzuziehenden Echtzeitprozessdaten und/oder zumindest ein Optimierungsziel bestimmen.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) eine Füllvorrichtung (20) zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Prozessparameter einen oder mehrere der folgenden umfasst: Abfülldruck, Vorspannzeit, Vorspanndruck, Füllgeschwindigkeit, Füllkurve (K), Entlastungszeit und/oder Kesseldruck; und/oder die Echtzeitprozessdaten Informationen zu einer oder mehreren der folgenden Größen umfassen: Brix-Grad des Füllprodukts, CO₂-Gehalt des Füllprodukts, Füllprodukttemperatur, Füllhöhe, Kopfraumvolumen des befüllten Behälters (100).
System mit einer Behälterbehandlungsanlage (1), vorzugsweise Getränkeabfüllanlage, die zumindest eine Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) zur Behandlung von Behältern (100) und eine zugeordnete Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) zur Steuerung eines Behälterbehandlungsprozesses der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80) umfasst, und einer Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung, die eingerichtet ist, um Echtzeitprozessdaten, die vorzugsweise durch einen oder mehrere Sensoren (25a, 27) der Behälterbehandlungsanlage (1) erfasst werden, von der Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) zu empfangen, zumindest einen Prozessparameter in Abhängigkeit der empfangenen Echtzeitprozessdaten zu ermitteln, und den ermittelten Prozessparameter in die Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) zu schreiben, wodurch der Behälterbehandlungsprozess der Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) angepasst wird.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein HMI-Modul (9a) vorgesehen ist, das Bestandteil der Steuerungseinrichtung (9, 19, 29, 39) ist oder mit dieser in Kommunikation steht, wobei das HMI-Modul (9a) eingerichtet ist, um Benutzereingaben zum Behälterbehandlungsprozess zu empfangen, daraus Benutzerdaten zu erstellen und diese an die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung zu senden, wobei die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung eingerichtet ist, um den zumindest einen Prozessparameter ferner in Abhängigkeit der empfangenen Benutzerdaten zu ermitteln, wobei das HMI-Modul (9a) vorzugsweise eine portable Einrichtung ist.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Entwicklungseinrichtung (300) vorgesehen ist, die mit der Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die an die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung gesendeten Echtzeitprozessdaten und/oder die vom HMI-Modul (9a) empfangenen Benutzerdaten zu erfassen und in Abhängigkeit derselben Berechnungsvorschriften zur Berechnung von Prozessparametern zu entwickeln, vorzugsweise unter Verwendung selbstlernender Algorithmen.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Konfigurator (400) vorgesehen ist, der eingerichtet ist, um Konfigurationsdaten an die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung zu senden, und die Einrichtung (200) zur automatischen Prozessanpassung eingerichtet ist, um die Konfigurationsdaten zu empfangen und den zumindest einen Prozessparameter ferner in Abhängigkeit der empfangenen Konfigurationsdaten zu ermitteln.
System nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Behälterbehandlungsstation (10, 20, 30, 40, 50, 60) eine Füllvorrichtung (20) zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise einem Getränk, ist.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Prozessparameter einen oder mehrere der folgenden umfasst: Abfülldruck, Vorspannzeit, Vorspanndruck, Füllgeschwindigkeit, Füllkurve (K), Entlastungszeit und/oder Kesseldruck; und/oder die Echtzeitprozessdaten Informationen zu einer oder mehreren der folgenden Größen umfassen: Brix-Grad des Füllprodukts, CO₂-Gehalt des Füllprodukts, Füllprodukttemperatur, Füllhöhe, Kopfraumvolumen des befüllten Behälters (100).