DE19613142B4

DE19613142B4 - Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen

Info

Publication number: DE19613142B4
Application number: DE19613142A
Authority: DE
Inventors: Norbert Fleuren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-07
Filing date: 1996-04-02
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2016-04-03
Also published as: DE19613142A1

Abstract

Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordneten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, einem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, der ein produktspezifischer Gasmengenwert als Eingangssignal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung (12, 18) als zweites Eingangssignal ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit zuführbar ist und sie aus diesem und dem ersten Eingangssignal einen von der Verschließgeschwindigkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert erzeugt, daß der Durchflußmengenmesser (7) stromabwärts des Stellventils (6) angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung (12, 18) als drittes Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung (12, 18) durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil (6) zuführbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordneten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, einem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, der ein produktspezifischer Gasmengenwert als Eingangssignal zuführbar ist.

Zur Gewährleistung der Haltbarkeit des Produktes in Getränkedosen ist es bekannt, die zu verschließende Dose kurz vor dem Aufbringen des Deckels mit Kohlendioxid (CO₂) zu überströmen. Hierzu ist eine Einrichtung bekannt, mittels derer die Zufuhr von zwei unterschiedlichen Gasmengen eingestellt werden kann, wobei die erste Gasmenge bei einer niedrigen Verschließgeschwindigkeit zugeführt wird. Wenn die Vorrichtung mit einer höheren Verschließgeschwindigkeit arbeiten soll, wird die zugeführte erste Gasmenge um einen bestimmten Betrag erhöht, und zwar dadurch, daß die Zufuhr der zusätzlichen höheren Gasmenge über einen zweiten Gasstrang (Bypass) erfolgt.

Der Einsatz dieser bekannten Vorrichtung hat den Nachteil, daß nicht jeder beliebigen Verschließgeschwindigkeit die hierzu exakt benötigte Gasmenge zugeordnet werden kann. Dies führt dazu, daß in manchen Fällen den zu verschließenden Getränkedosen Kohlendioxid im Übermaß zugeführt wird.

Eine Anordnung zur leistungsabhängigen Regelung des Gasvolumens, das den Düsen einer Unterdeckel-Begasungseinrichtung und/oder den Austrittsorganen von Schaumbrechern von Dosenfüll- und Schließanlagen zugespeist wird, ist in der DE 35 12 924 A1 beschrieben. Zur Einstellung der Gaszufuhr wird in einem Steuermedium ein Steuerdruck erzeugt, der auf einen Druckregler in der Gasleitung einwirkt, um den Gasdruck des den Dosen zugeführten Gases auf einen dem Steuerdruck proportionalen Druck einzustellen. Gleichzeitig wird der Steuerdruck in ein elektrisches Steuersignal umgewandelt, das entsprechend von variablen Sollgrößen einstellbar ist und direkt die Drehzahl des Hauptantriebsmotors der Anlage steuert. Dieses dem Steuerdruck proportionale elektrische Steuersignal wird auch zur Veränderung des Steuerdruckes verwendet, indem es mit Grenzwertvorgaben verglichen wird. Wenn der gemessene Steuerdruck eine untere Grenzwertvorgabe unterschreitet, wird ein Ventil angesteuert, um für eine entsprechende Druckerhöhung in der Steuerdruckleitung zu sorgen. Wird eine obere Grenzwertvorgabe überschritten, wird ein anderes Ventil angesteuert, das die Steuerdruckleitung zur Atmosphäre hin so lange entlüftet, bis der gewünschte Druck in der Steuerdruckleitung erreicht ist. Dabei wird die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit des Druckes in der Steuerdruckleitung durch Strömungsdrosseleinrichtungen begrenzt. Stromaufwärts des Druckreglers ist ein Durchflußmeßgerät angeordnet, um zu kontrollieren, ob in der Gasleitung stromaufwärts des Druckreglers ein konstanter Druck vorhanden ist.

Einflüsse von Druckschwankungen in der Gaszuführungsleitung sollen bei dieser vorbekannten Anordnung zwar ausgeschlossen sein, jedoch sind solche Einflüsse auf die zugeführte Gasmenge 'allein schon durch die erwähnte Begrenzung der Anstiegs- und der Abfallgeschwindigkeit des Druckes in der Steuerdruckleitung durch die Strömungsdrosseleinrichtungen unvermeidlich, da hier immer mit einer Trägheit bzw. Verzögerung in der Anpassung des Steuerdruckes zu rechnen ist. Darüberhinaus wird durch das Öffnen und Schließen von in der Gaszuführungsleitung angeordneten Ventilen der Steuerdruck in der Steuerleitung beeinflußt, so daß auch hier trotz eines vorgesehenen Druckkompensators kurzfristige Schwankungen nicht zu verhindern sind. Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten in der Verschließeinrichtung kann in der Zufuhrleitung zum Verschließer ferner eine pulsierende Sogwirkung entstehen. Diese Sogwirkung verfälscht bei den bekannten Vorrichtungen mit Differenzdruckmessung die Regelgröße in erheblichem Maße. Die Durchflußmenge des Gases wird mittels einer Formel errechnet, in die Größen eingehen, wie zum Beispiel der Druck vor der Austrittsöffnung und das spezifische Gewicht, deren Beziehung zur Durchflußmenge von den Umgebungsbedingungen abhängt, so daß auch hier Unsicherheiten bezüglich der den Getränkedosen tatsächlich zugeführten Gasmenge entstehen. Überdies ist auch die Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließanlage nicht direkt einstellbar, sondern wird über den Steuerdruck für die Gaszufuhr gesteuert.

Hier soll die Erfindung Abhilfe schaffen und eine gattungsgemäße Vorrichtung so verbessern, daß die Gaszufuhr mengenmäßig kontinuierlich genauer und in Abhängigkeit von der Verschließgeschwindigkeit geregelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Reglereinrichtung als zweites Eingangssignal ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit zuführbar ist und sie aus diesem und dem ersten Eingangssignal einen von der Verschließgeschwindigkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert erzeugt, daß der Durchflußmengenmesser stromabwärts des Stellventils angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung als drittes Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil zuführbar ist.

Anstelle der Zuführung eines produktspezifischen Gasmengenwertes kann alternativ der Reglereinrichtung wenigstens eine produktspezifische Kennlinie der Abhängigkeit des Gasmengensollwerts von der Verschließgeschwindigkeit zugeordnet sein, wobei dann dieser Gasmengensollwert aus dem Signal für die Verschließgeschwindigkeit und der jeweiligen produktspezifischen Kennlinie erzeugt wird. Die erforderliche Gasmenge hängt nämlich im allgemeinen in nicht-linearer Weise von mehreren Parametern ab. So kann z.B. bei CO₂-haltigen Getränken ursprünglich gelöstes CO₂ vor der Gaszufuhr in einen gasförmigen Zustand übergegangen sein, so daß dann für die Zufuhr des Gases ein geringeres Volumen zur Verfügung steht. Dies kann in der produktspezifischen Kennlinie berücksichtigt werden, welche bevorzugt durch Testreihen ermittelt werden kann. Auf diese Weise kann eine optimale Anpassung der Gasmenge erfolgen, wobei bei mehreren gespeicherten produktspezifischen Kennlinien die jeweilige Kennlinie ohne jeglichen Einstellungsaufwand abgerufen werden kann.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird den Getränkedosen in Abhängigkeit von der Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließeinrichtung eine genau bemessene Gasmenge zugeführt, d.h. jeder beliebigen vorgegebenen Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließeinrichtung kann eine exakt auf die jeweiligen Erfordernisse abgestimmte Gasmenge zugeordnet werden. Der Einsatz der Vorrichtung führt in ganz erheblicher Weise zur Einsparung von Kohlendioxid.

Da die zugeführte Gasmenge unmittelbar über einen stromabwärts des Stellventils angeordneten Durchflußmengenmesser gemessen wird, kann der Reglereinrichtung ein Signal für den Istwert dieser Gasmenge zugeleitet werden, das direkt ermittelt wird, d.h. ohne irgendwelche mit Genauigkeitsverlusten verbundenen Umwege über theoretische Berechnungen oder über Messungen anderer Größen. Jede Abhängigkeit von anderen Größen und somit Unsicherheit hinsichtlich der tatsächlich zugeführten Gasmenge ist daher vermieden. Mit einem Durchflußmengenmesser wird immer der exakt anstehende Durchfluß gemessen und deshalb die exakte Dosierung der Gasmenge zur Verschließgeschwindigkeit ermöglicht. Dadurch, daß an der Reglereinrichtung ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit anliegt, erfolgt die Bestimmung des Gasmengensollwertes in Abhängigkeit von dieser Verschließgeschwindigkeit. Ferner wird der Gasmengensollwert unter Einbeziehung produktspezifischer Werte festgelegt, so daß schließlich genau die Gasmenge zugeführt wird, die für das jeweilige verarbeitete Produkt und für die momentane Verschließgeschwindigkeit erforderlich ist. Das Ausgangssignal der Reglereinrichtung, das durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich erhalten wird, liegt als Steuergröße am Stellventil an, so daß hier ein direktes Einwirken auf die den Getränkedosen zugeführte Gasmenge gewährleistet ist. Durch die unmittelbare Messung der zugeführten Gasmenge und deren Einfluß auf das Ausgangssignal der Reglereinrichtung sowie durch das direkte Einwirken auf das Stellventil, mit dem die zugeführte Gasmenge eingestellt wird, wird eine äußerst genaue und weitestgehend verzögerungsfrei arbeitende Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen ausgebildet.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Durchflußmengenmesser als Schwebekörper-Durchflußmengenmesser ausgebildet. Mittels der durchflußabhängigen Verstellung des Schwebekörpers wird auf einfache und genaue Weise ein Meßwert für die Durchflußmenge an Gas erhalten.

Vorzugsweise ist das Stellventil als Proportionalstellventil ausgebildet. Hierdurch wird eine einfache Ansteuerung des Stellventiles ermöglicht.

In günstiger Fortbildung der Erfindung weist die Reglereinrichtung einen PID-Stetigregler und einen elektropneumatischen Stellungsregler auf. Der PID-Stetigregler dient zur optimalen Ausregelung der im System auftretenden Störeinflüsse, da die Regelgröße immer möglichst schnell an die Führungsgröße herangeführt wird. Der elektropneumatische Stellungsregler dient der Zuordnung von Ventilstellung und elektrischem Stellsignal. Er weist eine elektropneumatische Umformeinheit (i/p-Umformer) auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die der Reglereinrichtung zugeführten Signale elektrische Signale sind und am PID-Stetigregler anliegen. Hierdurch wird eine nahezu verzögerungsfreie Regelung erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In einer CO₂-Zuführungsleitung 1, mittels derer CO₂ aus einem (nicht dargestellten) Vorratsbehältnis in Pfeilrichtung A zuführbar ist, sind ein Absperrhahn 2, ein Druckmanometer 3, eine Druckmindereinrichtung 4 und ein weiteres Druckmanometer 5 angeordnet. Das CO₂ fließt weiter durch ein Proportionalstellventil 6 und einen in Strömungsrichtung darauf folgenden Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 zu einem Dreiwegeventil 8. Eine vom Dreiwegeventil 8 zu der eigentlichen (nicht dargestellten) Begasungseinrichtung der zu verschließenden Dosen führende Leitung trägt die Bezugsziffer 9. Zusätzlich zum über die Leitung 1 zugeführten CO₂ wird dem Dreiwegeventil 8 über eine Spülwasserleitung 10 Spülwasser zugeleitet.
Der Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 dient als Meßwertaufnehmer für den jeweiligen Istwert der Gasmenge, die der Begasungseinrichtung zugeführt wird. Der Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 weist im wesentlichen ein Meßteil und ein angebautes Anzeigeteil auf. Die Messung beruht auf dem Schwebekörpermeßprinzip, wobei im Meßteil ein Metallkonus eingebaut ist, in dem sich ein geeignet geformter Schwebekörper auf und ab bewegen kann. Die durchflußabhängige Höhenverstellung des Schwebekörpers wird im Meßteil durch eine magnetische Meßwertübertragung an das Anzeigeteil übertragen. Dem Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 ist ein Meßumformer 11 zugeordnet, der als ein im Anzeigeteil integrierter Transmit ter ausgebildet sein kann und ein zum Durchfluß proportionales, analoges 4–20mA-Signal erzeugt.
Das dem Gasmengenistwert entsprechende Signal wird einem PID-Stetigregler 12 über eine elektrische Leitung 13 zugeführt. Ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit ist dem PID-Stetigregler 12 über eine Leitung 14 zuführbar. Dieses Signal kann beispielsweise ein von einem Frequenzumrichter des Antriebs der Verschließeinrichtung (nicht dargestellt) stammendes Analogsignal oder Digitalsignal sein, dessen Wert proportional der Verschließgeschwindigkeit ist. Jeweils produktspezifische Werte können dem PID-Stetigregler 12 über eine digitale Eingabe 15 zugeführt werden. Hilfsenergie wird dem PID-Stetigregler 12 über eine Leitung 16 zugeführt.
Aus dem Signal für die Verschließgeschwindigkeit und den produktspezifischen Werten ermittelt der PID-Stetigregler 12 einen Gasmengensollwert. Mit diesem und dem vom Schwebekörper-Durchflußmengenmesser 7 kommenden Gasmengenistwert führt der PID-Stetigregler 12 einen ständigen Soll/Ist-Wertevergleich durch und erzeugt ein daraus resultierendes Verstellsignal, welches über einen Ausgang 17 einem elektropneumatischen Stellungsregler 18 zugeführt wird. Dieser weist eine elektropneumatische Umformeinheit (i/p-Umformer) auf und dient der Zuordnung von Ventilstellung und elektrischem Verstellsignal. Druckluft wird dem elektropneumatischen Stellungsregler 18 über eine Druckluftleitung 19 zugeführt. Das von dem PID-Stetigregler 12 kommende Verstellsignal wirkt proportional auf den dem elektropneumatischen Stellungsregler 18 zugeführten Luftdruck, wodurch über eine Leitung 20 auf die Stellung des Proportionalstellventils 6 entsprechend eingewirkt wird.
Somit wirkt im Ergebnis das im PID-Stetigregler 12 erzeugte Verstellsignal über den elektropneumatischen Stellungsregler 18 auf das als Proportionalstellventil 6 ausgebildete Stellventil in der Gaszuführungsleitung 1 derart ein, daß der aktuellen Arbeitsgeschwindigkeit der Verschließeinrichtung die hierzu erforderliche produktspezifische Gasmenge zugeordnet wird.

Claims

Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordneten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, einem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, der ein produktspezifischer Gasmengenwert als Eingangssignal zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung (12, 18) als zweites Eingangssignal ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit zuführbar ist und sie aus diesem und dem ersten Eingangssignal einen von der Verschließgeschwindigkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert erzeugt, daß der Durchflußmengenmesser (7) stromabwärts des Stellventils (6) angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung (12, 18) als drittes Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung (12, 18) durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil (6) zuführbar ist.
Vorrichtung zur Gaszufuhr zu Getränkedosen während ihres Verschließvorgangs, mit einem in der Gasleitung angeordneten Durchflußmengenmesser zur Messung einer Gasmenge, einem steuerbaren Stellventil zum Einstellen der Gaszufuhr sowie einer Reglereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Reglereinrichtung ein Signal für die Verschließgeschwindigkeit zuführbar ist und der Reglereinrichtung wenigstens eine produktspezifische Kennlinie zugeordnet ist und die Reglereinrichtung aus dem Signal für die Verschließgeschwindigkeit und der produktspezifischen Kennlinie einen von der Verschließgeschwindigkeit abhängigen, produktspezifischen Gasmengensollwert erzeugt, und daß der Durchflußmengenmesser stromabwärts des Stellventils angeordnet ist und ein Signal erzeugt, das dem Istwert der den Getränkedosen zugeführten Gasmenge entspricht und an der Reglereinrichtung als weiteres Eingangssignal anliegt, und daß die Reglereinrichtung durch einen kontinuierlichen Soll/Ist-Wertevergleich ein Ausgangssignal erzeugt, das als Steuergröße dem Stellventil zuführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußmengenmesser (7) als Schwebekörper-Durchflußmengenmesser ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (6) als Proportionalstellventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reglereinrichtung einen PID-Regler (12) und einen elektropneumatischen Stellungsregler (18) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Reglereinrichtung zugeführten Signale elektrische Signale sind und am PID-Regler (12) anliegen.