DE3512924A1

DE3512924A1 - Anordnung zur leistungsabhaengigen regelung des gasvolumens, das den duesen einer unterdeckel-begasungseinrichtung und/oder den austrittsorganen von schaumbrechern von dosenfuell- und schliessanlagen zugespeist wird

Info

Publication number: DE3512924A1
Application number: DE19853512924
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich 3326 Baddeckenstedt Politt
Original assignee: Schmalback Lubeca AG
Current assignee: Ardagh Metal Packaging Germany GmbH
Priority date: 1985-04-11
Filing date: 1985-04-11
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3512924C2; CH671380A5; BE904574A; GB8608834D0; GB2174683B; GB2174683A

Description

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Schmalbach-Lubeca AG Schmalbachstraße 1

3300 Braunschweig

"Anordnung zur leistungsabhängigen Regelung des Gasvolumens, das den Düsen einer Unterdeckel-Begasungseinrichtung und/oder den Austrittsorganen von Schaumbrechern von Dosenfüll- und Schließanlagen zugespeist wird"

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Begasungseinrichtungen bei Dosenfülleinrichtungen sind bekannt (vgl. DE-PS 19 31 905 oder die DE-AS 15 11 670). Auch bei anderen Behältern als Dosen ist die Verdrängung der Luft aus dem Kopfraum der gefüllten Behälter durch Einführen eines neutralen oder inerten Gases bekannt (vgl. DE-AS 11 77 O65). Im besonderen Maße ist die Begasung bei Dosen zur Abfüllung von Getränken notwendig, da die im Kopfraum vorhandene Luft den Geschmack des Füllgutes verändert und in Verbindung mit stark sauren Getränken die Korrosionsbildung auf der Innenseite des Dosendeckels begünstigt. Das Begasen muß unmittelbar vor Aufsetzen und Auffalzen des Deckels erfolgen. Als Schutzgas wird häufig Kohlendioxid verwendet. Dazu wird das Gas durch eine entsprechende Begasungsdüse unmittelbar in den Kopfraum der gefüllten Dose

eingeführt, und zwar unmittelbar bevor der ebenfalls herangeführte Deckel auf die Dose aufgesetzt und mit dieser durch die Doppelfalznaht abdichtend verbunden wird.

Zur Begasung muß ein Gas höchster Reinheit verwendet werden, das relativ teuer ist, so daß der Einsatz des Gases gezielt und ökonomisch erfolgen soll. Auf der anderen Seite ist es notwendig, eine ausreichende Menge Gas zuzuführen, um alle Luftreste aus dem Kopfraum zuverlässig zu verdrängen. Es sind nun verschiedene Einflußgrößen bekannt, welche den Vorgang beeinflussen. So ändert sich das Normalvolumen des ausströmenden Gases mit dem Gasdruck, der in der Zuführungsleitung zur Begasungsdüse vorliegt. Wenn man die Gaszufuhrleistung auf die normale Maschinenleistung einstellt, ist die zugeführte Gasmenge nicht mehr die gewünschte, wenn sich die Maschinenleistung ändert. Auch hängt der Bedarf ab von der Art des Füllgutes, von der Abfüllgeschwindigkeit und der Abfülltemperatur des Füllgutes.

Bei Füllanlagen für CO₂-haltige Getränke treten Probleme mit der Schaumbildung beim Abfüllen der Getränke auf. Es ist daher bekannt, zur Zerstörung der Blasen an der Oberfläche solche Abfüllanlagen mit sog. Schaumbrechern auszurüsten. Hierbei handelt es sich um kammförmige Düsen, aus denen z.B. Kohlensäure in die Dosen geblasen wird, um so lufthaltige, zumeist relativ große Blasen durch den Gasstrahl zu zerstören. Auch hier ist die Wirkung druckabhängig und der Druck wiederum leistungsabhängig von der Abfüllanlage.

Moderne Abfüll- und Verschließanlagen werden für Produktionsleistungen von 2.000 Dosen pro Minute und mehr installiert. Dabei können Betriebszustände auftreten, die eine verminderte Verarbeitungsgeschwindigkeit erfordern. So kann beispielsweise die Temperatur des Füllgutes während der Abfüllung sowie der CO₂-Gehalt die maximale Verarbeitungsgeschwindigkeit beeinflussen. Auch kann es sein, daß Leerdosen nur bei verminderter Maschinenleistung gestoppt und erneut freigegeben werden können. Es ist daher bekannt, solche Abfüll- und Verschließanlagen mit Antrieben für die bewegten Teile der Zuführungseinrichtungen für Deckel und Dosen, der Fülleinrichtungen und der Schließeinrichtungen auszurüsten, deren Drehzahl stufenlos regelbar ist. Bei der Notwendigkeit einer Verringerung der Maschinenleistung kann das aufgewendete Gasvolumen zur Begasung der Kopfräume der Dosen übermäßig groß sein. Hinzu kommt, daß der übermäßige Gasstrom störend auf die Oberfläche des Füllgutes einwirkt und dieses verspritzt. Da aber genaue Mindestfüllmengen eingehalten werden müssen, muß vorsorglich eine größere Füllmenge als wirklich benötigt eingefüllt werden. Bei erhöhten Leistungen kann wiederum der Gasbedarf zu gering sein, was zu Geschmacksänderungen des Füllgutes oder zur Korrosion Anlaß geben kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden und eine Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes zu schaffen, die bei hoher normaler Durchsatzleistung große Variationen in der Leistung der Anlage ermöglicht und dennoch sicherstellt, daß nicht mehr als die notwendige Füllmenge in die

Dose eingefüllt werden muß und dennoch eine zuverlässige Kopfraumbegasung bei sparsamem Einsatz des verwendeten Gases sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.

Einflüsse von Druckschwankungen in der Gaszuführungsleitung werden hierbei völlig ausgeschlossen. Die Steuerung der Gaszufuhr erfolgt durch den veränderlichen Steuerdruck in einem Steuerfluid, wobei der Steuerdruck in diesem Fluid in vorbestimmter Abhängigkeit von der Maschinenleistung veränderbar ist. Die Anordnung arbeitet mit stets ausreichendem Gasvolumen, ohne daß auch bei erheblich schwankender Maschinenleistung der Gasaufwand über dem benötigten Maß liegt. Der Gaseinsatz ist daher außerordentlich sparsam und ökonomisch. Da auch bei verminderter Maschinenleistung der Gasbedarf auf die veränderte Maschinenleistung genau abgestellt ist, besteht auch keine Gefahr, daß durch zu starke Gasströme Teile des Füllgutes aus der Dose herausgeschleudert werden. Der Abfüller braucht daher nur noch genau dosiert die vorgeschriebene Füllmenge einzufüllen und keine überschüssigen Sicherheitsmengen vorzusehen. Der verminderte Gasverbrauch und die Verringerung der notwendigen tatsächlich eingefüllten Menge an Füllgut führen zu einer erheblichen Kosteneinsparung. Dennoch sorgt die Anlage mit hoher Zuverlässigkeit dafür, daß die Qualität des Getränkes auch bei starken Änderungen der Durchsatzleistung der Maschine erhalten bleibt. Auch wird jede Gefahr vermieden, daß durch Luftreste im

Kopfraura bedingt Korrosionserscheinungen die Lagerfähigkeit des Behälters beeinträchtigen.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Maßnahmen des Anspruches 1.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung, die den Schaltungsaufbau zeigt, an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die beiden Figuren ergeben zusammen schematisch den Schaltungsaufbau der neuen Anordnung zur leistungsabhängigen Regelung des Gasvolumens, das den Düsen einer Unterdeckel-Begasungseinrichtung und/oder den Austrittsorganen von Schaumbrechern von Dosenfüll- und Schließanlagen zugeführt wird.

Die Anordnung weist im wesentlichen vier Hauptabschnitte auf, die mit A, B, C und D bezeichnet und jeweils durch strichpunktierte Linien gegeneinander abgegrenzt sind. Mit A ist der Steuerdruck-Erzeugerkreis bezeichnet. Dieser ist über eine Leitung 50 mit einer Luftdruckquelle verbunden, und zwar über ein Absperrventil 1, einen Peinfilter 2 und einen Wasserabscheider 3· Ein Druckwächter 4 sorgt dafür, daß bei fehlendem Vordruck die Anlage abgeschaltet wird. Der Druck wird über ein Druckminderventil 5 von dem Eingangsdruck von beispielsweise 6 bar auf den maximal zulässigen Steuerdruck von beispielsweise 100 mbar herabgesetzt. Bei überschreiten des gewünschten Steuerdruckes öffnet

ein überdruckventil 6, das die Schaltanlage vor Zerstörung schützt. Der so eingestellte Druck in der Speiseleitung 51 wird in dem Kessel 7 mit ausreichender Kapazität gespeichert und durch das Druckanzeigegerät 8 angezeigt. Ausgehend von diesem gesteuerten Vordruck wird ein Steuerdruck in der Ausgangsleitung 14 des Steuerdruck-Erzeugerkreises erzeugt. Zu diesem Zweck ist die Leitung 14 einerseits über eine Strömungsdrosseleinrichtung, wie Nadelventil 10, und über ein normalerweise geschlossenes Zweistellungs-Elektromagnetventil 9 mit der Vordruckleitung 51 verbunden. Andererseits steht die Ausgangsleitung 14 über ein weiteres Zweistellungs-Elektromagnetventil 11, eine Strömungsdrosseleinrichtung, wie Nadelventil 12, und einen Schmutzfilter 13 mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung. Die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeit des Druckes in der Ausgangsleitung 14 wird durch die Nadelventile 10 und 12 begrenzt. Die beiden normalerweise geschlossenen Ventile 9 und 11 sorgen dafür, daß in der Ausgangsleitung 14 der vorhandene Druck bestehen bleibt. Soll der Druck geändert werden, so wird zum Herabsetzen des Druckes das Ventil 11 bzw. zum Anheben des Druckes das Ventil 9 geöffnet, und zwar jeweils solange, bis der gewünschte Steuerdruck erreicht ist.

Mit der Ausgangsleitung 14 werden zwei Ventilsteuerkreise B und C gespeist. Der Ventilsteuerkreis B ist der Begasungsdüse für die Unterdeckel-Begasung der Dosen zugeordnet, während der Ventilsteuerkreis C den Schaumbrechern 35 zugeordnet ist.

Beide Ventilsteuerkreise B und C werden von einer Gasdruckquelle, z.B. von einem CO₂-Druckbehälter, über die Leitung 52 gespeist, und zwar über ein Ab sperr-ventil 16, einen Filter 17 und ein Sicherheitsventil 18. Ein Druckwächter 19 schaltet die Anlage ab, wenn kein ausreichender Druck in der Leitung 53 vorliegt.

Von der Gasspeiseleitung 53 zweigt eine erste Leitung 54 ab, und zwar über einen Druckminderer 20 mit Druckanzeiger 21 und ein Durchflußmeßgerät 22. Der zwischen dem Druckminderer 20 und dem Durchflußmeßgerät 22 herrschende Druck wird in dem Anzeigegerät 21 angezeigt. Es ist wichtig, daß dieser Druck unabhängig von sonstigen Veränderungen in der Anlage stets konstant gehalten wird, so daß das Durchflußmeßgerät 22 stets das tatsächliche Durchflußvolumen anzeigt. Zwischen dem Durchflußmeßgerät 22 und einem Zweistellungs-Elektromagnetventil 24 ist ein Druckregler 23 angeordnet. Dieser Druckregler 23 wird durch den Steuerdruck in der Leitung 14 gesteuert, so daß am Ausgang des Druckreglers 23 ein Druck angezeigt wird, der dem Steuerdruck 14 proportional ist. Dies ist der Speisedruck, mit dem das CO₂ der Düse 26 der Unterdeckel-Begasungseinrichtung zugeführt wird. Die Zufuhr wird zusätzlich durch das Zweistellungs-Elektromagnetventil 24 gesteuert, das die Leitung schließt, wenn entsprechende Fühlereinrichtungen das Fehlen einer Dose oder eines Deckels anzeigt, über das Manometer 25 kann der Begasungsdruck und seine Änderungen beobachtet werden. Da das öffnen und Schließen von Elektromagnetventilen, wie den Ventilen 24 und 28 im Ventilsteuerkreis B,den Steuerdruck in der Steuerleitung 14 beeinflussen

kann, werden derartige kurzzeitige Störungen in dem Druckkompensator 15 aufgefangen, der der Leitung 14 zugeordnet ist.

Im dargestellten Beispiel ist noch ein weiterer Gasaustritt 26a der Begasungsdüse zugeordnet. Hierdurch wird CO₂ in einen Bereich unmittelbar oberhalb der Begasungsdüse 26 geleitet, um in diesem Bereich die Luft durch CO₂-GaS zu ersetzen. Dadurch wird berücksichtigt, daß durch die Begasung über die Düse eine Luftströmung erzeugt wird, die geneigt ist, hinter dem Gasstrom in den Kopfraum der Dose einzutreten. Durch die zusätzliche Begasungsdüse wird dafür gesorgt, daß in diese Strömung für die betreffende Zeit nur CO₂-GaS einbezogen ist. Diese zusätzliche Austrittsdüse 26a wird über die Leitung 55 gespeist, die über einen Druckminderer 27 und ein im Takt mit dem Elektromagnet schaltbares entsprechendes Zweistellungs-Elektromagnet 28 und das Manometer 29 an die Gasspeiseleitung 53 angeschlossen ist.

Von der Speiseleitung 53 werden auch die Schaumbrecher 35, von denen zumeist mehrere angeordnet sind, des Ventilsteuerkreises C gespeist. Die Schaumbrecher sind über einen Druckminderer 30 an die Speiseleitung 53 angeschlossen. Der eingestellte Druck wird konstant gehalten und durch das Manometer 31 angezeigt. Diesem ist ein Druckregler 32 nachgeschaltet, der ebenso wie der Druckregler 23 von dem Steuerdruck in der Leitung 14 gesteuert wird. Der so geregelte Druck wird durch das Manometer angezeigt und über Zweistellungs-Elektromagnetventile 34 den Schaumbrechern 35 zugeführt. Die Ventile 34 werden im gleichen

- 12 Takt wie die Ventile 24 und 28 betätigt.

Der jeweilige Steuerdruck in der Leitung 14 wird durch das Manometer 36 angezeigt und einem Druckaufnehmer 37 zugeführt, der ein dazu proportionales elektrisches Stromsignal in der elektrischen Leitung 63 erzeugt. Das Stromsignal kann in Abhängigkeit von dem Steuerdruck 14 zwischen z.B. 0 mA und 20 mA schwanken. Das Stromsignal wird in dem Wandler 38 in ein proportionales Spannungssignal umgewandelt, das über die Leitung 64 einem Analogrechner 40 des elektrischen Steuerkreises D zugeführt wird. Als weitere Eingangsgröße kann dem Analogrechner 40 ein Sollwertsignal z.B. von dem einstellbaren Potentiometer 39 zugeführt werden, das entsprechend der gewünschten oder benötigten CO₂-Gasmenge eingestellt wird. Die im Wandler 38 erzeugte maximale Gleichspannung beträgt z.B. 10 V. Diese Spannung wird in dem Analogrechner 40 nach folgender Gleichung moduliert:

In dieser Gleichung sind:

<X - Durchflußkonstante

V = Durchflußmenge

P = Austrittsquerschnitt

ψ - Beiwert für Düsenform (0,95)

= Druck vor der Austrittsöffnung

'-τ/-' = Spezifisches Gewicht

Der Analogrechner 4o liefert ein Ausgangssignal, das der tatsächlichen Durchflußmenge der Co₂-Menge (Durchflußmesser 22) proportional ist.

Da sich die zur Spülung des Kopfraumes der Dose erforderliche Gasmenge pro Dose innerhalb eines Bereiches normaler Betriebsgeschwindigkeit nur sehr gering ändert, kann davon ausgegangen werden, daß in diesem Bereich die durchfließende Gasmenge sich annähernd proportional zur Arbeitsgeschwindigkeit der Anlage bzw. zur Drehzahl ihres Antriebsmotors 42 verhält.

Im dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel wird daher das Ausgangssignal des Analogrechners 40 über die Leitung 65 direkt als Steuergröße dem Regelgerät 4l zugeführt, das über die Leitung 66 die Drehzahl des stufenlos regelbaren Antriebsmotors 42 steuert. Die Istdrehzahl wird durch eine Gleichspannung in der Leitung 67 dem Regelgerät 4l zugeführt und wird in dem fest mit der Antriebswelle des Motors 42 verbundenen Gleichstromgenerator 43 erzeugt und bei 46 angezeigt.

Das Ausgangssignal des Analogrechners 40 wird als Steuergröße aber zusätzlich noch einer elektronischen Grenzwert-Schalteinrichtung 44 zugeführt. Deren elektrische Ausgangsleitungen 60,61 sind mit den beiden Elektromagnetventilen 9 und 11 des Steuerdruck-Erzeugerkreises A verbunden. Die Grenzwertvorgaben, nach denen der Schalter 44 arbeitet, können über einen oder mehrere Spannungsteiler 45 eingegeben werden, deren Ausgangsspannungen

- l4 -

je nach Betriebsbedingungen vorgewählt werden. Ist die Grenzwertvorgabe größer als das Eingangssignal des Grenzwertschalters 44, so wird das Elektromagnetventil 9 angesteuert, um für eine entsprechende Druckerhöhung in der Steuerleitung 14 zu sorgen. Wird der gewünschte Druck erreicht, wird das Ventil 9 spannungslos und schließt, so daß der eingestellte Druck in der Leitung l4 erhalten bleibt. Bei notwendiger Druckabsenkung erfolgt ein entsprechendes Steuersignal über die Leitung 61 für das Elektromagnetventil 11, das die Steuerdruckleitung 14 zur Atmosphäre hin solange entlüftet, bis der gewün-sehte Druck in der Steuerdruckleitung 14 erreicht wird. Die Anzeige bei 46 ist eine Anzeige der Drehzahl des Motors 42 und damit der Durchsatzleistung der Anlage.

- Leerseite -

Claims

Ansprüche

1. Anordnung zur leistungsabhängigen Regelung des Gasvolumens, das den Düsen einer Unterdeckel-Begasungseinrichtung und/ oder den Austrittsorganen von Schaumbrechern von Dosenfüll- und Schließanlagen zugespeist wird, die einen der Geschwindigkeit nach regelbaren Antrieb für die Abfüll-, die Dosen- und Deckeltransport- und Schließeinrichtungen, eine über einen Ventilsteuerkreis mit den Düsen bzw. Schaumbrechern verbindbare Gasdruckquelle und auf das Vorhandensein oder Fehlen von Dosen und/oder Deckeln ansprechende Einrichtungen zum Betätigen des Ventilsteuerkreises aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerdruck-Erzeugerkreis (A) zur Erzeugung eines Steuerdruckes in einem Druckmedium, insbesondere Luft, vorgesehen ist, daß der oder jeder Ventilsteuerkreis (B,C) neben den auf das Fehlen oder Vorhandensein von Dosen und/oder Deckeln ansprechenden Elektromagnetventilen (24,28 bzw. J>k) diesen vorgeschaltete Druckregler (23 bzw. 32) aufweisen, die von dem Steuerdruck beaufschlagt sind und den Speisedruck für die Düsen (26) bzw. die Schaumbrecher (35) in Abhängigkeit von dem Steuerdruck steuern, daß ein elektrischer Steuerkreis (D) vorgesehen ist, der einen den Steuerdruck in ein diesem proportionales elektrisches Signal umsetzenden Wand-

— O —

ler (37) zur Erzeugung eines elektrischen Steuersignals aufweist, das als Steuergröße dem Regelgerät (4l) des stufenlos regelbaren Antriebsmotors (42) und einer Grenzwert-Schalteinrichtung (44) zugeführt wird, welche ein Betätigungssignal für die Einstellvorrichtungen (9,11) des Steuerdruck-Erzeugerkreises (A) zur Absenkung bzw. Anhebung des Steuerdruckes erzeugt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerdruck-Erzeugerkreis (A) eine Einrichtung (1 bis 8) zur Erzeugung eines vorbestimmten konstanten Vordruckes aufweist und die Steuerdruckleitung (14) mit dieser über eine Strömungsdrossel (Nadelventil 10) und ein Elektromagnetventil (9) und mit der Umgebungsatmosphäre über ein Elektromagnet (11) und eine Strömungsdrossel (Nadelventil 12) verbunden ist, und daß die beiden normalerweise geschlossenen Elektromagnetventile durch die elektrische Steuergröße bis zum Erreichen des gewünschten Steuerdruckes in die Offenstellung umsteuerbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ventilsteuerkreis (B₃C) an die Gasdruckquelle (I6,l8) über Druckminder- und Regeleinrichtungen (20,27,30) angeschlossen ist, die dem zugehörigen Druckregler (23 bzw. 32) jeweils einen von der Einstellung des Antriebsmotors (42) und damit von der Durch-

satzleistung der Dosenfüll- und Schließanlage unabhängigen Gasvordruck zuliefert.

4. Anordnung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Druckminder- und Regeleinrichtung (20) und dem Druckregler (23) für die Begasungsdüsen (26) ein Gasdurchflußmesser (22) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Steuerkreis einen Analogrechner (40) oder eine äquivalente Einrichtung aufweist, die das dem Steuerdruck proportionale Spannungssignal moduliert und ein der Durchflußmenge des Gases proportionales elektrisches Steuersignal erzeugt, das direkt dem Regelgerät (41) bzw. der Grenzwert-Schalteinrichtung (44) zuführbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß dem Analogrechner (40) und der Grenzwert-Schalteinrichtung (44) Einstelleinrichtungen (39 bzw. 45) zugeordnet sind.