DE4446548B4

DE4446548B4 - Verfahren sowie Füllmaschine zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut

Info

Publication number: DE4446548B4
Application number: DE19944446548
Authority: DE
Inventors: Ludwig Clüsserath; Karl Lorenz
Original assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Current assignee: KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Priority date: 1994-12-24
Filing date: 1994-12-24
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2014-12-25
Also published as: DE4446548A1

Abstract

Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Füllmaschine umlaufender Bauart, mit einer Vielzahl von Füllstellen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors (1), wobei jede Füllstelle einen Behälterträger (5) sowie ein Füllelement (4) mit einem eine Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut bildenden Flüssigkeitskanal (19) mit einem Flüssigkeitsventil (25) aufweist, welches in einer Füllphase zum Füllen des jeweiligen mit seiner Behälteröffnung an der Abgabeöffnung (21) angeordneten Behälters (2) gesteuert geöffnet und aufgrund eines von einer die Füllhöhe messenden Sensoreinrichtung (13, 14) gelieferten Signals bei Erreichen einer einer Sollfüllhöhe (F_S) entsprechenden Füllhöhe wieder geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem Winkelbereich (II–III) der Drehbewegung (A) des Rotors (1) eine Zeitfüllung des jeweiligen Behälters (2) zum Erreichen einer ersten Füllhöhe (F1) erfolgt, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs unterhalb der Sollfüllhöhe liegt, und dass anschließend in wenigstens einem Nachfüllschritt bei beruhigtem...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Füllmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 12.
Derartige Verfahren und Füllmaschinen sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt.

Eine wesentliche Vorgabe bei der Füllung von Behältern ist die möglichst genaue Erreichung des gewünschten Füllvolumens, wobei einerseits kostenträchtige Überfüllungen und andererseits ungesetzliche Unterfüllungen vermieden werden müssen.

Zur möglichst genauen Erreichung des gewünschten Füllvolumens sind zahlreiche Vorschläge bekannt geworden.

So wurde z.B. in der DE 42 39 954 A1 ein Verfahren vorgestellt, bei welchem die Behälter zunächst mit einem bestimmten, fest vorgegebenen Volumen befüllt werden, wobei auf diese erste Füllung in Abhängigkeit von einem Sensor-Signal eine Nachfüllung erfolgt.

Diese Schrift sieht vor, dann eine Nachfüllung auszulösen, wenn nach der Volumenfüllung eine vorgegebene Füllhöhe in dem jeweiligen Behälter nicht erreicht ist.

Bei einer Vorrichtung gemäß der DE 42 39 954 A1 wird angestrebt, mit der ersten Füllung das Soll-Füllvolumen zu erreichen, für den Fall einer eventuellen Unterfüllung sieht diese Schrift eine Nachfüllung vor. Für den Fall, das bereits die erste Füllung zu einer Überfüllung führt, ist keine Möglichkeit zur Verhinderung dieses Überfüllens vorgesehen.

Ein weiteres Füllverfahren wurde in der DE 43 06 120 C1 vorgestellt.

Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, den Behälter in einem Füllschritt zu füllen, wobei der Behälter während des Füllvorganges eine Messposition passiert. Je nach Messergebnis kann es für den weiteren Füllvorgang zu einer Drosselung des Füllgutstromes kommen.

Nachteilig an einem Füllverfahren entsprechend der DE 43 06 120 C1 ist, dass der Füllgutzustrom auch während des Passierens der Messposition nicht unterbrochen wird, wodurch ein unruhiger Füllgutspiegel zur Messung des erreichten Füllvolumens herangezogen werden muss, was zwangsweise zu ungenauen Messergebnissen führt.

Ebenfalls stellt die DE 32 18 062 A1 ein Füllverfahren vor.

Bei einer Vorrichtung entsprechend dieser Schrift handelt es sich um eine Vorrichtung, bei der anhand von wenigen Sensoren – und somit lediglich in groben Schritten – ermittelt und weitergemeldet wird, ob der in einem Behälter ansteigenden Flüssigkeitsspiegel ein bestimmtes Niveau erreicht hat.

Diese wenigen Sensorsignale können lediglich dazu verwendet werden, bestimmte Phasen des Füllprozesses wie z.B. Schnellfüllen, Bremsphase oder Schließphase auszulösen. Eine genaue Messung des erreichten Füllgutspiegels und das Ergreifen gezielter Maßnahmen zur genauen Erreichung der Soll-Füllhöhe ist nicht möglich.

Eine weitere Schrift, die DE 42 33 843 A1 , stellt eine Vorrichtung zur Füllhöhenkorrektur bei Kunststoffbehältern vor.

Dabei ist vorgesehen, dass eine Messvorrichtung eventuelle, bei den Kunststoffbehältern durch Schrumpfung entstandene Abweichungen ermittelt und ein eventuelles Überschreiten des Soll-Füllstandes dadurch unterbindet, dass der Füllprozess vorzeitig beendet wird.

Maßnahmen zur Verhinderung eines Unterfüllen sieht diese Schrift nicht vor, ebenfalls wird das wirklich abgefüllte Füllvolumen nicht berücksichtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Füllmaschine aufzuzeigen, mit der mit relativ einfachen Mitteln sehr präzise eine vorgegebene Sollfüllhöhe oder ein vorgegebenes Sollvolumen beim Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut erreicht werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 bzw. eine Füllmaschine entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 12 ausgebildet.

Unter „Füllhöhe" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zunächst das Niveau des jeweiligen Füllgutspiegels in dem Behälter zu verstehen. Gleichzeitig steht der Begriff „Füllhöhe" aber auch für das dem jeweiligen Behälter zugeführte bzw. im Behälter vorhandene Füllgutvolumen.

Bei der Erfindung erfolgt während der jeweiligen Füllphase, der weitere Behandlungs- oder Verfahrensschritte, beispielsweise ein Vorspannen der Behälter mit einem unter Druck stehenden Inertgas vorausgehen können, zunächst ein Zeitfüllen bis auf eine Füllhöhe, die unter der Sollfüllhöhe liegt. Nach dem Zeitfüllen erfolgt dann zumindest eine einmalige Füllhöhenmessung mit anschließendem Nachfüllen. Eine Besonderheit besteht darin, dass die Füllhöhenmessung jeweils bei unterbrochenem Füllvorgang, d.h. bei geschlossenem Flüssigkeitsventil und bei völlig beruhigtem Füllgut durch eine ortsfeste Sensoreinrichtung erfolgt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
1 in sehr vereinfachter schematischer Funktions-Darstellung und in Draufsicht eine Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Flaschen, zusammen mit den an der Maschine vorgesehenen Sensor-Einrichtungen zur Erfassung der Geometrie oder des Volumens der zu füllenden Flasche bzw. zur Messung der Füllhöhe sowie zusammen mit einem in Einzeldarstellung wiedergegebenen Füllelement der Füllmaschine;
2–5 in vereinfachter Darstellung und im Vertikalschnitt eines der Füllelemente in verschiedenen Phasen des Füllvorganges, und zwar zusammen mit einer zu füllenden Flasche.
In den Figuren ist 1 der Rotor einer Füllmaschine umlaufender Bauart zum Gegendruck-Füllen von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut, beispielsweise mit Bier oder dgl. Getränk. Die Flaschen 2 bestehen aus einem lichtdurchlässigen Material, nämlich Glas oder Kunststoff.
Am Umfang des Rotors 1 bzw. am Umfang des dort vorgesehenen Ringkessels 3 weist die Füllmaschine in üblicher Weise eine Vielzahl von Füllelementen 4 auf, von denen jedes zusammen mit einem unterhalb des Füllelementes angeordneten Flaschenträger 5 eine Füllstelle bildet.
Während des Betriebes der Füllmaschine ist der Rotor 1 um die vertikale Maschinenachse in Richtung des Pfeils A umlaufend angetrieben. Die zu füllenden Flaschen 2 werden über eine Förderstrecke 6 einem Einlaufstern 7 zugeführt und gelangen über diesen jeweils an eine von einem Füllelement 4 und einem Flaschenträger 5 gebildete Füllstelle am Rotor 1. Die gefüllten Flaschen 2 werden in ebenfalls üblicher Weise über den Auslaufstern 8 den einzelnen Füllstellen bzw. dem Rotor 1 entnommen.
An der Transportstrecke 6, auf der die Flaschen 2 bereits einen vorgegebenen Maschinenabstand aufweisen, der im Abstand der Füllstellen am Umfang des Rotors 1 sowie auch dem Abstand der Taschen des Einlaufsternes 7 entspricht, ist in Transportrichtung B eine erste Sensoreinrichtung 9 vorgesehen, und zwar an einer fest vorgegebenen Position, so dass u.a. auch genau festgelegt ist, welche Position am Rotor 1 bzw. welche Füllstelle jede Flasche 2, die die Sensoreinrichtung 9 passiert hat und von dieser Sensoreinrichtung erfasst wurde, einnimmt. Die Sensoreinrichtung 9 ist so ausgebildet, dass mit ihr die Geometrie und Größe und damit auch das Volumen der jeweiligen, diese Sensoreinrichtung passierende Flasche 2 erfasst werden kann und sie ein diese Daten der jeweiligen Flasche 2 repräsentierendes Signal über eine Signalleitung 10 an eine elektronische Steuereinrichtung 11 liefert.
Die Sensoreinrichtung ist beispielsweise eine Videokamera, wobei dann aufgrund des erzeugten Bildes der Flasche 2 in einer Auswertelektronik ein die Geometrie und Größe der jeweiligen Flasche definierendes Signal oder ein entsprechender Datensatz wird. Die Auswertelektronik ist beispielsweise Bestandteil der Sensoreinrichtung 9, oder aber bevorzugt Teil der Steuerelektronik 11.
Im Bereiche des Umfangs des Rotors 1, mit diesen aber nicht umlaufenden sind zwei weitere Sensoreinrichtungen 12 und 13 in Drehrichtung A aufeinander folgend vorgesehen. Mit diesen Sensoreinrichtungen, die über Signalleitungen 14 bzw. 15 mit der Steuerelektronik 11 verbunden sind und die ebenfalls beispielsweise Videokameras sind, werden die sich beim Drehen des Rotors 1 vorbeibewegenden, an Füllstellen dieses Rotors 1 vorgesehenen Flaschen 2 bzw. deren Füllzustand erfasst, d.h. mit den Sensoreinrichtungen 12 und 13 wird eine erste Füllhöhenmessung (Sensoreinrichtung 12) und eine zweite Füllhöhenmessung (Sensoreinrichtung 13) durchgeführt und zwar für das nachstehend noch näher beschriebene Verfahren.
Mit der Steuerelektronik 11 wird jedes Füllelement 4 individuell angesteuert, und zwar unter Berücksichtigung derjenigen Signale, die die Sensoreinrichtungen 9, 12 und 13 für die dieser Füllstelle zugeordneten Flasche 2 geliefert haben.
Wie in den 2–5 dargestellt ist, besitzt das Füllelement 4 ein Gehäuse 16, in welchem ein Flüssigkeitskanal 17 ausgebildet ist, dessen eines Ende über eine Öffnung 18 mit dem Flüssigkeitsraum 19 des Ringkessels 3 in Verbindung steht, der nur teilweise, d.h. bis zu einem vorgegebenen Niveau N mit dem flüssigen Füllgut gefüllt ist, so dass oberhalb des Flüssigkeitsraumes 19 bzw. des Niveaus N ein Gasraum 20 verbleibt, der ein Inertgas, beispielsweise CO2-Gas mit einem vorgegebenen oder geregelten Fülldruck aufnimmt.
Das andere Ende des Flüssigkeitskanals 17 bildet an der Unterseite des Füllelementes 4 oder Gehäuses 16 eine ringförmige Abgabeöffnung 21 für das flüssige Füllgut. Diese Abgabeöffnung 21 umschließt konzentrisch ein Rückgasrohr 22, welches einen Rückgaskanal 23 bildet und auf dem auch der Ventilkörper 24 des Flüssigkeitsventils 25 sitzt. Über das Rückgasrohr 22 ist der Ventilkörper 24 durch eine pneumatische Betätigungseinrichtung 26 um einen vorgegebenen Hub in vertikaler Richtung zwischen einer abgesenkten, das Flüssigkeitsventil 25 sperrenden Stellung, die z.B. in der 2 gezeigt ist, in eine angehobene, das Flüssigkeitsventil 25 öffnende Stellung bewegbar, die z.B. in der 3 wiedergegeben ist.
An der Unterseite des Füllelementes 4 bzw. des Gehäuses 16 ist weiterhin eine Zentriertulpe 27 vorgesehen, gegen die bzw. deren Dichtung 28 die jeweilige Flasche 2 mit ihrer Flaschenmündung beim Füllen dicht anliegt und die ihrerseits dicht gegen die Unterseite des Gehäuses 16 angepresst ist, so dass bei am Füllelement 4 angesetzter Flasche 2 der Innenraum dieser Flasche nach außen abdichtet und über die Abgabeöffnung 21 mit dem unteren Ende des Flüssigkeitskanals 17 in Verbindung steht. Bei an das Füllelement 4 angesetzter Flasche 2 reicht das Rückgasrohr 22 mit seinem unteren, offenen Ende mit einer kurzen Länge in das Innere der Flasche.
Jedes Füllelement 4 besitzt weiterhin noch ein pneumatisch betätigbares Steuerventil 29, welches, wie folgt angeschlossen ist:
Eingangsseitig über einen Kanal 30, der teilweise im Gehäuse 16 und teilweise im Ringkessel ausgebildet ist, an den Gasraum 20;
ausgangsseitig über einen Kanal 31 an einen Raum 32, der im Gehäuse 16 ausgebildet ist und mit dem oberen Ende des Rückgaskanals 23 verbunden ist sowie zugleich auch über einen Kanal 33 an einen Rückgassammelkanal 34, der ebenso wie der Innenraum des Ringkessels 3 für sämtliche Füllelement 4 der Füllmaschine gemeinsam vorgesehen ist, und zwar im Ringkessel 3 oder Rotor 1.
Für die individuelle Ansteuerung der Betätigungseinrichtung 26 und des Steuerventils 29 durch die Steuereinrichtung 11 ist an jedem Füllelement noch ein Ventilblock 25 vorgesehen, der wenigstens zwei die Betätigungseinrichtung 26 bzw. das Ventil 29 ansteuernde, elektrisch betätigbare Pneumatik-Ventile aufweist.
In der 1 sind am Umfang des Rotors 1 verschiedene Positionen I–VIII angegeben, die jede Füllstelle bei einem vollen Umlauf des Rotors 1 einnimmt. Diese Positionen bedeuten:

Pos. I Beginn des Vorspannens der jeweiligen in Dichtlage mit einem Füllelement befindlichen Flasche 2;
Pos. II Ende des Vorspannens und Anfang einer Zeitfüllung;
Pos. III Ende der Zeitfüllung und Anfang einer ersten Unterbrechung des Füllvorganges;
Pos. IV Ende der ersten Unterbrechung und Beginn einer Nachfüllung;
Pos. V Ende der ersten Nachfüllung und Beginn einer zweiten Unterbrechung;
Pos. VI Ende der zweiten Unterbrechung und Beginn einer zweiten Nachfüllung;
Pos. VII Ende der zweiten Nachfüllung und Beginn einer Entlastung der gefüllten Flasche auf Atmosphärendruck;
Pos. VIII Ende der Entlastung der gefüllten Flasche 2.

Wie die 1 zeigt, ist die Sensoreinrichtung 12 in dem die erste Unterbrechung definierenden Winkelbereich (zwischen den Pos. III und IV) und die Sensoreinrichtung 13 in dem die zweite Unterbrechung definierenden Winkelbereich (zwischen den Pos. V und VI) der Drehbewegung des Rotors 1 angeordnet.
Der Kanal 33 ist ebenfalls teilweise im Gehäuse 16 und teilweise im Ringkessel 3 ausgebildet. In dem sich im Gehäuse 16 erstreckenden Abschnitt des Kanals 33 ist eine Düse oder Drossel 36 vorgesehen.
Im einzelnen ist mit der beschriebenen Füllmaschine folgende Arbeitsweise möglich:
Jede Flasche 2 wird am Flascheneinlauf, d.h. auf der Transportstrecke 6 von der Sensoreinrichtung 9 erfasst und Geometrie und Abmessungen dieser Flasche 2 werden bestimmt. Gleichzeitig werden die entsprechenden Werte, z.B. durch eine Schieberegistertunktion, derjenigen Füllstelle zugeordnet, an die die jeweilige Flasche schließlich über den Einlaufstern 7 übergeben wird. Es werden dann im Detail die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt, wobei in der nachfolgenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass sich das Flüssigkeitsventil 25 und das Steuerventil 29 jeweils in der geschlossenen Stellung befinden, sofern die geöffnete Stellung dieser Ventile nicht ausdrücklich erwähnt ist.
Vorspannen der Flasche 2
Sobald die Füllstelle mit der betrachteten Flasche 2 die Position I erreicht hat, an der sich die jeweilige Flasche 2 in Dichtlage mit dem Füllelement 4 befindet, wird das Ventil 29 geöffnet, so dass ein Vorspannen des Innenraumes der Flasche 2 auf dem Gasraum 20 über den Kanal 30, das geöffnete Ventil 29, den Kanal 31, den Raum 32 und den Rückgaskanal 23 erfolgt, wie dies in der 2 dargestellt ist. An der Position II ist diese Vorspannphase beendet.
Zeitfüllung der Flasche 2 mit dem flüssigen Füllgut
Im Anschluss an das Vorspannen erfolgt das Befüllen der jeweiligen Flasche 2 bis zu einer Füllhöhe F1 oder einem Füllvolumen, die bzw. das unter der Sollfüllhöhe FS oder dem Sollvolumen liegt, beispielsweise 90–95% der Sollfüllhöhe FS oder des Sollvolumens entspricht. Für dieses Zeitfüllen wird über die Steuerelektronik 11, den Ventilblock 35 und die Betätigungseinrichtung 26 das Flüssigkeitsventil 25 für eine Zeitperiode geöffnet, die diese Vorfüllhöhe gewährleistet.
Ist bei diesem Zeitfüllen ein langsames Anfüllen notwendig oder erwünscht, so wird an der Position II vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 25 das Ventil 29 geschlossen und dann nach einer bestimmten Zeit zur Erhöhung der Füllgeschwindigkeit wieder geöffnet.
Das Zeitfüllen ist auf jeden Fall beendet und das Flüssigkeitsventil 25 sowie das Ventil 29 sind geschlossen, wenn die betreffende Füllstelle die Position III erreicht hat.
Die 3 zeigt das geöffnete Flüssigkeitsventil 25 und das geöffnete Steuerventil 29 während der Schnellfüllphase bei der Zeitfüllung.
Erste Füllhöhenmessung
Bei geschlossenem Flüssigkeitsventil 25 sowie bei geöffnetem Steuerventil 29 und damit bei unterbrochenem Füllvorgang und bei einem völlig ruhiggestellten Flüssigkeitsspiegel erfolgt im Winkelbereich zwischen den Positionen III und IV durch die Sensoreinrichtung 12 eine erste Füllhöhenmessung. Da diese bei völlig ruhiggestelltem Flüssigkeitsspiegel in der Flasche stattfindet, ist hierdurch eine genaue Erkennung der Phasengrenze zwischen dem Füllgut und dem Gas in der Flasche möglich, womit eine sichere und präzise Bestimmung der Füllhöhe durch die Sensoreinrichtung 12 gewährleistet ist. Die von der Sensoreinrichtung 12 ermittelte oder gemessene Füllhöhe F1 wird in der Steuerelektronik 11 mit der Sollfüllhöhe FS verglichen. Die vorzugsweise rechnergestützte oder einen Rechner enthaltende Steuerelektronik 11 ermittelt anhand der durch diesen Vergleich gewonnenen Daten und der aufgrund des Signals der Sensoreinrichtung 9 ermittelten Geometrie und Größe des Flaschenhalses 2 dasjenige Füllgutvolumen (Fehlvolumen), welches zum Erreichen der Sollfüllhöhe noch nachzufüllen ist.
Die 4 zeigt den Zustand des Füllelementes 4 während der ersten Füllhöhenmessung.
Erste Nachfüllung
An der Position IV beginnt die erste Nachfüllung. Da aber Toleranzen in der Flaschengeometrie, insbesondere in der Geometrie des sich verjüngenden Flaschenhalses 2' mit zunehmender Füllhöhe zunehmen die Füllhöhengenauigkeit beeinträchtigen, erfolgt während des ersten Nachfüllens nur ein Nachfüllen mit einem Teil des errechneten Fehlvolumens, beispielsweise mit 50% des errechneten Fehlvolumens, und zwar durch zeitgesteuertes Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 25, wobei bei diesem ersten Nachfüllen das Steuerventil 29 beispielsweise geschlossen ist, so dass ebenso wie bei der langsamen Anfüllphase während der Zeitfüllung aus der Flasche 2 vom zufließenden Füllgut verdrängte Gasvolumen nur über den Kanal 33 und die dortige Drossel 36 gedrosselt in den Rückgassammelkanal 34 gelangen kann.
Die erste Nachfüllung ist auf jeden Fall dann beendet und das Flüssigkeitsventil 25 ist auf jeden Fall dann geschlossen, wenn die betrachtete Füllstelle die Position V erreicht hat.
Zweite Füllhöhenmessung
Zwischen den Positionen V und VI erfolgt bei geöffnetem Steuerventil 29 und geschlossenem Flüssigkeitsventil 25, d.h. bei unterbrochenem Füllvorgang eine zweite Füllhöhenmessung durch die Sensoreinrichtung 13, und zwar in gleicher Weise, wie dies vorstehend für die mit der Sensoreinrichtung 12 durchgeführte Füllhöhenmessung beschrieben wurde, d.h. aufgrund des von der Sensoreinrichtung 13 gelieferten Signals ermittelt die Steuereinrichtung 11 unter Berücksichtigung der Geometrie des Flaschenhalses 2' das zum Erreichen der Sollfüllhöhe notwendige Fehlvolumen.
Der Zustand des Füllelementes während der zweiten Füllmessung ist in der 5 wiedergegeben.
Zweite Nachfüllung
An der Position VI erfolgt zeitgesteuert das zweite Nachfüllen, d.h. das Öffnen des Flüssigkeitsventils 25 und damit das Nachfüllen der Flasche 2 mit dem flüssigen Füllgut über eine Zeitperiode, die von der Steuereinrichtung 11 aufgrund des bei der zweiten Füllhöhenmessung ermittelten Fehlvolumens sowie aufgrund der die Einströmgeschwindigkeit des Füllgutes in die Flasche 2 bestimmenden Parameter ermittelt wird, so u.a. unter Berücksichtigung der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Gasraum 20 und dem Druck im Rückgassammelkanal 34.
Auch für die zweite Nachfüllung wird vor dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 25 das Steuerventil 29 geschlossen, so dass das Befüllen der Flasche mit reduzierter Füllgeschwindigkeit erfolgt (Bremsfüllen).
Die zweite Nachfüllung ist bei Erreichen der Position VII abgeschlossen. Anschließend erfolgt zwischen den Positionen VII und VIII das Entlasten der gefüllten Flasche 2 auf Atmosphärendruck und nach Erreichen der Position VIII das Abziehen der Flasche vom Füllelement IV.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren wird bei der Unterbrechung des Füllvorganges für die erste und zweite Füllhöhenmessung bereits eine Beruhigung des flüssigen Füllgutes in der jeweiligen Flasche soweit erreicht, dass auf eine Beruhigungsphase vor dem Entlasten oder während des Entlastens, wie sie bei herkömmlichen Füll-Verfahren üblich ist, verzichtet werden kann, zumindest kann aber eine solche Endberuhigungsphase bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich gekürzt werden, so dass die Unterbrechung des Füllvorganges für die erste und zweite Füllhöhenmessung auch keine Reduzierung der Leistung bedeutet.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird. So können beispielsweise anstelle der vorstehend beschriebenen, auf dem Videokamera-Prinzip basierenden Sensoreinrichtungen 9, 12 und 13 auch andere Sensoreinrichtungen verwendet werden, beispielsweise mit Ultraschall oder Licht oder Lichtstrahlen arbeitende Sensorenrichtungen, beispielsweise mit Lichtstrahlen, insbesondere Laser-Lichtstrahlen arbeitende Abtast- oder Scannereinrichtungen oder aber nach dem Lichtschranken-Prinzip arbeitende opto-elektrische Sensoreinrichtungen usw.

1: Rotor
2: Flasche
2': Flaschenhals
3: Ringkessel
4: Füllelement
5: Flaschenteller
6: Transportstrecke
7: Einlaufstern
8: Auslaufstern
9: Sensoreinrichtung
10: Signalleitung
11: Steuerelektronik
12, 13: Sensoreinrichtung
14, 15: Signalleitung
16: Gehäuse
17: Flüssigkeitskanal
18: Öffnung
19: Flüssigkeitsraum
20: Gasraum
21: Abgabeöffnung
22: Rückgasrohr
23: Rückgaskanal
24: Ventilkörper
25: Flüssigkeitsventil
26: Betätigungseinrichtung
27: Zentriertulpe
28: Dichtung
29: Steuerventil
30, 31: Kanal
32: Raum
33: Kanal
34: Rückgassammelkanal
35: Ventilblock
36: Düse

Claims

Verfahren zum Füllen von Flaschen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Füllmaschine umlaufender Bauart, mit einer Vielzahl von Füllstellen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors (1), wobei jede Füllstelle einen Behälterträger (5) sowie ein Füllelement (4) mit einem eine Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut bildenden Flüssigkeitskanal (19) mit einem Flüssigkeitsventil (25) aufweist, welches in einer Füllphase zum Füllen des jeweiligen mit seiner Behälteröffnung an der Abgabeöffnung (21) angeordneten Behälters (2) gesteuert geöffnet und aufgrund eines von einer die Füllhöhe messenden Sensoreinrichtung (13, 14) gelieferten Signals bei Erreichen einer einer Sollfüllhöhe (F_S) entsprechenden Füllhöhe wieder geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem Winkelbereich (II–III) der Drehbewegung (A) des Rotors (1) eine Zeitfüllung des jeweiligen Behälters (2) zum Erreichen einer ersten Füllhöhe (F1) erfolgt, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs unterhalb der Sollfüllhöhe liegt, und dass anschließend in wenigstens einem Nachfüllschritt bei beruhigtem Füllgut im Behälter, d.h. bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (25), die Füllhöhe dieses sich an einer Messposition vorbeibewegenden Behälters mittels einer dort vorgesehenen und mit dem Rotor (1) nicht mitbewegten Sensoreinrichtung (12, 13) gemessen und unter Berücksichtigung der Abweichung der bei dieser Füllhöhenmessung gemessenen Füllhöhe (F1, F2) von einer vorgegebenen Füllhöhe, vorzugsweise von der Sollfüllhöhe (FS), das Flüssigkeitsventil (25) für ein wenigstens einmaliges Nachfüllen derart geöffnet wird, dass schließlich die der Sollfüllhöhe (FS) entsprechende Füllhöhe erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachfüllen auf die der Sollfüllhöhe (FS) entsprechende Füllhöhe in wenigstens zwei Nachfüllschritten erfolgt, von denen jeder wenigstens eine Füllhöhenmessung und wenigstens ein anschließendes Nachfüllungen umfasst, und dass jede Füllhöhenmessung jeweils bei unterbrochenem Füllvorgang bzw. geschlossenem Flüssigkeitsventil (25) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im letzten Nachfüllschritt der Umfang der Nachfüllung oder die Nachfüllmenge aus der Differenz zwischen der gemessenen Füllhöhe (F2) und Sollfüllhöhe (FS) derart bestimmt wird, dass bei dieser Nachfüllung die der Sollfüllhöhe entsprechende Füllhöhe erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem wenigstens einen dem letzten Nachfüllschritt zeitlich vorausgehenden Nachfüllschritt der Umfang der Nachfüllung aus der Differenz zwischen der gemessenen Füllhöhe (F1) und Sollfüllhöhe (FS) derart bestimmt wird, dass bei der Nachfüllung eine unter der Sollfüllhöhe liegende Füllhöhe erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachfüllung jeweils zeitgesteuert erfolgt, vorzugsweise unter Berücksichtigung der die Einströmgeschwindigkeit des Füllgutes in die Behälter bestimmenden Parameter.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie und/oder Größe und/oder das Volumen der Behälter (2) durch wenigstens eine weitere Sensoreinrichtung (9) erfasst wird, die am Rotor und sich mit diesem nicht mitbewegend oder aber an einem Behältereinlauf (6) der Füllmaschine vorgesehen ist, und dass unter Berücksichtigung des von dieser Sensoreinrichtung (9) gelieferten Signals oder Messwerte die jeweilige Nachfüllmenge und/oder Nachfüllzeit ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Zeitfüllung etwa 90–95% der Sollfüllhöhe erreicht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, unter Verwendung von Füllelementen (4), die jeweils einen Gasweg aufweisen, über den während des Füllens bei in Dichtlage mit dem Füllelement (4) befindlichem Behälter (2) das aus dem Innenraum des Behälters durch das zufließende Füllgut verdrängte Luft- oder Gasvolumen abfließt und in dem wenigstens ein Steuerventil (29) vorgesehen ist, welches in einer einem Bremsfüllen entsprechenden Betriebsstellung nur ein gedrosseltes Abfließen des verdrängten Gas- oder Luftvolumens ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (29) jedes Füllelementes (4) derart angesteuert wird, dass es sich während jedes Nachfüllens jeweils in der dem Bremsfüllen entsprechenden Betriebsstellung befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, unter Verwendung von Füllelementen, die für ein Füllen unter Gegendruck jeweils einen durch wenigstens ein Steuerventil (29) gesteuerten Gasweg aufweisen, über den der Innenraum des jeweiligen, in Dichtlage mit dem Füllelement (4) befindlichen Behälters (2) zum Vorspannen mit einem ein Inertgas unter Druck enthaltenen Gasraum (20) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (29) jeweils derart gesteuert wird, dass während jeder Füllhöhenmessung der Innenraum des jeweiligen Behälters (2) mit dem Gasraum (20) in Verbindung steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Füllhöhenmessung eine Videokamera, eine opto-elektrische Messeinrichtung, beispielsweise eine eine oder mehrere Lichtschranken aufweisende Einrichtung, eine optische Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Lichtstrahles, beispielsweise eines Laser- Strahles und/oder eine Ultraschall-Messeinrichtung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet,. dass zur Bestimmung der Geometrie und/oder Größe und/oder des Volumens der Behälter (2) eine Videokamera, eine opto-elektrische Abtasteinrichtung, beispielsweise eine Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Lichtstrahles, beispielsweise eines Laser- Strahles und/oder eine Ultraschall-Abtasteinrichtung verwendet wird.
Füllmaschine umlaufender Bauart zum Füllen von Flaschen oder dgl. Behälter mit einem flüssigen Füllgut, mit einer Vielzahl von Füllstellen am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend angetriebenen Rotors (1), wobei jede Füllstelle einen Behälterträger (5) sowie ein Füllelement (4) mit einem eine Abgabeöffnung für das flüssige Füllgut bildenden Flüssigkeitskanal (19) mit einem Flüssigkeitsventil (25) aufweist, welches in einer Füllphase zum Füllen des jeweiligen mit seiner Behälteröffnung an der Abgabeöffnung (21) angeordneten Behälters (2) gesteuert durch eine Steuerelektronik (11) geöffnet und aufgrund eines von einem die Füllhöhe messenden Sensoreinrichtung (13, 14) an die Steuerelektronik (11) gelieferten Signals bei Erreichen einer einer Sollfüllhöhe (F_S) entsprechenden Füllhöhe wieder geschlossen wird, mit einem Behältereinlauf (7), über den die zu füllenden Behälter (2) dem Rotor (1) oder den dortigen Füllstellen zugeführt werden, sowie mit einem Behälterauslauf (8) zum Abführen der gefüllten Behälter (2) vom Rotor (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Behältereinlauf (7) und dem Behälterauslauf (8) im Bereich des Umfangs des Rotors (1) ortsfest und mit diesem nicht umlaufend an wenigstens einer Messposition wenigstens eine Sensoreinrichtung (12, 13) vorgesehen ist, und dass die Steuerelektronik (11) so ausgebildet ist, dass in einem der wenigstens einen Sensoreinrichtung (12) vorausgehenden Winkelbereich (II–III) der Drehbewegung (A) des Rotors (1) zunächst eine Zeitfüllung des jeweiligen Behälters (2) zum Erreichen einer ersten Füllhöhe (F1) erfolgt, die innerhalb eines vorgegebenen Bereichs unterhalb der Sollfüllhöhe liegt, und anschließend in wenigstens einem Nachfüllschritt bei beruhigtem Füllgut im Behälter, d.h. bei geschlossenem Flüssigkeitsventil (25), die Füllhöhe dieses sich an einer Messposition vorbeibewegenden Behälters mittels der dort vorgesehenen Sensoreinrichtung (12, 13) gemessen und unter Berücksichtigung der Abweichung der bei dieser Füllhöhenmessung gemessenen Füllhöhe (F1, F2) von einer vorgegebenen Füllhöhe, vorzugsweise von der Sollfüllhöhe (FS), das Flüssigkeitsventil (25) für ein wenigstens einmaliges Nachfüllen derart geöffnet wird, dass schließlich die der Sollfüllhöhe (FS) entsprechende Füllhöhe erreicht ist
Füllmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (1) in Drehrichtung (A) aufeinander folgend wenigstens zwei jeweils eine Messposition für eine Füllhöhenmessung bildende Sensoreinrichtungen (12, 13) vorgesehen sind, dass die Steuerelektronik (11) die Füllelemente (4) derart steuert, dass an jeder Messposition die Füllhöhenmessung durch die dortige Sensoreinrichtung (12, 13) jeweils bei unterbrochenem Füllvorgang bzw. geschlossenem Flüssigkeitsventil (25) vorgenommen wird und das Nachfüllen auf die der Sollfüllhöhe entsprechende Füllhöhe in wenigstens zwei Nachfüllschritten erfolgt, von denen jeder wenigstens eine Füllhöhenmessung und wenigstens ein anschließendes Nachfüllungen umfasst.
Füllmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (11) im letzten Nachfüllschritt den Umfang der Nachfüllung aus der Differenz zwischen der gemessenen Füllhöhe (F2) und Sollfüllhöhe (FS) derart bestimmt, dass bei der Nachfüllung die der Sollfüllhöhe entsprechende Füllhöhe erreicht wird.
Füllmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (11) in dem wenigstens einen dem letzten Nachfüllschritt zeitlich vorausgehenden Nachfüllschritt den Umfang der Nachfüllung aus der Differenz zwischen der gemessenen Füllhöhe (F1) und Sollfüllhöhe (FS) derart bestimmt, dass bei der Nachfüllung eine unter der Sollfüllhöhe liegende Füllhöhe erreicht wird.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik die Nachfüllung jeweils zeitgesteuert vornimmt, vorzugsweise unter Berücksichtigung der die Einströmgeschwindigkeit des Füllgutes in die Behälter bestimmenden Parameter.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–16, gekennzeichnet durch wenigstens einen die Geometrie und/oder Größe und/oder das Volumen der Behälter (2) erfassende weitere Sensoreinrichtung (9), die am Rotor und mit diesem nicht mitbewegt oder aber an einem Behältereinlauf (6) der Füllmaschine vorgesehen ist, und dass die Steuerelektronik (11) unter Berücksichtigung des von dieser Sensoreinrichtung (9) gelieferten Signals die jeweilige Nachfüllmenge und/oder Nachfüllzeit ermittelt.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (11) die erste Zeitfüllung so steuert, dass am Ende dieser Zeitfüllung etwa 90–95% der Sollfüllhöhe erreicht sind.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–18, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Füllelement (4) einen Gasweg aufweist, über den während des Füllens bei in Dichtlage mit dem Füllelement (4) befindlichem Behälter (2) das aus dem Innenraum des Behälters durch das zufließende Füllgut verdrängte Luft- oder Gasvolumen abfließt, dass im Gasweg wenigstens ein Steuerventil (29) vorgesehen ist, welches in einer einem Bremsfüllen entsprechenden Betriebsstellung nur ein gedrosseltes Abfließen des verdrängten Gas- oder Luftvolumens ermöglicht, und dass das Steuerventil (29) jedes Füllelementes (4) durch die Steuerelektronik (11) derart angesteuert wird, dass es sich während des Nachfüllens jeweils in der dem Bremsfüllen entsprechenden Betriebsstellung befindet.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–19, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Füllen unter Gegendruck jedes Füllelement (4) einen durch wenigstens ein Steuerventil (29) gesteuerten Gasweg aufweist, über den der Innenraum des jeweiligen, in Dichtlage mit dem Füllelement (4) befindlichen Behälters (2) zum Vorspannen mit einem ein Inertgas unter Druck enthaltenen Gasraum (20) verbindbar ist, und dass das Steuerventil (29) durch die Steuerelektronik (11) derart gesteuert wird, dass während der Füllhöhenmessung der Innenraum des jeweiligen Behälters (2) mit dem Gasraum (20) in Verbindung steht.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–20, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung (12, 13) für die Füllhöhenmessung eine Videokamera, eine opto-elektrische Messeinrichtung, beispielsweise eine eine oder mehrere Lichtschranken aufweisende Einrichtung, eine optische Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Lichtstrahles, beispielsweise eines Laser-Strahles und/oder eine Ultraschall-Messeinrichtung ist.
Füllmaschine nach einem der Ansprüche 12–21, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Sensoreinrichtung (9) zur Bestimmung der Geometrie und/oder Größe und/oder des Volumens der Behälter (2) eine Videokamera eine opto-elektrische Abtasteinrichtung, beispielsweise eine Abtasteinrichtung unter Verwendung eines Lichtstrahles, beispielsweise eines Laser- Strahles und/oder eine Ultraschall-Abtasteinrichtung ist.