EP1127835A1 - System sowie Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut - Google Patents

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EP1127835A1
EP1127835A1 EP00128554A EP00128554A EP1127835A1 EP 1127835 A1 EP1127835 A1 EP 1127835A1 EP 00128554 A EP00128554 A EP 00128554A EP 00128554 A EP00128554 A EP 00128554A EP 1127835 A1 EP1127835 A1 EP 1127835A1
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EP
European Patent Office
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filling
pressure
electronics
container
filling element
Prior art date
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EP00128554A
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English (en)
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Ludwig Clüsserath
Manfred Härtel
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KHS Maschinen und Anlagenbau AG
Original Assignee
KHS Maschinen und Anlagenbau AG
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Publication date
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
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    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
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    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/287—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters

Definitions

  • the invention relates to a system according to the preamble of claim 1 and to a method according to the preamble of claim 14.
  • cans or similar containers with a liquid Filling goods are systems or filling machines, especially also such rotating design is known, the circumference of a vertical Machine axis rotating rotor have a variety of filling elements.
  • the containers to be filled at least when using a pressure filling Pressed container carrier in the sealing position with the container mouth.
  • the filling process then includes in a known manner a large number of successive times Process or procedural steps, in particular also those related to the actual one Precede filling, e.g. Evacuate and flush the inside of the container etc.
  • the quality of the filling process and thus the durability of the product, i.e. of Filled goods filled in the container depend crucially on the flawless How the filling elements of a filling machine work.
  • the object of the invention is to demonstrate a system with which a Monitoring of the filling elements, but also optimal control of the filling process is possible.
  • the actual pressure curve (actual pressure curve - actual value) is on each filler element individually recorded and individually evaluated by electronics.
  • the invention is based on the knowledge that only the measured Pressure course the functionality of each filling element of a filling machine monitored and any misconduct early on, i.e. already before one Impairment of the quality of the product can be determined. This diagnosis is then compared with a constant comparison of the actual pressure curve (actual value) Setpoint pressure curve (setpoint) created.
  • the system according to the invention also allows the individual process steps to correct so that the actual value is as close as possible to the target value of the concerned Process step corresponds.
  • This correction is carried out preferably and in particular simply by changing the duration of the respective time Procedural step.
  • a control of other parameters of the process steps e.g. printing, which would only be possible with great effort, is avoided.
  • the filling machine is used for filling Containers, namely bottles 2 with a liquid filling material in the form of a Beverage.
  • the filling machine 1 is of such a rotating design, i.e. she owns in the way known to the person skilled in the art on a vertical machine axis revolving rotor 3 at a uniform angular distance distributed a variety of Filling points, each formed by a filling element 4 with a container carrier 5 are.
  • the bottles 2 fed via a conveyor 6 become the individual Filling points 4/5 fed via a bottle inlet 7 and the filled bottles 2 are taken from the filling points 4/5 at a bottle outlet 8 and at the Transfer carrier 6.
  • the rotor 3 is in the direction of arrow A in FIG. 1 driven all round.
  • the filling process takes place between the bottle inlet 7 and the bottle outlet 8 each raised to a filling element 4 and in sealing position with this filling element located bottles 2 in several process steps, namely in the illustrated Embodiment according to Figure 3 in eleven steps.
  • the Pressure curve (target pressure curve) of the respective bottle 2 during the filling process target pressure as a function of time, as Differential pressure compared to atmospheric pressure p0.
  • FIG. 2 shows one of the filling elements 4 provided on the rotor 3 in more detail reproduced, namely as a filler-less filler.
  • the housing 9 of this Filling element is first formed the liquid channel 10, in which, among other things. the Liquid valve 11 is arranged, which by a not shown Actuator for initiating quick filling opened and at the end of Slow filling is closed and in its open position in FIG is reproduced.
  • the liquid channel 10 is provided with an annular bowl 12 provided on the rotor 3 or connected to a local filling space 13 occupied by the filling material.
  • a gas space 14 in the ring bowl 12 for one under pressure standing inert gas, for example CO2 gas.
  • the product space 13 is about a line 15 supplied with the liquid filling material, in such a way that the level N of the product level in the ring bowl 12 to a predetermined or preselected Value is set.
  • the gas space 14 is connected to the pressurized inert gas (CO2 gas) supplied by a Pressure control in such a way that the pressure in the gas space 14 constant or in is substantially constant or approximately corresponds to the pressure p7.
  • CO2 gas pressurized inert gas
  • Each filling element 4 has a return gas tube 22, which is on the filling element 4 attached bottle 2 with its lower, open end in the interior of the each bottle 2 and with its upper, open end in a in the housing 9 trained gas channel 23 opens, the component of the formed in the housing 3 Is gas.
  • controllable control valve device 24 controllable such that the interior of the respective bottle 2 provided on the filling element 4 in the sealing position for the individual Treatment steps, among others with the respective treatment or process step corresponding ring channel 17, 19, 20 and 21 is connected, in such a way that with properly working filling element 4 the one shown in FIG Target pressure curve during filling results.
  • a pressure sensor 25 is provided in the gas channel 23 and is connected via the return gas pipe 22 constantly detects the interior of the bottle 2 provided on the filling element 4 and the corresponding measured value to one for all filling elements 4 or their Pressure sensors 25 supplies common electronics 26, which are preferably computer-aided or is formed by a computer.
  • This diagnosis procedure is based on the knowledge that only through the Monitoring the actual pressure curve by means of the pressure sensors 25 and by comparison this at the respective filling element 4 measured pressure curve with a Any pressure errors in individual filling elements 4 while running Filling machine 1 can be recognized early.
  • the setpoint pressure curve which is denoted by 27 in FIG. 3, is stored in a memory Electronics 26 filed, together with a narrower tolerance range, the is defined by the two curves 27 'and 27 "closer to curve 27, and along with a wider tolerance range that is given by the two outside lying curves 27 '' 'and 27 "" is defined.
  • the range of the narrower Tolerance range (curves 27 'and 27 ") is selected so that when the Actual pressure curve is completely within this range, qualitatively fully acceptable Filling results can be achieved, but the electronics 26 already at Deviations within this narrow tolerance range an error message which sets out the possible cause of the error and also an exact identification of the contains the respective filling element 4, for example its serial number on the rotor 3 contains.
  • the cause of the error is analyzed by the electronics 26 from the position at which the Pressure at the filling element 4 concerned from the target characteristic or from Target pressure curve 27 deviates. Errors within the range of curves 27 'and 27 " defined narrower tolerance range, are still within the quality standards that are sufficient for a salable product. A The corresponding error message can, however, be part of preventive maintenance be used to identify the corresponding error in advance, i.e. before one Impairment of the filling quality occurs.
  • the described diagnostic system or electronics 26 contains also the possibility of all relevant data, in particular also from the Record pressure sensors 25 supplied data, so that this later can be processed and evaluated using data technology.
  • the target pressure curve 27 and that of the narrower Tolerance range (curves 27 'and 27 ") and the further tolerance range (curves 27 "'and 27” ”) corresponding data and values each for different Treatment or filling processes and for different filling parameters, such as Product type, CO2 content, filling temperature, filling volume, empty volume of Containers, filling height etc. are stored separately.
  • the respective target pressure curve 27 with the tolerance ranges can be in the electronics 26 can be read in by appropriate data entry. But preferably calculated the electronics 26 at the start of production from the pressure sensors 25 data provided a characteristic curve of the pressure curve, which results from the averaged values a certain number of fillings on the filling elements 4 of the filling machine 1 calculated. This pressure curve characteristic curve then continues as the target pressure curve 27 used.
  • the parameters mentioned above do not only determine in their number and / or type different process steps, but in particular also a certain one Duration and a certain pressure curve in the respective process step.
  • the procedure is for the respective filling process in the memory of the electronics 26 deposited. Also stored are those of the respective product or beverage and the to be filled containers 2 dependent parameters and characteristics from which the individual process pressures, their course over time, the treatment times, etc. for the the respective process sections can be calculated.
  • the controller can also be designed so that the electronics 26 at Enter a filling type or type of beverage with a filling method for this Selects or suggests the optimal type of process for the beverage.
  • the filling times t7 and t8 are sensor-controlled from the level measurement or from the volume measurement.
  • the control takes place in detail so that the filling machine 1 starts the filling operation once begins with values that the electronics 20 from stored process parameters the operator has taken into account the setting. During the Operation then compares the electronics 26 in the individual process steps reached and detected by the pressure sensors 25 pressures with the target Target pressures (target pressure curve). If there are deviations between an actual value and the Electronics 26 then carries out corresponding time corrections, specifically until the optimal filling process is reached. With this automatic parameterization of the The course of the filling process is therefore not knowledge of the file Filling process required by the operator. The operator only has to the generally known beverage data, including the type and size enter the containers or bottles to be filled.

Abstract

Bei einem Sytem oder Verfahren zum Füllen von Flaschen (2), Dosen oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung einer Vielzahl von Füllelementen (4) wird während des Füllprozesses an jedem Füllelement (4) der Druck im Innenraum des mit diesem Füllelement verbundenen Behälters individuell erfaßt und dieser Istdruckverlauf für Diagnose- oder Steuerungszwecke verwendet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 14.
Zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern mit einem flüssigen Füllgut, insbesondere auch mit Getränken sind Systeme oder Füllmaschinen, speziell auch solche umlaufender Bauart bekannt, die am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotors eine Vielzahl von Füllelementen aufweisen. An diesen sind die zu füllenden Behälter zumindest bei einer Druckfüllung mit Hilfe eines Behälterträgers in Dichtlage mit der Behältermündung angepreßt. Der Füllprozeß umfaßt dann in bekannter Weise eine Vielzahl von zeitlich aufeinander folgenden Prozeß- oder Verfahrens-Schritten, insbesondere auch solche, die dem eigentlichen Füllen vorausgehen, wie z.B. Evakuieren und Spülen des Behälterinnenraumes usw.
Die Qualität des Füllprozesses und damit auch die Haltbarkeit des Produktes, d.h. des in die Behälter abgefüllten Füllgutes hängen entscheidend von der einwandfreien Arbeitsweise der Füllelemente einer Füllmaschine ab.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System aufzuzeigen, mit dem in einfacher Weise eine Überwachung der Füllelemente, aber auch eine optimale Steuerung des Füllprozesses möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein System entsprechend dem Patentanspruch 1 und ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 14 ausgebildet.
Bei der Erfindung wird der tatsächliche Druckverlauf (Istdruckverlauf - Istwert) an jedem Füllelement individuell erfaßt und von einer Elektronik individuell ausgewertet. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß allein aus dem gemessenen Druckverlauf die Funktionstüchtigkeit eines jeden Füllelementes einer Füllmaschine überwacht und ein evtl. Fehlverhalten bereits frühzeitig, d.h. bereits vor einer Beeinträchtigung der Qualität des Produktes festgestellt werden kann. Diese Diagnose wird dann durch ständigen Vergleich des Istdruckverlaufs (Istwert) mit einem Solldruckverlauf (Sollwert) erstellt.
Das erfindungsgemäße System gestattet es aber auch, die einzelnen Verfahrensschritte so zu korrigieren, daß der Istwert möglichst dem Sollwert des betreffenden Verfahrensschritts entspricht. Diese Korrektur erfolgt bevorzugt und in besonders einfacher Weise durch eine entsprechende Änderung der Zeitdauer des jeweiligen Verfahrensschritts. Eine Steuerung bzw. Regelung anderer Parameter der Prozeß-Schritte (z.B. des Drucks), die nur mit hohem Aufwand möglich wäre, ist vermieden.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
in sehr vereinfachter schematischer Darstellung und in Draufsicht eine Füllmaschine gemäß der Erfindung;
Fig. 2
! in vereinfachter Darstellung ein Füllelement der Füllmaschine der Figur 1;
Fig. 3
in einer Graphik den Solldruckverlauf an einem der Füllelemente der Füllmaschine der Figur 1.
Die in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllmaschine dienst zum Füllen von Behältern, nämlich von Flaschen 2 mit einem flüssigen Füllgut in Form eines Getränkes. Die Füllmaschine 1 ist eine solche umlaufender Bauart, d.h. sie besitzt in der dem Fachmann bekannten Weise an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufenden Rotor 3 in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt eine Vielzahl von Füllstellen, die jeweils von einem Füllelement 4 mit einem Behälterträger 5 gebildet sind. Die über einen Transporteur 6 zugeführten Flaschen 2 werden den einzelnen Füllstellen 4/5 über einen Flascheneinlauf 7 zugeführt und die gefüllten Flaschen 2 werden an einem Flaschenauslauf 8 den Füllstellen 4/5 entnommen und an den Transporteur 6 übergeben. Der Rotor 3 ist in Richtung des Pfeiles A der Figur 1 umlaufend angetrieben.
Zwischen dem Flascheneinlauf 7 und dem Flaschenauslauf 8 erfolgt der Füllprozeß der jeweils an ein Füllelement 4 angehobenen und in Dichtlage mit diesem Füllelement befindlichen Flaschen 2 in mehreren Prozeß-Schritten, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform entsprechend der Figur 3 in elf Schritten. In dieser Figur ist der Druckverlauf (Solldruckverlauf) des in der jeweiligen Flasche 2 beim Füllprozeß angestrebten Drucks in Abhängigkeit von der Zeit wiedergegeben, und zwar als Differenzdruck gegenüber dem Atmosphärendruck p0.
Im Einzelnen umfaßt der Füllprozeß also folgende Schritte:
  • Erstes Evakuieren der jeweiligen Flasche 2 vom Umgebungsdruck auf einen Druck p1 während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t1,
  • erstes Spülen mit Inert-Gas oder C02-Gas mit einem Anstieg des Drucks auf einen Wert p2 unterhalb des Umgebungsdruckes während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t2,
  • zweites Evakuieren auf einen Druck p3 unterhalb des Druckes p2 während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t3,
  • zweites Spülen mit Inert-Gas oder C02-Gas mit einem Druckanstieg auf den Druck p4 (weiterhin unterhalb des Atmosphärendrucks) während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t4,
  • drittes Evakuieren auf einen Druck p5 gleich oder etwa gleich den Druck p1 während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t5,
  • Vorspannen auf den Vorspanndruck p6 deutlich über dem Atmosphärendruck während einer Zeitdauer (Behandlungsdauer) t6,
  • Einleiten eines Schnellfüllens bei im wesentlich gleichbleibenden Druck über eine Zeitdauer t7;
  • Einleiten einer Langsamfüllphase bei anfänglichem geringen Druckanstieg auf den Druck p7 und bei dann im wesentlichen gleichbleibendem Druck über eine Zeitdauer t8,
  • Einleiten einer Vorentlastung über eine Zeitdauer t9 bei auf den Wert p9 sinkendem Druck;
  • Einleiten einer Beruhigungsphase bei im wesentlich gleichbleibendem Druck p9 über eine Zeitdauer t10 und
  • Restentlastung über eine Zeitdauer t11 bei auf den Umgebungsdruck p0 absinkendem Druck.
Ein Großteil der vorbeschriebenen Prozeß-Schritte ist zeitgesteuert. Einzelne Prozeß-Schritte, nämlich die Beendigung des Langsamfüllens und z.B. der Übergang zwischen dem Schnellfüllen und dem Langsamfüllen sind auch durch einen Sensor gesteuert..
In der Figur 2 ist eines der am Rotor 3 vorgesehenen Füllelemente 4 näher im Detail wiedergegeben, und zwar als füllrohrloses Füllelement. Im Gehäuse 9 dieses Füllelementes ist zunächst der Flüssigkeitskanal 10 ausgebildet, in welchem u.a. das Flüssigkeitsventil 11 angeordnet ist, welches durch eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung zum Einleiten des Schnellfüllens geöffnet und am Ende des Langsamfüllens geschlossen wird und in der Figur 2 in seiner geöffneten Stellung wiedergegeben ist.
Der Flüssigkeitskanal 10 ist mit einem am Rotor 3 vorgesehenen Ringkessel 12 bzw. mit einem dortigen, von dem Füllgut eingenommenen Füllgutraum 13 verbunden. Oberhalb des Füllgutraums 13 ist im Ringkessel 12 ein Gasraum 14 für ein unter Druck stehende Inert-Gas, beispielsweise CO2-Gas gebildet. Der Füllgutraum 13 wird über eine Leitung 15 mit dem flüssigen Füllgut versorgt, und zwar derart, daß das Niveau N des Füllgutspiegels in dem Ringkessel 12 auf einen vorgegebenen oder vorgewählten Wert eingeregelt ist. Der Gasraum 14 wird über eine Spanngasleitung 16 mit dem unter Druck stehenden Inert-Gas (CO2-Gas) versorgt, und zwar über eine Druckregelung in der Weise, daß der Druck im Gasraum 14 konstant oder im wesentlichen konstant ist oder in etwa den Druck p7 entspricht.
Für die einzelnen Behandlungs- oder Füllphasen sind am Rotor 3 bei der dargestellten Ausführungsform für sämtliche Füllelemente 4 gemeinsam noch vorgesehen:
  • Ein Spanngas-Ringkanal 17, der über eine Leitung 18 mit dem Gasraum 14 in Verbindung steht,
  • ein erster Rückgas-Ringkanal 19, der für die Vorentlastung dient und in dem ein dem Vorentlastungsdruck entsprechender Druck p9 eingeregelt ist,
  • ein zweiter Rückgasringkanal 20, der für das Restentlasten mit der Atmosphäre in Verbindung steht sowie
  • ein Vakuum-Ringkanal 21, der mit einer nicht dargestellten Vakuumquelle verbunden ist.
Jedes Füllelement 4 besitzt ein Rückgasrohr 22, welches bei am Füllelement 4 angesetzter Flasche 2 mit seinem unteren, offenen Ende in den Innenraum der jeweiligen Flasche 2 und mit seinem oberen, offenen Ende in einen im Gehäuse 9 ausgebildeten Gaskanal 23 mündet, der Bestandteil vom im Gehäuse 3 ausgebildeten Gaswegen ist. Diese sind über eine an jedem Füllelement 4 vorgesehene, individuell steuerbare Steuerventileinrichtung 24 derart steuerbar, daß der Innenraum der jeweiligen, am Füllelement 4 in Dichtlage vorgesehenen Flasche 2 für die einzelnen Behandlungsschritte u.a. mit dem dem jeweiligen Behandlungs- oder Prozeß-Schritt entsprechenden Ringkanal 17, 19, 20 bzw. 21 verbunden ist, und zwar derart, daß sich bei ordnungsgemäß arbeitendem Füllelement 4 der in der Figur 3 wiedergegebene Solldruckverlauf während des Füllens ergibt.
Im Gaskanal 23 ist ein Drucksensor 25 vorgesehen, der über das Rückgasrohr 22 ständig den im Innenraum der am Füllelement 4 vorgesehenen Flasche 2 erfaßt und den entsprechenden Meßwert an eine für sämtliche Füllelemente 4 bzw. deren Drucksensoren 25 gemeinsame Elektronik 26 liefert, die vorzugsweise rechnergestützt bzw. von einem Rechner gebildet ist.
Mit den Drucksensoren 25 und der Elektronik 26 besteht zum einen die Möglichkeit einer Überwachung und/oder Diagnose der einzelnen Füllelemente 4 bei laufender Maschine, d.h. ein evtl. Fehlverhalten einzelner Füllelemente wird frühzeitig erkannt, um ggf. Gegenmaßnahmen einzuleiten. Mit den Drucksensoren 25 und der gemeinsamen Elektronik 26 ist aber auch eine automatische, füllgutspezifische Regelung des Füllprozesses möglich.
Überwachung und/oder Diagnose der Füllelemente 4:
Diesem Diagnoseverfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß allein durch die Überwachung des Istdruckverlaufs mittels der Drucksensoren 25 und durch Vergleich dieses an dem jeweiligen Füllelement 4 gemessenen Druckverlaufs mit einem Solldruckverlauf eventuelle Fehler in einzelnen Füllelementen 4 bei laufender Füllmaschine 1 frühzeitig erkennbar sind.
Der Solldruckverlauf, der in der Figur 3 mit 27 bezeichnet ist, ist in einem Speicher der Elektronik 26 abgelegt, und zwar zusammen mit einem engeren Toleranzbereich, der durch die beiden der Kurve 27 näher liegenden Kurven 27' und 27" definiert ist, sowie zusammen mit einem breiteren Toleranzbereich, der durch die beiden außen liegenden Kurven 27''' und 27"" definiert ist. Die Bandbreite des engeren Toleranzbereichs (Kurven 27' und 27") ist so gewählt, daß dann, wenn der Istdruckverlauf vollständig innerhalb dieser Bandbreite liegt, qualitativ voll akzeptable Füllergebnisse erreicht werden, wobei die Elektronik 26 allerdings bereits bei Abweichungen innerhalb dieses engeren Toleranzbereichs eine Fehlermeldung absetzt, die die mögliche Fehlerursache und auch eine genaue Identifikation des jeweiligen Füllelementes 4 enthält, beispielsweise dessen laufende Nummer am Rotor 3 enthält. Die Fehlerursache analysiert die Elektronik 26 aus der Position, an der der Druck an dem betreffenden Füllelement 4 von der Sollkennlinie bzw. vom Solldruckverlauf 27 abweicht. Fehler, die innerhalb des von den Kurven 27' und 27" definierten engeren Toleranzbereiches auftreten, liegen auf jeden Fall noch innerhalb der Qualitätsmaßtstäbe, die für ein verkaufsfähiges Produkt ausreichen. Eine entsprechende Fehlermeldung kann aber im Rahmen einer vorbeugenden Wartung genutzt werden, um den entsprechenden Fehler bereits im Vorfeld, d.h. bevor eine Beeinträchtigung der Abfüllqualität auftritt, abzustellen.
Überschreitet der an einem Füllelement 4 durch den dortigen Drucksensor 25 erfaßte Istdruckverlauf zu einem beliebigen Zeitpunkt den breiteren Toleranzbereich, der durch die Kurven 27''' und 27"" definiert ist, so entspricht die Qualität nicht mehr den Maßstäben eines verkaufsfähigen Produktes. Von der Elektronik 26 wird das fehlerhafte Füllelement 4 erfaßt und dann die Flasche 2 des betreffenden Füllelementes gesteuert durch die Elektronik 26 an einem nicht dargestellten Ausgleitsystem aussortiert oder aber bei einem gravierenden Fehler die Füllmaschine 1 vollständig angehalten.
Durch die abgesetzte Fehlermeldung mit genauer Definition des fehlerhaften Füllelementes und der möglichen Fehlerursache ist es dem Wartungspersonal möglich, den entsprechenden Fehler schnell zu beseitigen. Insbesondere dann, wenn keine gravierenden Abweichungen von der Sollkennlinie 27 vorliegen, ist es auch möglich, über die Elektronik 26 das betreffende Füllelement bzw. einzelne Behandlungs- oder Prozeß-Schritte an diesem Füllelement 4 so zu steuern, daß aufgetretene Fehler zumindest in ihrer Wirkung korrigiert werden, und zwar durch entsprechende Änderung der Behandlungszeiten einzelner Verfahrensschritte.
Durch eine solche Berichtigungs- oder Korrekturmaßnahme.besteht die Möglichkeit, ein Füllelement innerhalb einer noch zulässigen Toleranz mit korrekten Füllergebnissen zu halten. Wird z.B. während der Vorspannzeit t6 an einem Füllelement 4 der erforderliche Füll- oder Vorspanndruck p6 nicht ganz erreicht, so kann die Elektronik 26 bei dem nächsten Füllprozeß die Vorspannzeit t6 entsprechend verlängern. Mit dieser Korrektur der Behandlungszeiten können Füllelemente 4 mit leichten Defekten bis zur nächsten routinemäßigen Wartung der gesamten Füllmaschine mit qualitativ akzeptablen Füllergebnissen verwendet werden.
Das beschriebene Diagnosesystem bzw. die Elektronik 26 enthält selbstverständlich auch die Möglichkeit, sämtliche, relevanten Daten, insbesondere auch den von den Drucksensoren 25 gelieferten Daten aufzuzeichnen, so daß diese dann später datentechnisch verarbeitet und ausgewertet werden können.
Es versteht sich, daß der Solldruckverlauf 27 sowie auch dem der engeren Toleranzbereich (Kurven 27' und 27") und dem weiteren Toleranzbereich (Kurven 27"' und 27"") entsprechenden Daten und Werte jeweils für unterschiedliche Behandlungs- oder Füllprozesse und für unterschiedliche Füll-Parameter, wie Füllgutsorte, CO2-Gehalt, Abfülltemperatur, Abfüllvolumen, Leervolumen der Behälter, Füllhöhe usw. gesondert abgelegt sind.
Der jeweilige Solldruckverlauf 27 mit den Toleranzbereichen kann in die Elektronik 26 durch entsprechende Dateneingabe eingelesen werden. Vorzugsweise errechnet aber die Elektronik 26 zu Beginn einer Produktion aus den von den Drucksensoren 25 gelieferten Daten eine Druckverlaufkennlinie, die sich aus den gemittelten Werten einer bestimmten Anzahl von Füllungen an den Füllelementen 4 der Füllmaschine 1 errechnet. Diese Druckverlaufkennlinie wird dann als Solldruckverlauf 27 weiter verwendet.
Automatische Parametrierung und Steuerung des Füllprozesses:
Das von den Drucksensoren 25 und der gemeinsamen Elektronik 26 gebildete elektronische Diagnosesystem kann auch zur Parametrierung und Steuerung des Füllprozesses in Abhängigkeit von Füllparameter verwendet werden. Diese Füllparameter sind beispielsweise:
  • Art des Füllgutes bzw. Getränkesorte
  • CO2-Gehalt,
  • Abfülltemperatur,
  • Abfüllvolumen
  • Leervolumen des betreffenden Behälters bzw. betreffenden Flasche
  • Füllhöhe
  • Füllverfahren (z.B. drucklose Füllung, Druckfüllung, einmaliges oder mehrmaliges Evakuieren mit Inert-Gas, Zwischenspülen, Dampfbehandlung usw.).
Die vorgenannten Parameter bedingen nicht nur u.a. in ihrer Anzahl und/oder Art unterschiedliche Verfahrensschritte, sondern insbesondere auch eine bestimmte Zeitdauer und einen bestimmten Druckverlauf im jeweiligen Verfahrensschritt. Der Verfahrensablauf ist für das jeweilige Füllverfahren im Speicher der Elektronik 26 hinterlegt. Hinterlegt sind weiterhin die von dem jeweiligen Füllgut bzw. Getränk und den zu füllenden Behältern 2 abhängigen Parameter und Kennlinien, aus denen die einzelnen Prozeßdrücke, deren zeitlicher Verlauf, die Behandlungszeiten usw. für die jeweiligen Verfahrensabschnitte errechnet werden.
Derartige Kennlinien sind z.B.
  • die Evakuierungszeit t1 oder t3 in Abhängigkeit von dem Volumen der zu füllenden Flaschen 2,
  • die Vorspannzeit t6 in Abhängigkeit vom Fülldruck p7 und dem Volumen der zu füllenden Flaschen 2,
  • die Entlastungszeit in Abhängigkeit vom Volumen des Gasraumes innerhalb der gefüllten Flasche 2 oberhalb des Füllgutspiegels, vom Ausgangsdruck und vom Durchmesser der in den Füllelementen 4 vorhandenen Entlastungsdüsen,
  • der Fülldruck in Abhängigkeit von dem jeweiligen Füllgut (Getränk), dem CO2-Gehalt und der Abfülltemperatur,
  • der Rückgas- und Vorentlastungsdruck in Abhängigkeit vom Füllgut (Getränk, CO2-Gehalt und Abfülltemperatur).
Von einem Bediener würden dann beispielsweise für eine Abfüllpartie folgende Daten eingegeben:
Getränk Bier
CO2-Gehalt 5,5g/l
Abfülltemperatur 12° C
Flascheninhalt 0,5 Liter
Füllhöhe 50 mm.
Grundsätzlich kann die Steuerung auch so ausgebildet sein, daß die Elektronik 26 bei Eingabe einer Füllgutart bzw. Getränkesorte ein Füllverfahren mit einem für diese Getränkesorte optimalen Verfahrensablauf auswählt oder vorschlägt.
Aus den vorgenannten fünf Werten kann die Elektronik 26 dann mit Hilfe der gespeicherten Daten alle für die Füllung notwendigen Einstellungen für die einzelnen Verfahrensschritte vornehmen, nämlich
  • Zeitdauer - Erstes Evakuieren
  • Zeitdauer - Erstes Spülen
  • Zeitdauer - Zweiten Evakuieren
  • Zeitdauer - Zweites Spülen
  • Zeitdauer - Drittes Evakuieren
  • Zeitdauer - Teilvorspannen
  • Zeitdauer - Vorspannen
  • Zeitdauer - Vorentlasten
  • Zeitdauer - Restentlasten
  • Zeitdauer- Fülldruck
  • Zeitdauer - Vorentlastungsdruck
  • Niveau N des Füllgutes im Ringkessel 12.
Die Füllzeiten t7 und t8 ergeben sich sensorgesteuert aus der Füllhöhenmessung bzw. aus der Volumenmessung.
Die Steuerung erfolgt im Detail so, daß die Füllmaschine 1 den Füllbetrieb zunächst einmal mit Werten beginnt, die die Elektronik 20 aus abgelegten Prozeßparametern unter Berücksichtigung der Einstellung durch den Bediener errechnet hat. Während des Betriebs vergleicht dann die Elektronik 26 die in den einzelnen Verfahrensschritten erreichten und von den Drucksensoren 25 erfaßten Drücke mit den anzustrebenden Solldrücken (Solldruckverlauf). Bei Abweichungen zwischen einem Istwert und dem Sollwert führt die Elektronik 26 dann entsprechende Zeitkorrekturen durch, und zwar bis der optimale Füllprozeß erreicht ist. Bei dieser automatischen Parametrierung des Verfahrensverlaufes des Füllprozesses sind somit keine Dateilkenntnisse des Füllprozesses durch den Bediener erforderlich. Der Bediener muß lediglich die allgemein bekannten Getränke-Daten, einschließlich der Art und Größe der zu füllenden Behälter bzw. Flaschen eingeben.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So besteht mit Hilfe der in jedem Füllventil installierten Drucksensor die Möglichkeit, defekte Flaschen über den dadurch gegebenen Druckabfall im System zu dedektieren. PET-Flaschen haben häufig kleinere Löcher. Diese könnte man durch eine Druckmessung unmittelbar nach dem Vorspannen ermitteln und als Resultat den Füllprozess abbrechen. Werden derartige Flaschen unter Druck befüllt, tritt das Getränk strahlförmig aus und verunreinigt das gesamte Füllerumfeld.
Weiterhin kann man mit Hilfe der Druckmessung feststellen, ob eine Füllstelle überhaupt mit einer Flasche belegt wurde.
Bezugszeichenliste
1
Füllmaschine
2
Flasche
3
Rotor
4
Füllelement
5
Behälterträger
6
Transporteur
7
Flascheneinlauf
8
Flaschenauslauf
9
Füllelementgehäuse
10
Flüssigkeitskanal
11
Flüssigkeitsventil
12
Ringkessel
13
Füllgutraum
14
Gasraum
15
Leitung
16
Spanngasleitung
17
Spanngasringkanal
18
Verbindungsleitung
19
erster Rückgasringkanal
20
zweiter Rückgasringkanal
21
Vakuum-Ringkanal
22
Rückgasrohr
23
Gaskanal
24
Steuerventileinrichtung
25
Drucksensor
26
Elektronik bzw. Rechner

Claims (23)

  1. System zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit mehreren Füllpositionen, die jeweils ein Füllelement (4) aufweisen, an welchem der jeweilige Behälter (2) zumindest während eines Teils des Füllprozesses mit seiner Behältermündung in Dichtlage anliegt und über welches der Innenraum des Behälters während des Füllprozesses in wenigstens einem Prozeß-Schritt mit wenigstens einem Prozeßdruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß an jedem Füllelement (4) wenigstens ein Drucksensor (25) vorgesehen ist, der während des Füllprozesses den Druck im Innenraum des mit dem Füllelement (4) verbundenen Behälters (2) erfaßt und ein diesem Druck entsprechendes elektrisches Signal an eine für sämtliche Füllelemente (4) gemeinsame Elektronik (26) liefert.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik eine rechnergestützte Elektronik oder ein Rechner ist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksensoren (25) jeweils den zeitlichen Verlauf des Druckes während des Füllverfahrens für jedes Füllelement (4) individuell erfassen, und daß die Elektronik (26) diesen Istdruckverlauf mit einem Solldruckverlauf (27) bzw. den jeweiligen Istdruck mit dem sich aus dem Solldruckverlauf ergebenden zugehörigen Solldruck vergleicht, der füllgutspezifisch in einem Speicher der Elektronik (26) abgelegt ist.
  4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (26) bei einer Differenz zwischen dem Istdruck und dem Sollwert (27), die größer ist als eine erste Toleranzgrenze (27', 27") ein Fehlersignal liefert, welches zumindest eine Identifikation des betreffenden Füllelementes enthält.
  5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert, die über einer vorgegebenen zweiten Toleranzgrenze (27"', 27"") liegt, die Elektronik eine Fehlermeldung absetzt, die die Identifikation des betreffenden Füllelementes enthält und die ein Abschalten der Füllmaschine und/oder ein Ausschleusen des an dem betreffenden Füllelement befindlichen Behälters (2) bewirkt.
  6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (26) bei einer Differenz zwischen dem Sollwert und dem an einem Füllelement gemessenen Istwert ein Differenzsignal zur Korrektur des betreffenden Verfahrensschrittes, insbesondere zur Korrektur der Zeitdauer des Verfahrensschrittes erzeugt.
  7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert sowie die zugehörigen Toleranzgrenzen (27', 27"; 27''', 27"") jeweils für unterschiedliche Füllgutarten spezifisch für den wenigstens einen Verfahrensschritt im Speicher der Elektronik (26) abgelegt sind.
  8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Füllverfahren mit einer Vielzahl von Verfahrensschritten der gesamte, gewünschte zeitliche Druckverlauf als Istwert im Speicher der Elektronik (26) abgelegt ist, und zwar zusammen mit den zugehörigen Toleranzgrenzen.
  9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllmaschine eine solche umlaufende Bauart ist, bei der die Füllelemente (4) am Umfang eines um Maschinenachse umlaufenden Rotors vorgesehen sind.
  10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Sollwert bzw. der entsprechende Solldruckverlauf bei jeder neuen Füllpartie dadurch gebildet wird, daß die Elektronik (26) zunächst aus den von den Drucksensoren (25) gelieferten Signalen eine Druckverlaufkennlinie errechnet, und zwar vorzugsweise durch Mittelung der Drucksignale, die unterschiedliche Füllelemente (4) jeweils bei sich entsprechenden Verfahrensschritten liefern.
  11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik unter Berücksichtigung von eingestellten oder eingegebenen Füllgut- und/oder Behälter-Daten sowie unter Berücksichtigung von Vorzugsweise im Speicher der Elektronik abgelegten getränke- und behälter-abhängigen Parametern den Solldruckverlauf ermittelt und/oder errechnet und aus dem Vergleich zwischen dem Solldruckverlauf und dem Istdruckverlauf ein den Füllprozeß korrigierendes Signal oder eine Fehlermeldung erzeugt.
  12. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Drucksensor (25) jedes Füllelementes (4) an einem im Füllelement (4) ausgebildeten Gaskanal (23) vorgesehen ist, der mit dem Innenraum des am Füllelement (4) angesetzten Behälters (2) in Verbindung steht.
  13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaskanal (23), in dem der Drucksensor (25) angeordnet ist, der mit einem Rückgasrohr (22) des Füllelementes (4) in Verbindung stehende Rückgaskanal (23) ist.
  14. Verfahren zum Füllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behälter (2) mit einem flüssigen Füllgut, unter Verwendung mehrerer Füllpositionen, die jeweils ein Füllelement (4) aufweisen, an welchem der jeweilige Behälter (2) zumindest während eines Teils des Füllprozesses mit seiner Behältermündung in Dichtlage anliegt und über welches der Innenraum des Behälters während des Füllprozesses in wenigstens einem Prozeß-Schritt mit wenigstens einem Prozeßdruck beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet,
    daß an jedem Füllelement (4) während des Füllprozesses der Druck im Innenraum des mit dem Füllelement (4) verbundenen Behälters (2) individuell erfaßt wird, und daß den Drücken entsprechende elektrische Signale an eine für sämtliche Füllelemente (4) gemeinsame Elektronik (26) weitergeleitet werden.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der zeitliche Verlauf des Druckes während des Füllverfahrens für jedes Füllelement (4) individuell erfaßt wird, und daß die Elektronik (26) diesen Istdruckverlauf mit einem Solldruckverlauf (27) bzw. den jeweiligen Istdruck mit dem sich aus dem Solldruckverlauf ergebenden zugehörigen Solldruck vergleicht, der füllgutspezifisch in einem Speicher der Elektronik (26) abgelegt ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (26) bei einer Differenz zwischen dem Istdruck und dem Sollwert (27), die größer ist als eine erste Toleranzgrenze (27', 27") ein Fehlersignal liefert, welches zumindest eine Identifikation des betreffenden Füllelementes enthält.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert, die über einer vorgegebenen zweiten Toleranzgrenze (27''', 27'''') liegt, die Elektronik eine Fehlermeldung absetzt, die die Identifikation des betreffenden Füllelementes enthält und die ein Abschalten der Füllmaschine und/oder ein Ausschleusen des an dem betreffenden Füllelement befindlichen Behälters (2) bewirkt.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (26) bei einer Differenz zwischen dem Sollwert und dem an einem Füllelement gemessenen Istwert ein Differenzsignal zur Korrektur des betreffenden Verfahrensschrittes, insbesondere zur Korrektur der Zeitdauer des Verfahrensschrittes erzeugt.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert sowie die zugehörigen Toleranzgrenzen (27', 27"; 27''', 27'''') jeweils für unterschiedliche Füllgutarten spezifisch für den wenigstens einen Verfahrensschritt im Speicher der Elektronik (26) abgelegt sind.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Füllverfahren mit einer Vielzahl von Verfahrensschritten der gesamte, gewünschte zeitliche Druckverlauf als Istwert im Speicher der Elektronik (26) abgelegt ist, und zwar zusammen mit den zugehörigen Toleranzgrenzen.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Sollwert bzw. der entsprechende Solldruckverlauf bei jeder neuen Füllpartie dadurch gebildet wird, daß die Elektronik (26) zunächst aus den von den Drucksensoren (25) gelieferten Signalen eine Druckverlaufkennlinie errechnet, und zwar vorzugsweise durch Mittelung der Drucksignale, die unterschiedliche Füllelemente (4) jeweils bei sich entsprechenden Verfahrensschritten liefern.
  22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik unter Berücksichtigung von eingestellten oder eingegebenen Füllgut- und/oder Behälter-Daten sowie unter Berücksichtigung von Vorzugsweise im Speicher der Elektronik abgelegten getränke- und behälter-abhängigen Parametern den Solldruckverlauf ermittelt und/oder errechnet und aus dem Vergleich zwischen dem Solldruckverlauf und dem Istdruckverlauf ein den Füllprozeß korrigierendes Signal oder eine Fehlermeldung erzeugt.
  23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Druck in einem im Füllelement (4) ausgebildeten Gaskanal (23) gemessen wird, der mit dem Innenraum des am Füllelement (4) angesetzten Behälters (2) in Verbindung steht.
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