EP2274229A1 - Verfahren und vorrichtung zum füllen von insbesondere grossvolumigen behältern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum füllen von insbesondere grossvolumigen behältern

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Publication number
EP2274229A1
EP2274229A1 EP09729184A EP09729184A EP2274229A1 EP 2274229 A1 EP2274229 A1 EP 2274229A1 EP 09729184 A EP09729184 A EP 09729184A EP 09729184 A EP09729184 A EP 09729184A EP 2274229 A1 EP2274229 A1 EP 2274229A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
flow rate
parameter values
values
current flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09729184A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alois Monzel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP2274229A1 publication Critical patent/EP2274229A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/30—Filling of barrels or casks

Definitions

  • the invention relates to a method for filling in particular bulky containers with a liquid, in particular a gas-containing beverage, after which the liquid is supplied at a predetermined flow rate.
  • Such filling methods are generally used in CO 2 -containing drinks, for example for beer bottling or generally in the beverage industry.
  • keg barrels are used as large-volume containers.
  • reusable drums which usually have a volume content of, for example, 30 l or 50 l.
  • Such keg barrels are equipped on their upper side with a valve, the so-called keg head, on which a suitable tap head can be placed.
  • carbon dioxide is regularly fed from an external container, so that the content of the keg barrel can be discharged to the dispenser.
  • the propellant gas With the help of the propellant gas, an overpressure is generated in the keg, which pushes the contents when opening the tap through a pipe inside the keg.
  • the valve closes the keg airtight, allowing further storage of the contents. The pressure inside the barrel is maintained and reduces foaming of the beverage.
  • the flow rate is limited by a filling line and consequently the filling speed for the container in particular when filling the container with gas-containing beverages and here preferably carbonated products.
  • This limitation is due to the fact that when a maximum value for the outlined speeds is exceeded, the carbonic acid present in the liquid tends to outgass and thus foaming occurs. As a result of this foaming, the filling of the container is considerably impeded.
  • the invention is based on the technical problem of further developing a method for filling particularly large-volume containers of the embodiment described at the outset such that the filling is optimized.
  • a particularly suitable device is to be created.
  • the optimization aims in particular at increasing the flow rate during filling or the filling speed.
  • the current flow rate depends on one or more parallel measured parameter values (s) and in combination with the speed values associated with the parameter values a previous filling process is specified.
  • the currently desired flow rate is not only specified as a function of one or more parameter values (s) measured in parallel. Instead, these parameter values are combined with already known velocity values, which have been determined from one or more previous fill operations.
  • the parameter values measured parallel to the current flow rate reflect a specific state of the liquid within the fill line, but also the specific fluidically relevant properties of this particular fill line.
  • a certain velocity value for the flow rate has proven to be particularly favorable from a previous filling operation or several previous filling operations. This speed value of the at least one previous filling process is now used to specify the current flow rate.
  • the measured parameter values not only play a role in determining the speed value of the previous filling process, but may additionally be included in the specification for the current flow rate by modifying the speed value from the past (derived from at least one of the preceding filling operations) ,
  • the current flow rate optimized in this way can be stored together with the parameter values measured in parallel in a total velocity value matrix.
  • the speed value of the one or more previous fill operations has been previously written into this velocity value matrix. That is, the invention uses the velocity values stored in the velocity value matrix and associated with one or more previous fill events to specify the current flow rate in conjunction with the parallel measured parameter values.
  • the current optimized flow rate is written into the velocity value matrix and, in turn, acts as the respective velocity value of a previous fill operation for a future fill.
  • the procedure is such that the current (modified) flow rate is compared with the flow rate of the previous filling process associated with the parallel measured parameter values.
  • This flow rate of the previous filling process or corresponding speed values of the previous filling process are stored as described in the velocity value matrix.
  • the comparison of the current (modified) with the previous flow rate is now performed taking into account one or more targets.
  • these targets may be the shortest possible filling time for the container, taking into account a corresponding degree of filling.
  • the parameter values are detected at various filling points or locations between a reservoir for the liquid to be filled and a discharge opening. In the immediate vicinity of the discharge opening, there is the large-volume container to be filled, in particular the keg barrel, in the example case.
  • the current flow rate is given in the sense of a closed control.
  • the parameter values measured in parallel and the associated velocity values of one or more previous filling processes are used derived as command values of the current (modified) speed value as a manipulated variable.
  • This current velocity value corresponds to the current flow velocity, which in turn is compared with the previous flow velocity for the same or comparable parameter values in the sense of the self-learning process.
  • a liquid volume present between the filling station and the discharge opening and its behavior or the behavior of the respective filling section can be taken into account such that an associated regulating valve for adjusting the flow rate is not opened too much, for example when it is raised, and then closed abruptly, because the upstream liquid volume dampens the increase in the flow rate. Rather, this fact can be taken into account by, for example, choosing the increase in the flow rate exponentially up to the desired value in order to first accelerate the inert liquid volume. In any case, such knowledge from previous filling processes for the relevant filling station can be exactly reproduced and stored in the velocity value matrix together with the associated parameter values.
  • these parameter values may be a desired change in the flow rate at the filling point which, due to the "learned" behavior, now occurs during a subsequent filling process, ie for the current filling cycle Flow velocity, now no longer abrupt but rather exponential rising.
  • the invention also provides a device according to claim 8 for filling in particular large-volume containers with a liquid which is preferably suitable for carrying out the described method.
  • Advantageous embodiments of this device are the subject matter of claims 9 and 10.
  • Fig. 1 shows a device according to the invention schematically
  • Fig. 2 shows the filling process in a diagram, wherein on the Y-axis, the temporal change of the delivered volume V, ie the flow rate is shown, while the X-axis indicates the degree of filling from 0% to 100%. It should be noted that the integral of the curve (area) filled
  • FIG. 1 an apparatus for filling in particular large-volume containers 1 is shown.
  • the container 1 is a keg barrel 1, which in the present case is filled with beer in overhead arrangement, which, however, does not necessarily have to be the case.
  • the container 1 or the keg barrel 1 is filled in that the flow or the flow rate (change over time of the volume V conveyed) of the beverage along a filling line 2 from a storage container 3 to the discharge opening 4 is regulated in the exemplary embodiment.
  • the pressure within the keg barrel could also be changed via a return air control. This is not shown.
  • adjustable valve 5 For the regulation of the flow or the adjustment of the flow rate of the liquid on its way from the reservoir 3 to the discharge opening 4 provides an adjustable valve 5.
  • This adjustable valve 5 is combined in the embodiment and not restrictive with a bypass 6 with adjustable flow aperture 7.
  • Both the adjustable flow aperture 7 and the adjustable valve 5 are each connected to a control unit 8, which is designed as a control unit 8 in the embodiment or forms part of the same and monitors and controls the entire device.
  • the sensors 9, 11, 12 are respectively pressure sensors 9, 11, 12, while the sensor 10 is designed as a flow sensor 10.
  • a filling valve 13 and a gas valve 14 are realized.
  • the pressure sensor 12 and the gas valve 14 belong to a gas supply line, with the aid of which the keg barrel 1 is acted upon by the required propellant gas, as has already been described in the introduction.
  • the pressure sensor 11 and the filling valve 13 belong to the keg head and ensure that the keg drum 1 is properly closed after the filling process.
  • the two pressure sensors 11, 12 and the filling valve 13 and the gas valve 14 are not important.
  • the filling process is as follows.
  • the withdrawn from the reservoir 3 liquid is using the pressure sensor 9 and the flow sensor 10 at the competent filling stations or locations along the filling 2 measured.
  • one or more velocity values of at least one previous filling process belong to the two parameter values, in the example case pressure and flow rate.
  • These speed values are stored in a speed value matrix in the control unit 8 or in a memory 8 'located there.
  • Such a velocity value matrix can look like this, for example:
  • control unit 8 in the example case, there are therefore in total nine values for the flow rate of a previous filling operation for each of three different values of the pressure sensor 9 (pressure, pressure 2 , pressure) and three different positions of the valve 5 (valve 1, valve 2 , valve 3 ) (Flow rate up to flow rate 33 ). Based on this speed value matrix, the position of the valve 5 can now be preset by the control unit 8, depending on the pressure measured using the pressure sensor 9, and the flow rate determined with the aid of the flow sensor 10.
  • the actual flow rate of the liquid is given in dependence on the parallel measured parameter values for the pressure and the flow in combination with the associated values from the velocity value matrix, in that the valve 5 experiences a position indicated by the velocity value matrix.
  • the DmCk 2 may be present at the pressure sensor 9 and the flow rate 22 at the flow sensor 10, so that the valve 5 assumes the position valve 2 (initially).
  • the resulting current flow rate (flow rate 22 ) can now be optimized taking into account target values. This may be as short a time as possible to fill the keg barrel 1 up to a certain predetermined filling level.
  • the current flow rate is for example increased and then compared with the flow rate (flow rate 22) of a previous filling process, taking into account the target of the lowest possible filling time. This can be done in the sense of an iterative process through a self-learning process. After completion of this process, the respectively optimized speed value (new flow rate 2 2) is stored in the control unit 8.
  • the current flow rate is specified in the sense of a closed control.
  • the respectively current speed value is derived as the manipulated variable from the parameter values and the associated speed values of one or more previous filling operations as command values, or the valve 5 is given a corresponding setting. This is done in detail in such a way that during the starting phase of a filling of the keg barrel 1 but also in the final filling area, the flow rate is entirely or at least partially via the adjustable aperture 7 connected to the control unit 8.
  • the valve 5 may be more or less open.
  • Vorrausregelung considered that caused by a change in the position of the valve 5 variations in the flow rate only after a certain delay noticeable, because the filling points so the locations for the sensors 9, 10, a considerable distance from the container to be filled 1.
  • the liquid present in this area between the filling point (the pressure sensor 9) and the discharge opening 4 influences any changes in the flow rate and is now taken into account in the course of the pre-regulation.
  • valve 5 is not opened abruptly in this case, but for example along an exponential curve, as already described in the introduction.
  • This actuating characteristic for the valve 5 is due to the fact that the Control unit 8 due to one or more previous filling operations "knows" that the desired change in the flow rate is only actually observed at the output port 4 when working with the described and learned characteristics.

Landscapes

  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern (1) mit einer Flüssigkeit, insbesondere einem gashaltigen Getränk. Dabei wird die Flüssigkeit mit einer vorgegebenen Durchflussgeschwindigkeit zugeführt. Erfindungsgemäß wird die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer oder mehrerer parallel gemessener Parameterwerte sowie in Kombination mit zu den Parameterwerten gehörigen Geschwindigkeitswerten wenigstens eines vorherigen Füllvorganges vorgegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern mit einer Flüssigkeit, insbesondere einem gashaltigen Getränk, wonach die Flüssigkeit mit einer vorgegebenen Durchflussgeschwindigkeit zugeführt wird.
Derartige Füllverfahren werden im Allgemeinen bei Cθ2-haltigen Getränken eingesetzt, beispielsweise zur Bierabfüllung oder allgemein in der Getränkeindustrie. Im Rahmen der Bierabfüllung kommen üblicherweise sogenannte Keg-Fässer als großvolumige Behälter zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um Mehrwegfässer, die in der Regel über einen Volumeninhalt von beispielsweise 30 I oder 50 I verfügen.
Solche Keg-Fässer sind an ihrer Oberseite mit einem Ventil, dem sogenannten Keg-Kopf ausgerüstet, auf den ein passender Zapfkopf aufgesetzt werden kann. Mit Hilfe des Zapfkopfes wird regelmäßig Kohlendioxid aus einem externen Behältnis zugeführt, so dass der Inhalt des Keg-Fasses zur Zapfanlage abgeführt werden kann. Mit Hilfe des Treibgases wird ein Überdruck im Keg erzeugt, welcher den Inhalt beim öffnen des Zapfhahnes durch ein Rohr im Innern des Kegs herausdrückt. Wird der Zapfkopf abgenommen, verschließt das Ventil das Keg luftdicht, wodurch eine weitere Lagerung des Inhalts möglich ist. Der Überdruck im Fassinnern bleibt erhalten und vermindert ein Aufschäumen des Getränkes.
Derartige Abfüllverfahren werden in der Praxis vielfach eingesetzt und sind beispielhaft Gegenstand der DE 30 08 213 A1.
Darüber hinaus ist es durch die DE 196 48 493 A1 generell und aus einem anderen Zusammenhang bekannt, bei einem Verfahren zur wiederholbaren Dosierung von Fluid in einer wählbaren und reproduzierbaren Menge einen einmal manuell vollzogenen Dosiervorgang zu lernen und abrufbar zu speichern. Derartige Vorgehensweisen sind jedoch bei der Getränkeabfüllung unbekannt, weil es hier darauf ankommt, das jeweilige Keg-Fass oder allgemein den groß- volumigen Behälter möglichst schnell zu füllen.
Dabei hat sich in der Praxis herausgestellt, dass die Durchflussgeschwindigkeit durch eine Füllstrecke und folglich die Füllgeschwindigkeit für den Behälter insbesondere beim Füllen des Behälters mit gashaltigen Getränken und hier vorzugsweise kohlensäurehaltigen Produkten begrenzt ist. Diese Begrenzung ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass beim Überschreiten eines Maximalwertes für die skizzierten Geschwindigkeiten die in der Flüssigkeit befindliche Kohlensäure zum Ausgasen neigt und es somit zur Schaumbildung kommt. Infolge dieser Schaumbildung wird die Füllung des Behälters erheblich er- schwert.
Aus diesem Grund arbeitet man in der Praxis bereits mit variierenden Durchflussgeschwindigkeiten, die sich an dem Füllungsgrad bzw. Füllgrad innerhalb des Behälters orientieren. Dabei besteht nach wie vor erheblicher Verbesse- rungsbedarf. Denn die Füllstrecke weist in der Praxis regelmäßig eine erhebliche Länge auf. Das hat zur Folge, dass innerhalb der Füllstrecke ein mehr oder minder großes Flüssigkeitsvolumen befindlich ist, welches eine Änderung der Durchflussgeschwindigkeit zeitlich verzögert. Dadurch kommt es in der Praxis oftmals zu Unverträglichkeiten dergestalt, dass an einer Abgabeöffnung der Füllstrecke eine andere Durchflussgeschwindigkeit beobachtet wird, als diejenige, die beispielsweise mit Hilfe eines einstellbaren Ventils entlang der Füllstrecke vorgegeben wurde. Hier setzt die Erfindung ein.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern der eingangs beschriebenen Ausgestaltung so weiterzuentwickeln, dass die Füllung optimiert ist. Außerdem soll eine besonders geeignete Vorrichtung geschaffen werden. Die Optimierung zielt dabei insbesondere darauf ab, die Durchflussgeschwindigkeit beim Füllen bzw. die Füllgeschwindigkeit zu erhöhen. Außerdem sollen in der Praxis beob- achtete etwaige Druckschwankungen oder Druckstöße entlang der Füllstrecke auf ein Minimum reduziert werden. Denn solche Druckstöße bzw. Druckschwankungen führen oftmals zum Ausgasen der in der Flüssigkeit enthaltenen Kohlensäure.
Zur Lösung der zuvor skizzierten Problemstellung ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern mit einer Flüssigkeit vorgesehen, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines oder mehrerer parallel gemessener(n) Parameterwerte(s) sowie in Kombination mit zu den Parameterwerten gehörigen Geschwindigkeitswerten wenigstens eines vorherigen Füllvorganges vorgegeben wird.
Im Rahmen der Erfindung wird also die aktuell gewünschte Durchflussgeschwindigkeit nicht nur in Abhängigkeit eines oder mehrerer parallel gemes- sener(n) Parameterwerte(s) vorgegeben. Sondern diese Parameterwerte werden mit bereits bekannten Geschwindigkeitswerten kombiniert, die anhand eines oder mehrerer vorheriger Füllvorgänge ermittelt worden sind. Das heißt, die parallel zu der aktuellen Durchflussgeschwindigkeit gemessenen Parameterwerte spiegeln einen bestimmten Zustand der Flüssigkeit innerhalb der Füllstrecke, aber auch die speziellen strömungstechnisch relevanten Eigenschaften dieser speziellen Füllstrecke wider. Für diesen Zustand hat sich aus einem vorherigen Füllvorgang oder mehreren vorherigen Füllvorgängen ein bestimmter Geschwindigkeitswert für die Durchflussgeschwindigkeit als besonders günstig erwiesen. Dieser Geschwindigkeitswert des wenigstens einen vorhergegangenen Füllvorganges wird nun genutzt, um die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit vorzugeben. Dabei spielen die gemessenen Parameterwerte natürlich nicht nur eine Rolle bei der Ermittlung des Geschwindigkeitswertes des vorherigen Füllvorganges, sondern können in die Vorgabe für die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit ggf. ergänzend einfließen, indem der Geschwindigkeitswert aus der Vergangenheit (abgeleitet aus wenigstens einem der vorhergehenden Füllvorgänge) modifiziert wird.
In diesem Zusammenhang hat es sich bewährt, wenn die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit optimiert wird. Dabei können verschiedene Zielrichtungen bzw. Zielvorgaben für die Optimierung verfolgt werden. In der Regel wird darauf abgestellt, dass die erforderliche Füllzeit für den Behälter unter Berücksichtigung eines bestimmten Füllgrades möglichst minimal bemessen ist. Eine weitere oder alternative Zielsetzung kann darin bestehen, dass entlang der Füllstrecke Druckstöße oder Druckschwankungen innerhalb der Flüssigkeit nicht oder nur minimal auftreten werden. Selbstverständlich sind auch weitere Optimierungen anhand anderer Zielvorgaben denkbar und werden von der Erfindung umfasst.
Jedenfalls wird zunächst mit dem jeweiligen Geschwindigkeitswert mindestens eines vorhergehenden Füllvorganges gestartet. Dieser wird nun modifiziert, indem beispielsweise die Geschwindigkeit erhöht wird. Stellt sich hierbei heraus, dass die Zielvorgaben eingehalten werden, so handelt es sich um die optimierte aktuelle Durchflussgeschwindigkeit.
Die dahingehend optimierte aktuelle Durchflussgeschwindigkeit kann zusammen mit den parallel gemessenen Parameterwerten insgesamt in einer Geschwindigkeitswertematrix abgelegt werden. In diese Geschwindigkeitswertematrix ist natürlich zuvor der Geschwindigkeitswert des einen oder der mehreren vorherigen Füllvorgänge eingeschrieben worden. Das heißt, die Erfindung greift auf die Geschwindigkeitswerte zurück, die in der Geschwindigkeitswertematrix abgelegt sind und zu einem oder mehreren vorherigen Füllvorgängen gehören, um in Verbindung mit den parallel gemessenen Parameter- werten die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit vorzugeben. Nachdem an dieser Stelle eine Optimierung wie beschrieben erfolgt ist, wird die aktuelle optimierte Durchflussgeschwindigkeit in die Geschwindigkeitswertematrix eingeschrieben und fungiert nun ihrerseits als jeweiliger Geschwindigkeitswert eines vorherigen Füllvorganges für einen zukünftigen Füllvorgang.
Dabei wird im Einzelnen so vorgegangen, dass die aktuelle (modifizierte) Durchflussgeschwindigkeit mit der zu den parallel gemessenen Parameterwerten gehörigen Durchflussgeschwindigkeit des vorherigen Füllvorganges verglichen wird. Diese Durchflussgeschwindigkeit des vorherigen Füllvorganges bzw. entsprechende Geschwindigkeitswerte des vorherigen Füllvorganges sind wie beschrieben in der Geschwindigkeitswertematrix abgelegt. Der Vergleich der aktuellen (modifizierten) mit der vorherigen Durchflussgeschwindigkeit wird nun unter Berücksichtigung einer oder mehrerer Zielvorgaben durchgeführt. Bei diesen Zielvorgaben kann es sich beispielhaft um eine möglichst geringe Füllzeit für den Behälter unter Berücksichtigung eines entsprechenden Füllgrades handeln.
Führt dieser Vergleich dazu, dass beispielsweise die Füllzeit unter Berücksichtigung der aktuellen (modifizierten) Durchflussgeschwindigkeit verringert ist, so wird an Stelle der vorherigen Durchflussgeschwindigkeit bzw. der zugehörigen Geschwindigkeitswerte nun die aktuelle und folglich optimierte Durchflussgeschwindigkeit in die Geschwindigkeitswertematrix eingeschrieben. Zeigt dagegen die Durchflussgeschwindigkeit des vorherigen Füllvorganges eine geringere Füllzeit, so bleibt es bei dem Eintrag ihrer Geschwindigkeitswerte in der Geschwindigkeitswertematrix.
Auf diese Weise findet im Beispielfall der Minimierung der erforderlichen Füllzeit für den Behälter unter Berücksichtigung eines bestimmten Füllgrades ein selbstlernender Prozess statt, indem die jeweils aktuelle (modifizierte) Durch- flussgeschwindigkeit mit einer vorherigen Durchflussgeschwindigkeit verglichen wird. Am Ende dieses Prozesses wird die solchermaßen ermittelte optimierte Durchflussgeschwindigkeit bzw. werden ihre zu den Parameterwerten gehörigen Geschwindigkeitswerte in die Geschwindigkeitswertematrix eingeschrieben und stehen für einen nachfolgenden Füllvorgang als Geschwindigkeitswerte eines nun vorherigen Füllvorgangs zur Verfügung.
Es hat sich bewährt, wenn die Parameterwerte an verschiedenen Füllstellen respektive Orten zwischen einem Vorratsbehälter für die abzufüllende Flüssigkeit und einer Abgabeöffnung erfasst werden. In unmittelbarer Nachbar- schaft der Abgabeöffnung findet sich der zu füllende großvolumige Behälter, insbesondere das Keg-Fass, im Beispielfall. Ingesamt wird die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit im Sinne einer geschlossenen Regelung vorgegeben. Dabei wird aus den parallel gemessenen Parameterwerten und den zugehörigen Geschwindigkeitswerten eines oder mehrerer vorheriger Füllvorgänge als Führungsgrößen der jeweils aktuelle (modifizierte) Geschwindigkeitswert als Stellgröße abgeleitet. Dieser aktuelle Geschwindigkeitswert korrespondiert zu der aktuellen Durchflussgeschwindigkeit, die ihrerseits mit der vorherigen Durchflussgeschwindigkeit bei gleichen oder vergleichbaren Parameterwerten im Sinne des selbstlernenden Prozesses verglichen wird.
In diesem Zusammenhang hat es sich ergänzend als günstig erwiesen, wenn die Regelung als sogenannte Vorrausregelung arbeitet bzw. konzipiert wird. Eine solche Vorrausregelung ist dadurch charakterisiert, dass beispielsweise etwaige Abweichungen der aktuellen Durchflussgeschwindigkeit des Füllgutes auf seinem Weg von der Füllstelle bis zur Abgabeöffnung zum Zwecke der Ermittlung der Parameterwerte berücksichtigt werden. Das heißt, es lässt sich auf diese Weise das Strömungs- und/oder Ansprechverhalten der jeweiligen Füllstelle berücksichtigen. Der zuvor beschriebene Vorlauf und etwaige Verzögerungen bei der Umsetzung einer Änderung der Durchflussgeschwindigkeit werden hierdurch aufgefangen.
Auf diese Weise kann ein zwischen der Füllstelle und der Abgabeöffnung vorhandenes Flüssigkeitsvolumen und dessen Verhalten bzw. das Verhalten der jeweiligen Füllstrecke dergestalt berücksichtigt werden, dass ein zugehöriges Regelventil zur Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit beispielsweise bei ihrer Erhöhung nicht zu stark geöffnet und dann abrupt geschlossen wird, weil das vorgelagerte Flüssigkeitsvolumen den Anstieg der Durchflussgeschwindigkeit dämpft. Vielmehr kann dieser Tatsache dadurch Rechnung getragen werden, dass beispielsweise der Anstieg der Durchflussgeschwindigkeit exponentiell bis zum gewünschten Wert gewählt wird, um zunächst das träge Flüssigkeitsvolumen zu beschleunigen. Jedenfalls lassen sich solche Erkenntnisse aus vorherigen Füllvorgängen für die betreffende Füllstelle exakt abbilden und in der Geschwindigkeitswertematrix zusammen mit den zugehörigen Parameterwerten abspeichern. Bei diesen Parameterwerten mag es sich im Beispielfall um eine gewünschte Änderung der Durchflussgeschwindigkeit an der Füllstelle handeln, die aufgrund des "erlernten" Verhaltens nun bei einem nachfolgenden Füllvorgang, d.h. für die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit, nun nicht mehr abrupt sondern vielmehr exponen- tiell ansteigend erfolgt.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern mit einer Flüssigkeit, die sich vorzugsweise zur Durchführung des geschilderten Verfahrens eignet. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 9 und 10.
Im Ergebnis gelingt es im Rahmen der Erfindung zum ersten Mal, den Füllvorgang bei gashaltigen, insbesondere kohlensäurehaltigen Getränken, in groß- volumige Behälter zu optimieren, und zwar sowohl was die Füllgeschwindigkeit angeht, als auch im Hinblick auf zu vermeidende Druckschwankungen oder Druckstöße. Das lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass das Verfahren und die Vorrichtung auf abgespeicherte Erfahrungswerte für ähnliche Flüssig- keitszustände zurückgreifen (Geschwindigkeitswerte eines vorherigen Füllvorganges) und diese anhand der aktuellen Messungen ständig im Sinne eines Lernprozesses verbessern (optimierte aktuelle Geschwindigkeitswerte). Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch und
Fig. 2 den Füllvorgang in einem Diagramm, wobei auf der Y-Achse die zeitliche Änderung des geförderten Volumens V , also die Durchflussgeschwindigkeit dargestellt ist, während die X-Achse den Füllgrad von 0 % bis 100 % kennzeichnet. Dabei ist zu beachten, dass das Integral der Kurve (Flächeninhalt) das gefüllte
Volumen darstellt.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern 1 dargestellt. Bei dem Behälter 1 handelt es sich um ein Keg-Fass 1 , welches vorliegend mit Bier in Überkopfanordnung gefüllt wird, was allerdings nicht zwingend der Fall sein muss. Der Behälter 1 bzw. das Keg-Fass 1 wird dadurch gefüllt, dass der Durchfluss bzw. die Durchflussgeschwindigkeit (zeitliche Änderung des geförderten Volumens V) des Getränkes entlang einer Füllstrecke 2 von einem Vorratsbehälter 3 bis hin zur Abgabeöffnung 4 im Ausführungsbeispiel geregelt wird. Grundsätzlich könnte auch der Druck innerhalb des Keg-Fasses über eine Rückluftregelung eine Änderung erfahren. Das ist jedoch nicht dargestellt.
Für die Regelung des Durchflusses bzw. die Einstellung der Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit auf ihrem Weg vom Vorratsbehälter 3 zur Abgabeöffnung 4 sorgt ein einstellbares Ventil 5. Dieses einstellbare Ventil 5 ist im Ausführungsbeispiel und nicht einschränkend mit einem Bypass 6 mit einstellbarer Durchflussblende 7 kombiniert. Sowohl die einstellbare Durch- flussblende 7 als auch das einstellbare Ventil 5 sind jeweils an eine Regeleinheit 8 angeschlossen, die im Ausführungsbeispiel als Steuereinheit 8 ausgebildet ist bzw. einen Bestandteil der selben darstellt und die gesamte Vorrichtung überwacht und regelt.
Des Weiteren erkennt man entlang der Füllstrecke 2 mehrere Sensoren 9, 10, 11 , 12. Bei den Sensoren 9, 11 , 12 handelt es sich jeweils um Drucksensoren 9, 11 , 12, während der Sensor 10 als Durchflusssensor 10 ausgestaltet ist. Zusätzlich sind noch ein Füllventil 13 und ein Gasventil 14 realisiert.
Der Drucksensor 12 und das Gasventil 14 gehören zu einer Gaszuführungsleitung, mit deren Hilfe das Keg-Fass 1 mit dem erforderlichen Treibgas beaufschlagt wird, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Der Drucksensor 11 und das Füllventil 13 gehören zum Keg-Kopf und sorgen dafür, dass das Keg-Fass 1 nach dem Füllvorgang einwandfrei verschlossen ist. Für die vor- liegende Erfindung sind die beiden Drucksensoren 11 , 12 sowie das Füllventil 13 und das Gasventil 14 nicht von Bedeutung.
Der Füllvorgang geschieht wie folgt. Die vom Vorratsbehälter 3 abgezogene Flüssigkeit wird mit Hilfe des Drucksensors 9 und des Durchflusssensors 10 an den zuständigen Füllstellen bzw. Orten entlang der Füllstrecke 2 gemessen. Hieraus resultieren Parameterwerte für den Druck sowie den Durchfluss bzw. die Durchflussgeschwindigkeit, die von der Steuereinheit 8 erfasst und weiterverwendet werden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Tatsächlich gehören zu den beiden Parameterwerten, im Beispielfall also Druck und Durchflussgeschwindigkeit, ein oder mehrere Geschwindigkeitswerte wenigstens eines vorherigen Füllvorganges. Diese Geschwindigkeitswerte sind in einer Geschwindigkeitswertematrix in der Steuereinheit 8 bzw. in einem dortigen Speicher 8' abgelegt. Eine solche Geschwindigkeitswertematrix kann beispiels- weise so aussehen:
In der Steuereinheit 8 liegen im Beispielfall folglich zu drei verschiedenen Werten des Drucksensors 9 (Drucki, Druck2, Drucks) und drei verschiedenen Stellungen des Ventils 5 (Ventih, Ventil2, Ventil3) insgesamt jeweils neun Geschwindigkeitswerte für die Durchflussgeschwindigkeit eines vorherigen Füllvorganges vor (Durchflussgeschwindigkeitn bis Durchflussgeschwindig- keit33). Anhand dieser Geschwindigkeitswertematrix kann nun im Beispielfall die Stellung des Ventils 5 von der Steuereinheit 8 je nachdem mit Hilfe des Drucksensors 9 gemessenen Druckes und der mit Hilfe des Durchflusssensors 10 ermittelten Durchflussgeschwindigkeit vorgegeben werden.
Das heißt, die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit der Flüssigkeit wird in Abhängigkeit der parallel gemessenen Parameterwerte für den Druck und den Durchfluss in Kombination mit den zugehörigen Werten aus der Geschwindigkeitswertematrix vorgegeben, und zwar indem das Ventil 5 eine durch die Geschwindigkeitswertematrix angegebene Stellung erfährt. Im Beispielfall mögen der DmCk2 am Drucksensor 9 und die Durchflussgeschwindigkeit22 am Durchflusssensor 10 vorliegen, so dass das Ventil 5 die Stellung Ventil2 (zunächst) einnimmt. Die daraus resultierende aktuelle Durchflussgeschwindigkeit (Durchflussgeschwindigkeit22) lässt sich nun unter Berücksichtigung von Zielvorgaben optimieren. Hierbei kann es sich um eine möglichst geringe Zeit bis zur Füllung des Keg-Fasses 1 bis zu einem bestimmten vorgegebenen Füllgrad handeln. Zu diesem Zweck wird die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit beispielsweise erhöht und dann mit der Durchflussgeschwindigkeit (Durchflussgeschwin- digkeit22) eines vorherigen Füllvorganges unter Berücksichtigung der Zielvorgabe einer möglichst geringen Füllzeit verglichen. Das kann im Sinne eines iterativen Vorgangs durch einen Selbstlernprozess geschehen. Nach Beendigung dieses Vorganges wird der jeweils optimierte Geschwindigkeitswert (neue Durchflussgeschwindigkeit22) in der Steuereinheit 8 abgespeichert.
Tatsächlich wird die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit im Sinne einer ge- schlossenen Regelung vorgegeben. Dabei wird aus den Parameterwerten und den zugehörigen Geschwindigkeitswerten eines oder mehrerer vorheriger Füllvorgänge als Führungsgrößen der jeweils aktuelle Geschwindigkeitswert als Stellgröße abgeleitet bzw. erfährt das Ventil 5 eine entsprechende Einstellung. Das geschieht im Detail dergestalt, dass während der Startphase einer Füllung des Keg-Fasses 1 aber auch im Endfüllbereich die Durchflussgeschwindigkeit ganz oder doch zumindest teilweise über die einstellbare und an die Steuereinheit 8 angeschlossene Blende 7 erfolgt. Zugleich mag das Ventil 5 mehr oder minder geöffnet sein.
Dabei kann insgesamt auch mit einer Vorrausregelung gearbeitet werden. Diese Vorrausregelung berücksichtigt, dass durch eine Änderung der Stellung des Ventils 5 veranlasste Variationen der Durchflussgeschwindigkeit sich erst nach einer bestimmten Verzögerung bemerkbar machen, weil die Füllstellen also die Orte für die Sensoren 9, 10, einen nicht unerheblichen Abstand vom zu füllenden Behälter 1 aufweisen. Die sich in diesem Bereich zwischen der Füllstelle (dem Drucksensor 9) und der Abgabeöffnung 4 befindliche Flüssigkeit beeinflusst nun aber etwaige Änderungen der Durchflussgeschwindigkeit und wird nun im Zuge der Vorrausregelung berücksichtigt.
Tatsächlich wird beispielsweise das Ventil 5 in diesem Fall nicht abrupt geöffnet, sondern beispielsweise entlang einer exponentiellen Kurve, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde. Dadurch werden etwaige Druckstöße oder Druckschwankungen innerhalb der Füllstrecke 2 vermieden. Diese Stellcharakteristik für das Ventil 5 ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass die Steuereinheit 8 aufgrund eines oder mehrerer vorheriger Füllvorgänge "weiß", dass die gewünschte Änderung der Durchflussgeschwindigkeit nur dann auch tatsächlich an der Ausgabeöffnung 4 beobachtet wird, wenn mit der beschriebenen und gelernten Charakteristik gearbeitet wird.
Als Folge dieser Vorgehensweise stellt sich ein Verlauf der zeitlichen Änderung des Durchflusses bzw. der Durchflussgeschwindigkeit V gegenüber dem Füllgrad dar, wie er in der Fig. 2 zeichnerisch wiedergegeben ist. Dabei spiegelt die gestrichelte Kurve den bisherigen und im Stand der Technik verfolgten Füllvorgang wider, wohingegen die beiden durchgezogenen Kurven den Füllvorgang entsprechend der Erfindung darstellen. Das gilt sowohl für einen gleichsam glatten Füllverlauf als auch für einen rechteckigen Füllverlauf.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern (1) mit einer Flüssigkeit, insbesondere einem gashaltigen Getränk, wonach die Flüssig- keit mit einer vorgegebenen Durchflussgeschwindigkeit zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit in Abhängigkeit eines oder mehrerer parallel gemessener(n) Parameterwerte(s) sowie in Kombination mit zu den Parameterwerten gehörigen Geschwindigkeitswerten wenigstens eines vorherigen Füllvorganges vorgegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit im Hinblick auf die erforderliche Füllzeit für den Behälter (1), das Fehlen von Druckstößen und/oder Druckschwankungen oder dergleichen Zielvorgaben optimiert wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit zusammen mit den parallel gemessenen Parameterwerten in einer Geschwindigkeitswertematrix abgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit mit der zu den parallel gemessenen Parameterwerten gehörigen Durchflussgeschwindigkeit des vorherigen Füllvorganges unter Berücksichtigung einer oder mehrerer Zielvorgaben verglichen wird, wobei nur der jeweils optimierte Geschwindigkeitswert im Sinne eines selbstlernenden Prozesses abgespeichert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameterwerte an verschiedenen Füllstellen zwischen einem Vorrats- behälter (3) und einer Abgabeöffnung (4) entlang einer Füllstrecke (2) erfasst werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit im Sinne einer geschlossenen Regelung vorgegeben wird, wobei aus den parallel gemessenen Parameterwerten und den zugehörigen Geschwindigkeitswerten eines oder mehrerer vorheriger Füllvorgänge als Führungsgrößen der jeweils aktuelle Geschwindigkeitswert für die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit als Stellgröße abgeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung als Vorrausregelung konzipiert wird, welche beispielsweise etwaige Abweichungen der aktuellen Durchflussgeschwindigkeit auf ihrem Weg von der Füllstelle zur Ermittlung der Parameterwerte bis zur Abgabeöffnung (4) berücksichtigt.
8. Vorrichtung zum Füllen von insbesondere großvolumigen Behältern (1) mit einer Flüssigkeit, insbesondere einem gashaltigen Getränk, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit zumindest einem Sensor (9, 10) zur Messung wenigstens eines Parameterwertes an einer Füllstelle, ferner mit einem einstellbaren Ventil (5) zur Vorgabe der Durchflussgeschwindigkeit, und mit einer Steuereinheit (8), welche nach Maßgabe des Parameterwertes das Ventil (5) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (8) einen Speicher (81) aufweist, in welchem zu den Parameterwerten gehörige Geschwindigkeitswerte eines vorherigen Füllvorganges abge- legt sind, die in Kombination mit den Parameterwerten die aktuelle Durchflussgeschwindigkeit durch entsprechende Einstellungen des Ventils (5) vorgeben.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (5) ein Bypass (6) mit einer einstellbaren Durchflussblende (7) zugeordnet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (9, 10, 11 , 12) entlang einer Füllstrecke (2) zwischen einem Vorratsbehälter (3) und einer Abgabeöffnung (4) realisiert sind, beispielsweise ein Drucksensor (9), ein Durchflusssensor (10), ein Temperatursensor, ein Cθ2-Sensor etc.
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