EP2528850A1 - Verfahren sowie füllsystem zum druckfüllen von behältern - Google Patents

Verfahren sowie füllsystem zum druckfüllen von behältern

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EP2528850A1
EP2528850A1 EP11700893A EP11700893A EP2528850A1 EP 2528850 A1 EP2528850 A1 EP 2528850A1 EP 11700893 A EP11700893 A EP 11700893A EP 11700893 A EP11700893 A EP 11700893A EP 2528850 A1 EP2528850 A1 EP 2528850A1
Authority
EP
European Patent Office
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filling
pressure
treatment
container
clamping
Prior art date
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EP11700893A
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English (en)
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EP2528850B1 (de
Inventor
Lugwig CLÜSSERATH
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KHS GmbH
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KHS GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2528850A1 publication Critical patent/EP2528850A1/de
Application granted granted Critical
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Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/12—Pressure-control devices
    • 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
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • 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
    • B67C3/288—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters using master-slave controls

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a filling system according to the preamble of claim 7.
  • Pre-treatment phase in which the container interior with an inert gas, e.g. CO2 gas is biased to the clamping or filling pressure
  • a filling phase in which the actual filling of the container with the liquid product takes place under counterpressure.
  • the filling is followed by a relief phase in which the interior of the container is relieved to ambient pressure, wherein the relief is preferably carried out in at least two stages, first on a Vorentlastungstik and then to ambient pressure.
  • the filling process has further treatment phases
  • At least one treatment or Evakuierphase in which the respective container interior is evacuated and / or at least one
  • Treatment or rinsing phase in which the respective container interior with the inert gas, e.g. CO2 gas is purged, whereby several alternately successive evacuation and rinsing phases may be used.
  • individual treatment phases may have several partial phases, e.g. also the
  • the aim is i.a. a monitoring and / or diagnosis of the individual filling elements during the current filling process in order to detect a malfunction of the filling elements early and to be able to initiate countermeasures.
  • it is necessary to provide an independent pressure sensor for measuring the pressure profile on each filling element.
  • Termination of the actual filling process is u.a. provided with a plurality of filling elements on a filling element to provide a pressure sensor, with which the pressure profile of the container internal pressure during the
  • a filling system is the subject of patent claim 7.
  • pressure curve is to be understood as meaning that the magnitude of a pressure is measured or determined at short intervals, so that finally the actual values of this pressure over time and also the changes in the actual value of this pressure known at the time.
  • the invention is i.a. the realization that the pressure course of the
  • Internal pressure of the respective in sealing position with the filling element container during the filling process contains all the necessary information about the course of the individual treatment phases, i.
  • This pressure curve provides information about whether the filling process or its treatment phases are expired or expired in the desired manner, especially taking into account the fact that especially in more complex filling processes or filling methods, such as in the oxygen-poor filling of beer or the filling of other C02 -containing products the pressure course in the respective container not only a complete tracing and / or monitoring of the individual
  • shelf life of the bottled product significantly influenced.
  • the invention has the great advantage that the filling process, but also the amount and / or composition of the gases contained in the respective container and thus in particular the CO 2 and oxygen content can be determined and calculated relatively accurately, taking into account the
  • the filling positions of the filling system form at least one group with a plurality of filling positions, which are then assigned a filling position with a pressure measuring device, for example for joint monitoring, adjustment and / or correction of the treatment times of all filling positions of this group. Based on the measured pressure curve then statements about the course of treatment phases at all
  • Treatment time (including the beginning and / or duration) of one or more treatment phases possible, the latter, for example, by comparing the measured pressure profile as the actual pressure profile with a predetermined or stored desired pressure curve or with appropriate setpoints. This change or correction is then carried out so that by changing the beginning and / or end of the respective treatment phase, the container internal pressure required for this phase can be adjusted.
  • This adjustment and / or correction of Treatment times for example, manually or by machine and / or for all filling positions of the group.
  • a filling machine such as a filling machine
  • Treatment phases of the filling process controlling valves these desired control times, e.g. based on values from the past.
  • the pressure profile of the container internal pressure at the relevant filling position is detected at least temporarily as the actual pressure profile with the at least one pressure measuring device.
  • this actual pressure profile and the desired pressure profile or corresponding data it is then possible to make a statement about the course of the treatment phases as well as an adjustment and / or correction of the treatment duration and / or times, i. the current times and time intervals for the opening and / or closing of the individual treatment phases controlling valves, even for those filling positions that do not have the pressure measuring device.
  • the pressure profile determined by the at least one pressure measuring device is furthermore stored in a computer,
  • this pressure profile can be displayed at any time on a display or operator screen.
  • Considering the pressure profile detected by the pressure measuring device can be set very precisely without difficulty.
  • the invention further provides that the measured pressure profiles or the corresponding data via a
  • Data transmission network for example via an internal or external
  • Data transmission network eg via the general Internet or their server to at least one workstation or computer within the filling machine or the filling operating company and / or at a geographically remote therefrom location are transmitted, preferably for a remote maintenance and / or diagnosis, in particular by specialists, for example by specialists of the manufacturer of the filling machine or the filling system.
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of a filling position of a filling machine for pressure filling of containers in the form of bottles, together with a
  • Fig. 2 is a diagram of the pressure curve within a bottle during the multiple treatment phases having filling process.
  • 1 is a filling system for filling containers in the form of bottles 2 with a liquid, e.g. Drink, for example beer. Shown is the filling machine only a section through a ring bowl 3, which is part of a rotatable about a vertical axis of the machine rotor 4. The interior of the ring vessel 3 is partially filled during the filling operation with the liquid contents, with the formation of a lower, occupied by the contents
  • the level of the liquid filling material in the ring bowl 3 is taken.
  • the level of the liquid filling material in the ring bowl 3 is taken.
  • the inert gas pressure in the gas space 3.2 is set or adjusted to a predetermined filling or clamping pressure P1.
  • two ring channels are further formed, namely an annular channel 5.1, which serves as an inert gas collecting channel and the inert gas with a pressure P2, e.g. leads with a slight overpressure, and a ring channel 5.2, during the filling operation as
  • Vacuum channel has a negative pressure P3.
  • P3 At the periphery of the rotor or the ring vessel 3 are in uniform
  • Angular distances distributed around the vertical machine axis filling elements 6 are provided, each together with an associated container carrier. 7
  • the bottles 2 are in sealing position to the respective filling element 6 in the region of a discharge opening 9 for the liquid product as well as a gas opening 10 for evacuation, pre and pressure clamping pressed, as will be explained in more detail below.
  • a liquid channel with a controlled liquid valve communicating with the liquid space 3.1 is provided in each filling element 6.
  • 6 gas paths for controlled treatment of the interior of the respective bottle 2 with vacuum, with rinsing and biasing gas for controlling slow and Schnellhellphasen, to relieve the respective filled bottle, etc. are provided in each filling element.
  • the necessary to control these gas paths valves are housed in a valve block 1 1.
  • These valves are, for example, pneumatic valves, which are actuated by a computer 13 via an electro-pneumatic control valve arrangement 12. Only one filling position 8 or the local filling element 6 is provided with a
  • Pressure measuring device in the form of a pressure sensor 14 is provided, which detects the internal pressure of the bottle located on this filling element 6 via the gas opening 10 and supplies a corresponding measurement signal via the measuring line 15 to the computer 13, namely for the formation and storage of the temporal Pressure curve 16 of the bottle internal pressure of the filling element located on the bottle 2 or a corresponding record.
  • the filling of the bottles 2 is carried out in principle such that each bottle 2 passed to a container inlet of the filling machine 1 to a container carrier 7 and then with this container carrier in sealing position against the associated filling element 6 and with its bottle mouth against a in the region of the discharge opening 9 and the Gas opening 10 arranged seal of the filling element 6 is pressed so that both the discharge port 9 and the gas port 0 with the interior of the bottles 2 are in communication.
  • the filled bottles 2 are, after they were lowered with the container carrier 7 from the filling element 1, at a
  • Container outlet of the filling machine 1 taken, for example one
  • Container inlet and the container outlet the filling of the bottles 2 takes place in several treatment phases and, for example, one after the other
  • Bottle interior between the first and second or the second and third evacuation e.g. by connecting the bottle interior with the annular channel 5.1
  • FIG. 2 schematically shows the pressure curve 16 also detected by the pressure sensor 14 on the filling element 6, wherein the sections 16.1 - 16.9 are to be assigned:
  • the pressure curve during the filling process determines the course of these phases and thereby, among other things, also the quality and the quality Durability, especially the CO 2 and oxygen content of the bottled product.
  • Time interval between the discontinuation of a control signal and the actual complete switching include a valve, for example, are chosen so that in particular under
  • Course can then be compared, for example, with an appropriate for the relevant contents and for the type of bottles 2 and stored in the computer 13 target pressure profile or with appropriate target data.
  • the correction is made e.g. manually as a function of the graphical representation on an image monitor 17 of the computer 13 and / or automatically or computer-controlled. Furthermore, the corrected treatment times are stored, for example, in the computer 13 as typical for the type of bottles 2 and the filling material treatment times, so at a later refilling the same bottles 2 or the same bottle type with the same contents on these treatment times or data for the control of Filling process can be used.
  • Filling machine 1 for filling bottles 2 of a certain type with a product of a certain type the treatment times based on experience on an operator monitor 17 with input keyboard in the computer 13 to enter. In a test run of the filling machine 1 then the entered

Landscapes

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

Abstract

Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, bei dem (Verfahren) der während des Füllprozesses in Dichtlage an einem Füllelement (6) angeordnete Behälter für das Füllen gegen einen Spann- oder Fülldruck (PI) in wenigstens einer Behandlungsphase mit einem Inertgas, beispielsweise mit C02-Gas, auf den Spann- oder Fülldruck vorgespannt und nach dem Füllen in wenigstens einer weiteren Behandlungsphase auf Umgebungsdruck entlastet wird, wobei die Behandlungsdauer und/oder -zeit wengstens einer Behandlungsphase durch eine Zeitsteuerung bestimmt ist, und wobei mit einer Druckmesseinrichtung (14) der Druckverlauf (16) des Behälterinnendsuchs nur an einem Füllelement (6) erfasst und mit diesem Druckverlauf alle Füllelemente der Füllelementgruppe überwacht und/oder korrigiert werden.

Description

Verfahren sowie Füllsystem zum Druckfüllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 7.
Verfahren sowie Füllsysteme zum Druckfüllen, d.h. zum Füllen von Flaschen, Dosen oder anderen Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Gegendruck (Spann- oder Fülldruck) sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Diesen Verfahren ist gemeinsam, dass der jeweilige Füllprozess zumindest zwei
Behandlungsphasen aufweist, in welchen der jeweilige Behälter in Dichtlage gegen das betreffende Füllelement angepresst anliegt, nämlich eine
Vorbehandlungsphase, in der der Behälterinnenraum mit einem Inertgas, z.B. CO2- Gas auf den Spann- oder Fülldruck vorgespannt wird, und eine Füllphase, in der das eigentliche Füllen des Behälters mit dem flüssigen Füllgut unter Gegendruck erfolgt. Dem Füllen folgt eine Entlastungsphase, in der der Innenraum des Behälters auf Umgebungsdruck entlastet wird, wobei die Entlastung vorzugsweise in wenigstens zwei Stufen zunächst auf einem Vorentlastungsdruck und anschließend auf Umgebungsdruck erfolgt.
In der Regel weist der Füllprozess noch weitere Behandlungsphasen auf,
beispielsweise wenigstens eine Behandlungs- oder Evakuierphase, in der der jeweilige Behälterinnenraum evakuiert wird, und/oder wenigstens eine
Behandlungs- oder Spülphase, in der der jeweilige Behälterinnenraum mit dem Inertgas, z.B. CO2-Gas gespült wird, wobei auch mehrere abwechselnd aufeinander folgende Evakuierungs- und Spülphasen verwendet sein können. Weiterhin können einzelnen Behandlungsphasen mehrere Teilphasen aufweisen, z.B. auch die
Füllphase Teilphasen zum langsamen Anfüllen, zum Schnellfüllen, zum langsamen Restfüllen und für die Beruhigung des Füllgutes usw.
Bei bekannten Verfahren und Füllsystemen erfolgt das Einleiten und Beenden wesentlicher Behandlungsphasen zeitgesteuert, d.h. mit für die einzelnen Behandlungsphasen vorgegebene Behandlungszeiten, deren Beginn z.B.
maschinengesteuert ist und/oder deren Dauer (Beginn und/oder Ende) in der Steuerung (Rechner) des Füllsystems abgelegt und/oder eingegeben ist,
beispielsweise auch produkt- und/oder behälterspezifisch.
Die Wahl oder Einstellung der Behandlungszeiten und/oder deren Dauer erfolgt für die einzelnen Behandlungsphasen in der Regel auf Basis von Erfahrungswerten, wobei auch die Schaltzeiten zu berücksichtigen sind, die für das öffnen und
Schließen der die Behandlungsmedien während der Behandlungsphasen
steuernden Ventile benötigt werden. Nachteilig ist hierbei u.a., dass der tatsächliche Ablauf der Behandlungsphasen nicht überwacht wird und die Einstellung in starkem Maße von der Erfahrung des jeweiligen Bedienungspersonals abhängig ist und dass bereits kleinste Unachtsamkeiten und/oder Ungenauigkeiten zu einer Minderung der Qualität des abgefüllten Produktes und/oder zu einer Steigerung des Inertgas- oder C02-Gas- Verbrauchs und damit zu erhöhten Betriebskosten führen können.
Bekannt ist ein Verfahren sowie Füllsystem zum Druckfüllen von Behältern
(DE 100 08 426 A1). Angestrebt ist u.a. eine Überwachung und/oder Diagnose der einzelnen Füllelemente während des laufenden Füllprozesses, um ein Fehlverhalten der Füllelemente frühzeitig zu erkennen und um Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Hierfür ist es erforderlich, an jedem Füllelement einen eigenständigen Drucksensor zur Messung des Druckverlaufs vorzusehen.
Bekannt ist weiterhin ein Füllsystem zum Druckfüllen von Behältern (DE 100 08 426 A1). Angestrebt ist eine Optimierung der Dauer der Entlastungsphase nach
Beendigung des eigentlichen Füllprozesses. Hierfür ist u.a. vorgesehen, bei einer Vielzahl von Füllelementen an einem Füllelement einen Drucksensor vorzusehen, mit welchem der Druckverlauf des Behälterinnendrucks während der
Entlastungsphase erfasst und hiermit die Zeitdauer der Entlastungsphase für sämtliche Füllelemente des Füllsystems festgelegt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu
vermeiden und bei einem Verfahren zum Druckfüllen von Behältern eine Möglichkeit einer objektiven Überprüfung und/oder Überwachung der Behandlungsphasen und deren Ablauf zu schaffen, insbesondere auch mit der Möglichkeit einer optimalen Anpassung der Behandlungszeiten an tatsächliche Erfordernisse. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff Druckverlauf zu verstehen, dass die Höhe eines Druckes in kurzen Zeitabständen gemessen oder ermittelt wird, so dass schließlich auch die Ist-Werte dieses Druckes über der Zeit und auch die Änderungen des Ist-Wertes dieses Druckes über der Zeit bekannt sind. Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass der Druckverlauf des
Innendrucks des jeweiligen in Dichtlage mit dem Füllelement befindlichen Behälters während des Füllprozesses alle erforderlichen Informationen über den Ablauf der einzelnen Behandlungsphasen enthält, d.h. dieser Druckverlauf Aufschluss darüber gibt, ob der Füllprozess oder dessen Behandlungsphasen in der gewünschten Weise ablaufen oder abgelaufen sind, insbesondere auch unter Berücksichtigung des Umstandes, dass speziell bei komplexeren Füllprozessen oder Füllverfahren, wie beispielsweise bei der sauerstoffarmen Füllung von Bier oder der Füllung von anderen C02-haltigen Produkten der Druckverlauf im jeweiligen Behälter nicht nur eine vollständige Rückverfolgung und/oder Überwachung der einzelnen
Behandlungsphasen ermöglicht, sondern insbesondere auch die Qualität und
Haltbarkeit des abgefüllten Produktes wesentlich beeinflusst. So ist beispielsweise bei einem komplexeren Füllprozess mit vorausgehenden Evakuierungs- und C02- Spülphasen der korrekte Ablauf dieser Phasen für die spätere C02-Konzentration sowie auch für den Sauerstoffgehalt im abgefüllten Füllgut und damit für die
Haltbarkeit des abgefüllten Füllgutes ausschlaggebend. Die Erfindung hat den großen Vorteil, dass sich der Füllprozess, aber auch die Menge und/oder Zusammensetzung der in dem jeweiligen Behälter befindlichen Gase und damit insbesondere der C02- und Sauerstoffgehalt relativ genau bestimmen und berechnen lässt, und zwar unter Berücksichtigung des
Druckverlaufs des Behälterinnendrucks und durch Anwendung von beispielsweise der Zustandsgieichung für (reale) Gase P*V=m*R*T. So lässt sich beispielsweise auf einfache Art und Weise ermitteln, welche Zusammensetzung das innerhalb eines Behälters befindliche Gas nach den einzelnen Behandlungsphasen aufweist, beispielsweise nach der ersten, zweiten und dritten Vorevakuierung in Verbindung mit einer ersten und zweiten Spülung mit reinem C02-Gas. Die Erfindung
ermöglicht es auch, den jeweiligen Füllprozess insbesondere hinsichtlich des Inertoder C02-Gas-Verbrauchs optimal zu gestalten und dabei auf einfache Weise unterschiedliche Behältervolumina zu berücksichtigen, insbesondere um eine niedrige Sauerstoffaufnahme oder -konzentration im Füllgut bei möglichst geringem C02-Verbrauch zu gewährleisten.
Um aber den Mess- und Steuerungsaufwand sowohl hardwaremäßig, als auch softwaremäßig möglichst gering zu halten, bilden die Füllpositionen des Füllsystems wenigstens eine Gruppe mit mehreren Füllpositionen, denen dann eine Füllposition mit einer Druckmesseinrichtung zugeordnet ist, und zwar beispielsweise zur gemeinsamen Überwachung, Einstellung und/oder Korrektur der Behandlungszeiten sämtlicher Füllpositionen dieser Gruppe. Aufgrund des gemessenen Druckverlaufs sind dann Aussagen über den Ablauf der Behandlungsphasen an allen
Füllpositionen der Gruppe und/oder eine Korrektur und/oder Änderung der
Behandlungszeit (auch hinsichtlich Beginn und/oder Dauer) einer oder mehrerer Behandlungsphasen möglich, letzteres z.B. durch Vergleich des gemessenen Druckverlaufs als Ist-Druckverlauf mit einem vorgegebenen oder abgelegten Soll- Druckverlauf oder mit entsprechenden Sollwerten. Diese Änderung oder Korrektur wird dann so durchgeführt, dass durch Veränderung des Beginns und/oder des Endes der jeweiligen Behandlungsphase sich der für diese Phase erforderliche Behälterinnendruck einstellen kann. Diese Einstellung und/oder Korrektur der Behandlungszeiten erfolgt beispielsweise manuell oder maschinell und/oder für sämtliche Füllpositionen der Gruppe.
Ist das Füllsystem eine Füllmaschine, beispielsweise eine Füllmaschine
umlaufender Bauart, so sind beispielsweise lediglich eine Füllposition oder ein Füllelement oder aber lediglich zwei, sich bezogen auf eine Maschinenachse diametral gegenüberliegende Füllelemente mit einer den Behälterinnendruck erfassenden Druckmesseinrichtung ausgeführt. Die Behandlungszeiten sämtlicher Füllelemente werden dann entsprechend dem von diesen Messeinrichtungen erfassten Druckverlauf des Behälterinnendrucks geändert und/oder korrigiert.
Im Einzelnen erfolgt die Steuerung oder Regelung der Behandlungszeit
beispielsweise so, dass in der Maschinensteuerung des Füllsystems ein für das jeweilige Füllgut bzw. abzufüllende Produkt und für den Typ der zu füllenden Behälter gültiger, also produkt- und behälterspezifischer Soll-Druckverlauf hinterlegt ist, und zwar ggs. zusammen mit Soll-Steuerzeiten für die die einzelnen
Behandlungsphasen des Füllprozesses steuernden Ventile, wobei diese Soll- Steuerzeiten z.B. auf werten aus der Vergangenheit basieren. Während des laufenden Füllprozesses wird mit der wenigstens einen Druckmesseinrichtung der Druckverlauf des Behälterinnendrucks an der betreffenden Füllposition zumindest zeitweise als Ist-Druckverlauf erfasst. Unter Berücksichtigung dieses Ist- Druckverlaufs und des Soll-Druckverlaufs oder entsprechender Daten ist dann eine Aussage über den Ablauf der Behandlungsphasen möglich sowie eine Einstellung und/oder Korrektur der Behandlungsdauer und/oder -zeiten, d.h. die aktuellen Zeitpunkte und Zeitintervalle für das Öffnen und/oder Schließen der die einzelnen Behandlungsphasen steuernden Ventile, und zwar auch für solche Füllpositionen, die die Druckmesseinrichtung nicht aufweisen.
Bevorzugt erfolgt eine kontinuierliche Erfassung des Ist-Druckverlaufs, wobei eventuell erforderliche Korrekturen oder Änderungen der Behandlungszeiten kontinuierlich ermittelt und für die Ansteuerung der Füllpositionen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird weiterhin der von der wenigstens einen Druckmesseinrichtung ermittelte Druckverlauf in einem Rechner,
vorzugsweise in dem das Füllsystem steuernden Rechner gespeichert, sodass dieser Druckverlauf jederzeit an einem Display oder Bedienerbildschirm angezeigt werden kann.
Es ist weiterhin insbesondere auch möglich, die Überwachung des Ist-Druckverlaufs softwaremäßig mit Grenzwerten zu versehen, deren Über- und/oder
Unterschreitung erst die Änderung oder Korrektur der Behandlungszeiten veranlasst und/oder Alarmfunktionen und/oder Fehlermeldungen auslöst.
Wird auch die Entlastungsphase in analoger Weise überwacht, so ist der Vorteil der Erfindung besonders augenfällig bei solchen Füllsystemen oder Füllmaschinen, bei denen zur Einsparung eines weiteren Gas- oder Ringkanals am Rotor die
Restentlastung auf direktem Wege in einen als Vakuumkanal dienenden Ringkanal erfolgt. Bei diesen Füllsystemen ist eine sehr sorgfältige Einstellung der
Behandlungs- bzw. Entlastungsdauer notwendig, da bereits ein kurzzeitiges
Überschreiten der Behandlungsdauer zu einem Minderdruck oder sogar zu einem Unterdruck und damit zu einem unerwünschten Aufschäumen des abgefüllten Produktes im Behälter führt. Bei der Erfindung ist diese Problematik gelöst, und zwar dadurch, dass die Behandlungsdauer der Restentlastungsphase unter
Berücksichtigung des von der Druckmesseinrichtung erfassten Druckverlaufs ohne Schwierigkeiten sehr exakt eingestellt werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise sieht die Erfindung weiterhin vor, dass die gemessenen Druckverläufe bzw. die entsprechenden Daten über ein
Datenübertragungsnetz, beispielsweise über ein internes oder externes
Datenübertragungsnetz, z.B. über das allgemeine Internet oder deren Server an wenigstens einem Arbeitsplatz oder Rechner innerhalb des die Füllmaschine bzw. das Füllsystem betreibenden Betriebes und/oder aber an einem hiervon geografisch entfernten Ort übertragen werden, und zwar bevorzugt für eine Fernwartung und/oder -diagnose, insbesondere auch durch Spezialisten, z.B. durch Spezialisten des Herstellers der Füllmaschine oder des Füllsystems.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten
Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem
Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in vereinfachter Prinzipdarstellung eine Füllposition einer Füllmaschine zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen, zusammen mit einem
Prozessrechner zum Steuern der Behandlungszeiten;
Fig. 2 in einem Diagramm den Druckverlauf innerhalb einer Flasche während des mehrere Behandlungsphasen aufweisenden Füllprozesses.
In den Figuren ist 1 ein Füllsystem bzw. eine Füllmaschine zum Druckfüllen von Behältern in Form von Flaschen 2 mit einem flüssigen, beispielsweise C02 enthaltenden Füllgut, z.B. Getränk, beispielsweise Bier. Dargestellt ist von der Füllmaschine lediglich ein Schnitt durch einen Ringkessel 3, der Teil eines um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotors 4 ist. Der Innenraum des Ringkessels 3 ist während des Füllbetriebes mit dem flüssigen Füllgut teilgefüllt, und zwar unter Ausbildung eines unteren, von dem Füllgut eingenommenen
Flüssigkeitsraums 3.1 und eines darüber liegenden Gasraums 3.2, der von einem Inert-Gas unter Druck, beispielsweise von einem C02-Gas unter Druck
eingenommen ist. Durch nicht dargestellte Regel- und/oder Steuerelemente ist der Spiegel des flüssigen Füllgutes im Ringkessel 3 auf ein vorgegebenes Niveau eingestellt bzw. eingeregelt. Weiterhin ist der Inert-Gas-Druck im Gasraum 3.2 auf einem vorgegebenen Füll- oder Spanndruck P1 eingestellt bzw. eingeregelt.
Im Rotor 4 bzw. in dem den Ringkessel 3 bildenden Teil des Rotors 4 sind weiterhin zwei Ringkanäle ausgebildet, und zwar ein Ringkanal 5.1 , der als Inertgas- Sammelkanal dient und das Inertgas mit einem Druck P2, z.B. mit einem geringen Überdruck führt, sowie ein Ringkanal 5.2, der während des Füllbetriebes als
Vakuum-Kanal einen Unterdruck P3 aufweist. Am Umfang des Rotors bzw. des Ringkessels 3 sind in gleichmäßigen
Winkelabständen um die vertikale Maschinenachse verteilt Füllelemente 6 vorgesehen, die jeweils zusammen mit einem zugehörigen Behälterträger 7
Füllpositionen 8 bilden. Die zu füllenden Flaschen 2 sind an den einzelnen
Füllpositionen 8 bzw. an den dortigen Behälterträgern 7 jeweils hängend gehalten, und zwar an einem Behälter- oder Mündungsflansch und mit dem Behälterträger 7. Mit diesem sind die Flaschen 2 in Dichtlage an das jeweilige Füllelement 6 im Bereich einer Abgabeöffnung 9 für das flüssige Füllgut sowie einer Gas-Öffnung 10 für das Evakuieren, Vor- und Druckspannen angepresst, wie dies nachstehend noch näher erläutert wird.
Zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes in die jeweilige Flasche 2 ist in jedem Füllelement 6 ein mit dem Flüssigkeitsraum 3.1 in Verbindung stehender Flüssigkeitskanal mit gesteuertem Flüssigkeitsventil vorgesehen. Weiterhin sind in jedem Füllelement 6 Gaswege zum gesteuerten Behandeln des Innenraums der jeweiligen Flasche 2 mit Vakuum, mit Spül- und Vorspanngas, zur Steuerung von Langsam- und Schnellfüllphasen, zur Entlastung der jeweils gefüllten Flasche usw. vorgesehen. Die zur Steuerung dieser Gaswege notwendigen Ventile sind in einem Ventilblock 1 1 untergebracht. Diese Ventile sind beispielsweise Pneumatik-Ventile, die über eine elektro-pneumatische Steuerventilanordnung 12 von einem Rechner 13 angesteuert werden. Nur eine Füllposition 8 bzw. das dortige Füllelement 6 ist mit einer
Druckmesseinrichtung in Form eines Drucksensors 14 ausgestattet, der über die Gasöffnung 10 während des jeweiligen Füllprozesses den Innendruck der an diesem Füllelement 6 befindlichen Flasche 2 erfasst und ein entsprechendes Messsignal über die Messleitung 15 an den Rechner 13 liefert, und zwar zur Bildung und Speicherung des zeitlichen Druckverlaufs 16 des Flascheninnendrucks der am Füllelement befindlichen Flasche 2 oder eines entsprechenden Datensatzes.
Das Füllen der Flaschen 2 erfolgt grundsätzlich so, dass jede Flasche 2 an einem Behältereinlauf der Füllmaschine 1 an einen Behälterträger 7 übergeben und mit diesem Behälterträger dann in Dichtlage gegen das zugehörige Füllelement 6 bzw. mit ihrer Flaschenmündung gegen eine im Bereich der Abgabeöffnung 9 und der Gasöffnung 10 angeordnete Dichtung des Füllelementes 6 angepresst wird, sodass sowohl die Abgabeöffnung 9 als auch die Gasöffnung 0 mit dem Innenraum der Flaschen 2 in Verbindung stehen. Die gefüllten Flaschen 2 werden, nachdem sie mit dem Behälterträger 7 vom Füllelement 1 abgesenkt wurden, an einem
Behälterauslauf der Füllmaschine 1 entnommen, beispielsweise einer
Verschließmaschine zugeführt. Auf dem Winkelbereich der Drehbewegung des Rotors 4 zwischen dem
Behältereinlauf und dem Behälterauslauf erfolgt das Füllen der Flaschen 2 in mehreren Behandlungsphasen und zwar beispielsweise zeitlich nacheinander
ein dreifaches Evakuieren durch Verbinden des Flascheninnenraums mit dem Ringkanal 5.2, jeweils mit einem Inertgas-Spülen des
Flascheninnenraums zwischen dem ersten und zweiten bzw. dem zweiten und dritten Evakuieren z.B. durch Verbinden des Flascheninnenraumes mit dem Ringkanal 5.1 ,
ein Teilvorspannen der Flasche 2 z.B. durch Verbinden des
Flascheninnenraums mit dem Ringkanal 5.1 und/oder mit dem Gasraum 3.2, ein Vorspannen der Flasche 2 durch Verbinden des Flascheninnenraumes mit dem Gasraum 3.2 auf den endgültigen Spann- oder Fülldruck P1 , - ein Schnellfüllen der Flasche 2 mit dem flüssigen Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum 3.1 bei geöffnetem Flüssigkeitsventil bei Spann- und Fülldruck P1 ,
ein Langsamfüllen der Flasche 2 bei Spann- und Fülldruck P1 vor dem Schließen des Flüssigkeitsventils und kurz vor Erreichen der erforderlichen
Füllhöhe und/oder Füllmenge,
ein Beruhigen des Füllgutes in der Flasche 2 bei Vorspann- und Fülldruck P1 und bei geschlossenem Flüssigkeitsventil,
ein Vorentlasten der Flasche 2 auf einem deutlich unterhalb des Spann- und Fülldrucks P1 liegenden Vorentlastungsdruck, beispielsweise auf dem Druck
P2,
ein anschließendes Restentlasten auf Atmosphären- oder Umgebungsdruck, beispielsweise durch Verbinden des von dem Füllgut nicht eingenommenen Teils des Flascheninnenraumes über die Gasöffnung 10 mit dem Ringkanal 5.2.
In der Figur 2 ist schematisch der auch vom Drucksensor 14 am Füllelement 6 erfasste Druckverlauf 16 dargestellt, wobei die Abschnitte 16.1 - 16.9 zuzuordnen sind:
16.1 Beginn des Füllprozesses
16.2 Vorevakuierung der Flasche 2
16.3 Inertgasspülung der Flasche 2
16.4 Teilvorspannen der Flasche 2 z.B. auf den Druck P2
16.5 Vorspannen der Flasche 2 auf den Spann- oder Fülldruck P1
16.6 Schnellfüllen, Langsamfüllen und Beruhigen
16.7 Vorentlastung beispielsweise auf den Druck P2
16.8 Restentlasten auf Atmosphärendruck
16.9 Ende des Füllprozesses. Wie vorstehend erwähnt, bestimmen der Druckverlauf während des Füllprozesses, insbesondere auch der Druckverlauf in den einzelnen Behandlungsphasen den Ablauf dieser Phasen und dabei u.a. auch ganz wesentlich die Qualität sowie die Haltbarkeit, insbesondere auch den C02- und Sauerstoff-Gehalt des abgefüllten Produktes. Durch Erfassung des Druckverlaufs 16 ist somit eine Überprüfung und Überwachung, aber auch eine Steuerung des Füllprozesses bzw. der
Behandlungsphasen möglich.
Bei der Vielzahl der Füllelemente 6 der Füllmaschine 1 ist eine unmittelbare druckabhängige Steuerung der Füllelement 6 nicht, zumindest mit einem
vertretbaren Steuerungsaufwand nicht möglich. Vielmehr ist es erforderlich, die einzelnen Behandlungsphasen des Füllprozesses zeitgesteuert auszuführen, und zwar synchron mit der Drehbewegung des Rotors 4 und mit im Rechner 13 abgelegten Behandlungszeiten, mit denen eine zeitliche Ansteuerung u.a. der Ventile der elektropneumatischen Steuerventileinrichtungen 12 und der Ventilblöcke 1 1 erfolgt. Die Behandlungs- oder Steuerzeiten, die u.a. auch das jeweilige
Zeitintervall zwischen dem Absetzen eines Steuersignals und dem tatsächlichen vollständigen Schalten (z.B. Öffnen oder Schließen) eines Ventils einschließen, sind dabei beispielsweise so gewählt sind, dass insbesondere auch unter
Berücksichtigung des Volumens der Flaschen 2 und des Drucks des für die jeweilige Behandlungsphase verwendeten Mediums das jeweils angestrebte Ergebnis der betreffenden Behandlungsphase möglichst erreicht werden kann.
Um diese Zeitsteuerung der Behandlungsphasen des Füllprozesses zu überwachen und möglichst optimal an den idealen Druckverlauf des Füllprozesses anzupassen, wird an den mit dem Drucksensor 14 ausgestatteten Füllpositionen 8 der
tatsächliche Ist-Druckverlauf 16 gemessen und zumindest vorübergehend im
Rechner 13 abgespeichert. Dieser Ist-Druckverlauf 16 oder Ist-Daten dieses
Verlaufs können dann beispielsweise mit einem für das betreffende Füllgut und für die Art der Flaschen 2 idealen und im Rechner 13 abgelegten Soll-Druckverlauf oder mit entsprechenden Soll-Daten verglichen werden. Bei deutlichen, d.h.
vorgegebene Grenzwerte übersteigenden Abweichungen zwischen dem
gemessenen Ist-Druckverlauf und dem Soll-Druckverlauf in einer oder mehreren Behandlungsphasen werden dann die Behandlungszeiten (Beginn und/oder Ende) dieser Behandlungsphasen für sämtliche Füllelemente 6 der Füllmaschine 1 gemeinsam derart geändert, dass der Ist-Druckverlauf dem Soll-Druckverlauf mit ausreichender Genauigkeit entspricht. Mit den neuen bzw. korrigierten
Behandlungszeiten erfolgt dann die anschließende Steuerung sämtlicher
Füllelemente 6 während des jeweiligen Füllprozesses. Die Korrektur erfolgt z.B. manuell in Abhängigkeit von der grafischen Darstellung auf einem Bildmonitor 17 des Rechners 13 und/oder aber automatisch bzw. rechnergesteuert. Weiterhin werden die korrigierten Behandlungszeiten beispielsweise im Rechner 13 als für die betreffende Art der Flaschen 2 und des Füllgutes typische Behandlungszeiten abgelegt, sodass bei einem späteren erneuten Füllen derselben Flaschen 2 bzw. desselben Flaschentyps mit dem selben Füllgut auf diese Behandlungszeiten oder Daten für die Steuerung des Füllprozesses zurückgegriffen werden kann.
Insbesondere besteht die Möglichkeit, bei einer ersten Verwendung der
Füllmaschine 1 zum Füllen von Flaschen 2 einer bestimmten Art mit einem Füllgut einer bestimmten Art die Behandlungszeiten aufgrund von Erfahrungswerten an einem Bedienermonitor 17 mit Eingabetastatur in den Rechner 13 einzugeben. In einem Probelauf der Füllmaschine 1 werden dann die eingegebenen
Behandlungszeiten in der vorbeschriebenen Weise durch Vergleich des
gemessenen Ist-Druckverlaufs mit dem Soll-Druckverlauf entsprechend korrigiert und als für die betreffende Art der Behälter und des Füllgutes typische, wieder verwendbare Daten im Rechner 13 abgelegt. Eine Vielzahl anderer Arten der Steuerung der Füllmaschine 1 sind mit der erfindungsgemäßen Ausbildung möglich.
Bezugszeichenliste
1 Füllmaschine
2 Flasche
3 Ringkessel
3.1 Flüssigkeitsraum
3.2 Gasraum
4 Rotor
5.1 , 5.2 Ringkanal im Rotor 4
6 Füllelement
7 Behälterträger
8 Füllposition
9 Füllgutabgabeöffnung
10 Gasöffnung
11 Ventilblock
12 elektro-pneumatische Steuerventileinrichtung 3 Rechner
14 Drucksensor
15 Messleitung
16 Druckkurve
16.1 - 16.9 verschiedene Behandlungsphasen zugeordnete
Abschnitt der Druckkurve 16
17 Bedienermonitor
P1 Spann- oder Fülldruck
P2 reduzierter Vorentlastungsdruck
P3 Unterdruck

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Druckfüllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems mit wenigstens einer Füllelementgruppe mit einer Vielzahl von Füllelementen (6),
wobei der jeweilige während des Füllprozesses in Dichtlage an einem Füllelement (6) angeordnete Behälter (2) für das Füllen gegen einen Spann- oder Fülldruck (P1) in wenigstens einer Behandlungsphase mit einem Inertgas, beispielsweise mit C02- Gas, auf den Spann- oder Fülldruck (P1) vorgespannt und in einer weiteren
Behandlungsphase gegen den Spann- oder Fülldruck (P1) gefüllt sowie nach dem Füllen in wenigstens einer Entlastungsphase auf Umgebungsdruck entlastet wird, wobei die Behandlungsdauer und/oder -zeit der Behandlungsphasen durch eine Zeitsteuerung bestimmt ist, und
wobei während sämtlicher Behandlungsphase der Druckverlauf (16) des
Behälterinnendrucks erfasst wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass mit einer Druckmesseinrichtung (14) der Druckverlauf (16) des
Behälterinnendrucks nur an einem Füllelement (6) der wenigstens einen
Füllelementgruppe erfasst und mit diesem Druckverlauf (16) die Behandlungsdauer und/oder -Zeiten sämtlicher Behandlungsphasen aller Füllelemente (6) der
Füllelementgruppe überwacht und/oder korrigiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von der
Druckmesseinrichtung (14) erfasste Druckverlauf (16) des Behälterinnendrucks als Ist-Druckverlauf mit einem Soll-Druckverlauf für die Anzeige und/oder Überwachung des Ablaufs der Behandlungsphase und/oder für die Änderung oder Korrektur der Behandlungsdauer und/oder -zeit verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Beaufschlagen der Behälter (2) mit dem Spann- oder Fülldruck (P1) dienenden Behandlungsphase wenigstens eine weitere Behandlungsphase vorausgeht, in der die Behälter (2) evakuiert und/oder mit einem Inertgas, z.B. C02-Gas gespült werden, vorzugsweise bei einem Druck (P2) kleiner als der Spann- oder Fülldruck (P1), und dass der Druckverlauf des Behälterinnendrucks auch während dieser Behandlungsphasen erfasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der wenigstens einen Druckmesseinrichtung (14) auch der Druckverlauf des Behälterinnendrucks während der Füllphase erfasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Füllsystems als Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von jeweils einem Füllelement (6) gebildeten Füllpositionen (8) an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (4) der
Druckverlauf des Behälterinnendrucks an einer oder an zwei sich diametral bezogen auf die Maschinenachse gegenüberliegenden Füllpositionen (8) erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils geänderten bzw. korrigierten Behandlungsdauer und/oder -zelten für eine erneute Verwendung behälter- und/oder produktspezifisch gespeichert werden, vorzugsweise in einem Rechner des Füllsystems.
7. Füllsystem zum Druckfüllen von Flaschen, Dosen oder dergleichen Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut in jeweils einem Füllprozess, mit wenigstens einer Füllelementgruppe mit einer Vielzahl von Füllelementen (6) zum Füllen der Behälter (2) gegen einen Spann- oder Fülldruck (P1), wobei die Behälter (2) in wenigstens einer Behandlungsphase mit einem Inertgas, beispielsweise mit C02-Gas, auf den Spann- oder Fülldruck (P1) vorgespannt und in einer weiteren Behandlungsphase gegen den Spann- oder Fülldruck (P1) gefüllt sowie nach dem Füllen in wenigstens einer Entlastungsphase auf Umgebungsdruck entlastet werden,
mit einer Steuereinrichtung (13) für eine Zeitsteuerung der Behandlungsdauer und/oder -zeit der Behandlungsphasen, sowie
mit Mitteln zur Erfassung des Druckverlaufs (16) des Behälterinnendrucks während der Behandlungsphasen des Füllprozesses, dadurch gekennzeichnet,
dass für sämtliche Füllelemente (6) der Füllelementgruppe nur eine einzige die Mitteln zur Erfassung des Druckverlaufs bildende Druckmesseinrichtung (14) vorgesehen ist, und dass die Steuereinrichtung (13) für eine Überwachung und/oder Korrektur der Behandlungsdauer und/oder -Zeiten sämtlicher Behandlungsphasen aller Füllelemente (6) der Füllelementgruppe in Abhängigkeit von dem mit der Druckmesseinrichtung (14) erfassten Druckverlauf ausgebildet ist.
8. Füllsystem nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung oder einen Rechner (13), der für einen Vergleich des von der Druckmesseinrichtung (14) erfassten Ist-Druckverlaufs (16) des Behälterinnendrucks mit einem Soll- Druckverlauf für die Anzeige und/oder Überwachung des Ablaufs der
Behandlungsphase und/oder für die Änderung oder Korrektur der
Behandlungsdauer und/oder -zeit ausgebildet ist.
9. Füllsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckmesseinrichtung (14) für die Erfassung des Druckverlauf (16) des
Behälterinnendrucks sämtlicher Behandlungsphasen ausgebildet ist, und dass die Steuereinrichtung (13) für eine Korrektur der Behandlungsdauer und/oder -zeiten sämtlicher Behandlungsphasen in Abhängigkeit von diesem Druckverlauf (16) ausgebildet ist.
10. Füllsystem nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des Füllsystems als Füllmaschine umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von jeweils einem Füllelement (6) gebildeten Füllpositionen (8) an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor (4) an einer einzigen oder an zwei sich diametral bezogen auf die Maschinenachse gegenüberliegenden Füllpositionen (8) eine Druckmesseinrichtung (14) vorgesehen ist.
11. Füllsystem nach einem der Ansprüche 7 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (13) für eine Speicherung der jeweils geänderten bzw.
korrigierten Behandlungsdauer und/oder -zeiten ausgebildet ist.
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