EP2748104A1 - Vakuumeinrichtung für anlangen zur behandlung von behälten sowie verfahren zur steuerung einer vakuumeinrichtung - Google Patents

Vakuumeinrichtung für anlangen zur behandlung von behälten sowie verfahren zur steuerung einer vakuumeinrichtung

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EP2748104A1
EP2748104A1 EP12743680.6A EP12743680A EP2748104A1 EP 2748104 A1 EP2748104 A1 EP 2748104A1 EP 12743680 A EP12743680 A EP 12743680A EP 2748104 A1 EP2748104 A1 EP 2748104A1
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EP
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vacuum
pumps
pump
vacuum device
vacuum pumps
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EP2748104B1 (de
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Gernot Von Haas
Gregor Schäfer
Olaf Muszinski
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KHS GmbH
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    • B67C2003/2688—Means for filling containers in defined atmospheric conditions

Definitions

  • the invention relates to a vacuum device according to the preamble
  • Claim 1 to a plant for treating containers according to
  • Vacuum devices have in common that they are always equipped with a vacuum source formed by a single vacuum source, the vacuum pump in question in terms of their vacuum power and their electrical power, etc. to the respective system in normal operation or in the
  • Suction power can then be taken into account by changing the speed of the vacuum pump only within certain limits.
  • the object of the invention is to provide a vacuum device which avoids the aforementioned disadvantages and allows for high reliability an adaptation of the vacuum device provided or ready to put vacuum or suction in a wide range and while maintaining the best possible efficiency.
  • Claim 1 is formed.
  • An apparatus for treating containers is the subject of claim 8.
  • Vacuum device is the subject of claim 9.
  • the vacuum device consists of at least two vacuum pumps designed for parallel operation, preferably of more than two designed for parallel operation
  • Vacuum pumps these vacuum pumps are preferably those of identical construction and performance.
  • An essential aspect of the invention is that the total vacuum or suction power of the vacuum device is controlled by the speed and the number of activated vacuum pumps.
  • Container are in the context of the invention in particular cans, bottles, tubes, pouches, each made of metal, glass and / or plastic, but also others
  • Packaging suitable for filling liquid or viscous products.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a function or block diagram.
  • FIG. 2 is a diagram of the electrical power of the vacuum device in
  • 1 is a plant for treating containers 2, for example in the form of bottles.
  • the plant 1 comprises at least one device or machine, for example a filling machine, in which the containers 2 and / or
  • a vacuum or with a negative pressure for example, with a negative pressure in the range of 80 mbar - 100 mbar are applied.
  • the containers 2 are fed to the system 1 at a container inlet 1.1 and discharged from the system 1 at a container outlet 1.2.
  • a central vacuum device 3 is provided for the system 1, which has a multiplicity of electrically operated vacuum pumps 4.1-4.3.
  • the system 1 has a multiplicity of electrically operated vacuum pumps 4.1-4.3.
  • the vacuum device 3 has a total of three vacuum pumps 4.1 - 4.3, the vacuum or suction power can be individually controlled within certain limits by changing the pump speed or regulated.
  • Vacuum pump 4.1 - 4.3 frequency-controlled via a frequency control device, for example in a frequency range between 40 Hz and 60 Hz.
  • Machine control referred to, for example, formed by the process computer of Appendix 1 or provided in addition to this process computer and about which u.a. depending on process parameters in the manner described in more detail below, the circuit and control or regulation of the vacuum pump 4.1 - 4.3 takes place.
  • the process parameters can for example be retrievable from a memory of the control and regulating electronics and / or be input via an input 6 in the control electronics.
  • the e 3 S lu i p enxgentlichen filling one or more times and then subjected to vacuum, purged with an inert gas such as C02 gas, it may be in the process parameters for product-specific parameters,
  • the required number of pumps is for example tabulated and entered or read at the beginning of production in the machine control 5 for a special treatment method and for a temperature for the closed circuit of the vacuum pumps 4.1 - 4.3, so that with this number of pumps (start condition) the production Appendix 1 can be started.
  • the suction power of the vacuum pumps 4.1 - 4.3 is controlled or regulated by their speed. In this case, it is necessary, depending on the type of pump used, to set the speed of the vacuum pump 4.1-4.3 so that it makes economic sense, i. can be operated with the best possible efficiency.
  • a pump characteristic can be determined for each type of pump, which reproduces the electrical connection power, ie the electrical power requirement as a function of the vacuum or suction power .
  • the electrical connection power ie the electrical power requirement as a function of the vacuum or suction power
  • other parameters such as the barrier water temperature have a significant influence on the electrical power requirement of the respective vacuum pump 4.1 - 4.3, these are also taken into account in the pump characteristic or parameter-specific pump characteristics are determined.
  • An essential part of the overall characteristic curve 7 are the switching points indicated there with SP1 and SP2, at which the switching of the number of
  • Vacuum pumps 4.1 - 4.3 to a higher or lower number
  • Vacuum pumps for example, switching from a vacuum pump to two parallel-operated vacuum pumps at the switching point SP1 and the switching of two parallel-operated vacuum pumps to three parallel operated
  • Vacuum pumps at the switching point SP2 and vice versa takes place.
  • a criterion for switching by the machine control 5 serves the
  • Machine control is monitored. As can be seen from the diagram of FIG. 2, it would be fundamentally possible to achieve a higher suction power exceeding the switching point SP1 even with only a single vacuum pump 4.1 - 4.2, but with a marked deterioration of the efficiency and thus an increased electrical power requirement, such as this is indicated in the diagram with the operating point 7.1.
  • the operating point represents a possible operating point in the operation of a single vacuum pump 4.1 -4.3, wherein also for this
  • the pumps are in the
  • Sealing water temperature of the vacuum pumps 4.1 - 4.3 for example 25 ° C. If the sealing water temperature has a greater influence on the pump characteristic or on the efficiency of the vacuum pumps 4.1-4.3, then different overall characteristic curves 7 result for each barrier water temperature, which are then taken into account for the control and regulation of the vacuum pumps 4.1-4.3 during the ongoing process.
  • the barrier water temperature during operation of the system 1 is preferably continuously measured and transmitted to the machine control 5, wherein the machine control 5 in dependence of the measured
  • Locked water temperature uses the associated total characteristic curve 7 to control or regulate the system.
  • the overall characteristic curve 7 shown as an example also assumes that the vacuum pumps 4.1 - 4.3 operating in parallel are each operated at the same frequency of the supply voltage. Although this is an easy to implement solution, operation of the parallel vacuum pumps is 4.1 - 4.3 basically not necessarily with the same frequency of the supply voltage. In the context of the present invention, it is likewise provided that the individual, parallel-operated vacuum pumps 4.1 - 4.3 also with different
  • Mains frequencies are operated, which opens the possibility to increase the efficiency of the entire system, at least for some vacuum services.
  • a predetermined desired negative pressure for example the negative pressure of 80 mbar - 100 mbar, which is then identical to the negative pressure at the suction side of the activated vacuum pumps 4.1 - 4.3.
  • a pressure sensor 8 in a vacuum line between the vacuum device 3 and the system 1 is shown in FIG. Depending on the electrical generated by the pressure sensor 8
  • Measuring signal is changed via the machine control 5 at least the vacuum power of one of the activated vacuum pumps 4.1 - 4.3 by appropriate adjustment of the frequency and thus the pump speed so that the of
  • Vacuum device 3 provided negative pressure corresponds to the desired negative pressure.
  • the machine control 5 switches according to the overall characteristic curve 7 to the next higher number of parallel-operated vacuum pumps 4.1-4.3. Is in the reverse manner, a reduction in the suction power of the vacuum unit 3 and thus a reduction of
  • the machine control 5 switches when reaching the switching point SP1 or SP2 to the next lower number of activated vacuum pumps 4.1 - 4.3.
  • Vacuum device 3 common means for providing and / or Preparation of sealing water, which is part of the vacuum pumps 4.1 - 4.3 water circuit and includes, inter alia, a device for cooling the sealing water and connections for venting, for supplying fresh water and for discharging wastewater.
  • Vacuum pump 4.1 - 4.3 the frequency of the supply voltage for these pumps, and thus the energy consumption for maintaining the desired negative pressure by more than a certain amount, which is defined by a predetermined tolerance Tolleranz Scheme from the setpoints, so is in the vacuum device 3 or in Appendix 1 a defect before, for example in the form of a major leak.
  • a warning or warning signal or a warning or information message is issued by the machine control 5 or by another monitoring unit.
  • the machine control system initiates, for example
  • both at the beginning of the process and during the ongoing process of the machine control 5 are always those
  • Vacuum pumps 4.1 - 4.3 preferably activated, currently the lowest
  • the vacuum pumps 4.1 - 4.3 to be activated are each selected such that the maintenance for a subset of the
  • Vacuum pump 4.1 - 4.3 is then incurred, even if the system 1 and / or its components must be maintained, so u.a. the number of
  • vacuum pump 4.1 - 4.3 After a further operating method that vacuum pump 4.1 - 4.3 is blocked, in which, for example, due to their operating hours and / or their condition maintenance is mandatory. Operation of the
  • Vacuum device 3 is then carried out exclusively with the remaining, not locked vacuum pumps 4.1 - 4.3.
  • the maintenance and / or repair of the locked vacuum pump are carried out during operation.
  • the aforementioned operating methods for the operation of the vacuum pumps 4.1 - 4.3 can also be combined.

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Abstract

Vakuumeinrichtung (3) zur Erzeugung von Unterdruck in Anlagen zur Behandlung von Behältern (2), insbesondere in Anlagen zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einer Vakuumquelle, deren Vakuum- und/oder Saugleistung Steuer- und/oder regelbar ist. Die Vakuumquelle der Vakuumeinrichtung (3) ist von wenigstens zwei für einen Parallelbetrieb ausgebildeten, elektrisch angetriebenen Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) gebildet, und durch die Anzahl der jeweils aktivierten Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) ist die Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) steuerbar, beispielsweise durch eine Steuer- und Regeleinheit (5).

Description

VAKUUMEINRICHTUNG FÜR ANLANGEN ZUR BEHANDLUNG VON BEHALTEN SOWIE VERFAHREN ZUR
STEUERUNG EINER VAKUUMEINRICHTUNG
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumeinrichtung gemäß Oberbegriff
Patentanspruch 1 , auf eine Anlage zum Behandeln von Behältern gemäß
Oberbegriff 8 sowie auf ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumeinrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 9. Beispielsweise in Anlagen zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut, z.B. in Behälterabfüllanlagen, wird bei bestimmten Füllverfahren Vakuum bzw.
Unterdruck benötigt und dazu verwendet, um Umgebungsluft und damit verbunden den in der Umgebungsluft enthaltenden Sauerstoff aus den zu befüllenden
Behältern zu entfernen, und zwar in einer der eigentlichen Füllphase
vorausgehenden ein- oder mehrstufigen Vorbehandlungsphase.
Bekannten, insbesondere auch in der Getränkeindustrie verwendeten
Vakuumeinrichtungen ist gemeinsam, dass diese stets mit einer von einer einzigen Vakuumpumpe gebildeten Vakuumquelle ausgestattet sind, wobei die betreffende Vakuumpumpe hinsichtlich ihrer Vakuum-Leistung und ihre elektrischen Leistung usw. an die für die jeweilige Anlage im Normalbetrieb oder aber auch im
Maximalbetrieb erforderliche Vakuum- oder Saugleistung angepasst ist.
Änderungen oder Schwankungen in der aktuell erforderlichen Vakuum- oder
Saugleistung können dann durch Änderung der Drehzahl der Vakuumpumpe lediglich in gewissen Grenzen berücksichtigt werden.
Diese Vorgehensweise hat zur Folge, dass die Hersteller solcher Anlagen für verschiedene Vakuumeinrichtungen unterschiedlicher Vakuum-Leistung
unterschiedliche, an die jeweils geforderte Vakuum-Leistung angepasste
Vakuumpumpen vorsehen. Nachteilig ist u.a. ein erhöhter Aufwand für Lager- und Vorratshaltung unterschiedlicher Vakuumpumpen und deren Ersatzteile, damit verbundene erhöhte Kosten sowie auch der Umstand, dass eine Änderung der Vakuum- und
Saugleistung der betreffenden Vakuumeinrichtung nur in begrenztem Umfang und dann auch nur dadurch möglich ist, dass in gewissen Betriebszuständen ein nur mangelhafter Wirkungsgrad für die einzige Vakuumpumpe in Kauf genommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumeinrichtung aufzuzeigen, die die vorgenannten Nachteile vermeidet und bei hoher Betriebssicherheit eine Anpassung der von der Vakuumeinrichtung bereit gestellten oder bereit zu stellenden Vakuumoder Saugleistung in einem weiten Bereich und unter Einhaltung eines möglichst optimalen Wirkungsgrades ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vakuumeinrichtung entsprechend dem
Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Anlage zum Behandeln von Behältern ist Gegenstand des Patentanspruchs 8. Ein Verfahren zum Steuern einer
Vakuumeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 9.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung besteht die Vakuumeinrichtung aus wenigstens zwei für einen Parallelbetrieb ausgebildeten Vakuumpumpen, vorzugsweise aus mehr als zwei für den Parallelbetrieb ausgebildeten
Vakuumpumpen, wobei diese Vakuumpumpen vorzugsweise solche mit identischer Bauweise und Leistung sind. Ein wesentlicher Teilaspekt der Erfindung besteht dabei darin, dass die Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung durch die Drehzahl und die Anzahl der aktivierten Vakuumpumpen gesteuert wird.
Wesentliche Vorteile der Erfindung sind u.a.
- verminderter Energie- und Stromverbrauch,
- Reduzierung der Lagerhaltung und Lagerhaltungskosten, insbesondere auch von Ersatzteilen,
- kürzere Lieferzeit von Ersatzteilen,
- teilredundante Systeme, - vereinfachte Wartung, sowie
- Wasserersparnis durch gemeinsame Sperrwasseraufbereitung für sämtliche Vakuumpumpen. Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, bereits vorhandene
Vakuumeinrichtungen entsprechend umzurüsten.
Der Ausdruck„im Wesentlichen" bzw.„etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
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. „Schüttleistung" bedeutet im Sinne der Erfindung die z.B. in Litern gemessene Abfüllleistung der Behälterfüllmaschine je Zeiteinheit.
„Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen, Flaschen, Tuben, Pouches, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere
Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einem Funktions- bzw. Blockdiagramm eine
Behälterbehandlungsmaschine zusammen mit einer Vakuumeinrichtung; Fig. 2 in einem Diagramm die elektrische Leistung der Vakuumeinrichtung in
Abhängigkeit von der Saugleistung bei einem vorgegebenen Unterdruck.
In der Figur 1 ist 1 eine Anlage zum Behandeln von Behältern 2, beispielsweise in Form von Flaschen. Die Anlage 1 umfasst wenigstens eine Vorrichtung oder Maschine, beispielsweise eine Füllmaschine, in der die Behälter 2 und/oder
Vorrichtungsbereiche einem Vakuum bzw. mit einem Unterdruck, beispielsweise mit einem Unterdruck im Bereich von 80 mbar - 100 mbar beaufschlagt werden. Die Behälter 2 werden der Anlage 1 an einem Behältereinlauf 1.1 zugeführt und an einem Behälterauslauf 1.2 aus der Anlage 1 abgeführt.
Zur Erzeugung des notwendigen Unterdrucks bzw. Vakuums ist eine für die Anlage 1 zentrale Vakuumeinrichtung 3 vorgesehen, die eine Vielzahl von elektrisch betriebenen Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 aufweist. Bei der dargestellten
Ausführungsform besitzt die Vakuumeinrichtung 3 insgesamt drei Vakuumpumpen 4.1 - 4.3, deren Vakuum- oder Saugleistung jeweils individuell in gewissen Grenzen durch Änderung der Pumpendrehzahl gesteuert bzw. geregelt werden kann. Hierfür erfolgt die elektrische Ansteuerung des Antriebsmotors der jeweiligen
Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 frequenzgeregelt über ein Frequenzregelgerät, und zwar beispielsweise in einem Frequenzbereich zwischen 40 Hz und 60 Hz.
Mit 5 ist in der Figur 1 eine Steuer- und Regelelektronik bzw. eine
Maschinensteuerung bezeichnet, die beispielsweise von dem Prozessrechner der Anlage 1 gebildet oder aber zusätzlich zu diesem Prozessrechner vorgesehen ist und über welche u.a. in Abhängigkeit von Prozessparametern in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise die Schaltung und Steuerung bzw. Regelung der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 erfolgt.
Die Prozessparameter können beispielsweise aus einem Speicher der Steuer- und Regelungselektronik abrufbar und/oder über eine Eingabe 6 in die Steuer- und Regelelektronik eingebbar sein. Be Vfh IIerareni einer Anlage zum Füllen der Behälter 2, wobei die Behälter beispielsweise vor
Vfh Irearen
dem e 3 Slüipenxgentlichen Füllen ein oder mehrmalig mit Vakuum beaufschlagt und anschließend mit einem Inertgas, beispielsweise C02-Gas, gespült werden, kann es sich bei den Prozessparametern um produktspezifische Parameter, die
Behältergröße, die Abfülltemperatur usw. handeln.
Mit diesen Prozessparametern wird für ein spezielles Behandlungsverfahren und für eine Temperatur für den Sperrwasserkreislauf der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 die jeweils benötigte Pumpenanzahl beispielsweise tabellarisch ermittelt und am Beginn der Produktion in die Maschinensteuerung 5 eingegeben oder eingelesen, so dass mit dieser Pumpenanzahl (Startbedingung) die Produktion der Anlage 1 gestartet werden kann.
In den nachstehenden Tabellen sind für drei unterschiedliche mit der Anlage 1 durchgeführte Behandlungsverfahren, d.h. für drei unterschiedliche Füllverfahren und für unterschiedliche Temperaturen des Sperrwassers der Vakuumpumpen jeweils die Anzahl der benötigten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 in Abhängigkeit von der Saugleistung in m3/h wiedergegeben.
Anzahl Pumpen
Temperatur
1 2 3
15 °C 19 m3/h 38 m3/h 57 m3/h
20 °C 18 m3/h 36 m3/h 54 m3/h
25 °C 16 m3/h 32 m3/h 48 m3/h
30 °C 14 m /h 28 m3/h 40 m3/h
Anzahl Pumpen
Temperatur
1 2 3
15 °C 10 m3/h 21 m /h 32 m3/h
20 °C 10 m /h 20 m3/h 30 m3/h
25 °C 9 m3/h 18 m3/h 27 m3/h
30 °C 6 m3/h 14 m3/h 22 m3/h Anzahl Pumpen
Temperatur
1 2 3
15 °C 16 m3/h 33 m'/h 48 m3/h
20 °C 14 m3/h 31 m3/h 45 m3/h
25 °C 13 m3/h 27 m3/h 40 m3/h
30 °C 12 m3/h 25 m /h 36 m3/h
Wie oben erwähnt, wird die Saugleistung der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 durch deren Drehzahl gesteuert bzw. geregelt. Hierbei ist es notwendig, in Abhängigkeit vom verwendeten Pumpentyp die Drehzahl der Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 so festzulegen, dass sie wirtschaftlich sinnvoll, d.h. mit möglichst optimalem Wirkungsgrad betrieben werden kann. Für jeden Pumpentyp kann unter Berücksichtigung der Frequenz der Betriebs- oder Versorgungsspannung, der Leistungsaufnahme, des mechanischen Wirkungsgrades, des hydraulischen Wirkungsgrades und des elektrischen Wirkungsgrades eine Pumpenkennlinie ermittelt werden, die die elektrische Anschlussleistung, also den elektrischen Leistungsbedarf als Funktion der Vakuum- oder Saugleistung wiedergibt. Für den Fall, dass weitere Parameter, wie beispielsweise die Sperrwassertemperatur einen nicht unerheblichen Einfluss auf den elektrischen Leistungsbedarf der jeweiligen Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 haben, sind auch diese in der Pumpenkennlinie berücksichtigt oder aber es werden parameterspezifische Pumpenkennlinien ermittelt.
Im Hause der Anmelderin wurden bei Versuchen an einer Vakuumpumpe bei unterschiedlichen Betriebszuständen unterschiedliche spezifische Leistungsbedarfe ermittelt, wobei diese Werte von 27 m3/kW bis zu 40 m3/kW reichten. Aus diesen Werten wird deutlich, dass hier ein erheblichen Optimierungspotenzial besteht.
Unter Berücksichtigung der Pumpenkennlinie, bevorzugt auch unter
Berücksichtigung des gesamten Wirkungsgrades der Vakuumeinrichtung 3 und des Vakuum führenden Bereichs der Anlage 1 , ist die in der Figur 2 dargestellte
Gesamtkennlinie 7 gebildet, die bei einem vorgegebenen, von der Vakuumeinrichtung 3 erzeugten konstanten Unterdruck, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform bei einem Unterdruck von 80 mbar den elektrischen
Leistungsbedarf in kW in Abhängigkeit von der Saugleistung in m3/h wiedergibt. Mit dieser Gesamtkennlinie 7, die in dem Speicher der Maschinensteuerung 5 abgelegt ist, erfolgt dann während des laufenden Betriebes der Anlage 1 , beispielsweise ausgehend von der anhand der obigen Tabelle festgelegten Startbedingung, die weitere Regelung und Steuerung der Vakuumeinrichtung 3.
Wesentlicher Bestandteil der Gesamtkennlinie 7 sind die dort mit SP1 und SP2 angegebenen Schaltpunkte, an denen das Umschalten der Anzahl an
Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 auf eine höhere oder niedrigere Anzahl an
Vakuumpumpen, beispielsweise das Umschalten von einer Vakuumpumpe auf zwei parallel betriebene Vakuumpumpen an dem Schaltpunkt SP1 bzw. das Umschalten von zwei parallel betriebenen Vakuumpumpen auf drei parallel betriebene
Vakuumpumpen am Schaltpunkt SP2 und umgekehrt erfolgt. Als Kriterium für das Umschalten durch die Maschinensteuerung 5 dient beispielsweise die der
Vakuumeinrichtung zugeführte elektrische Leistung, die von der
Maschinensteuerung überwacht wird. Wie dem Diagramm der Figur 2 zu entnehmen ist, bestünde grundsätzlich die Möglichkeit auch mit nur einer einzigen Vakuumpumpe 4.1 - 4.2 eine über den Schaltpunkt SP1 hinausgehende höhere Saugleistung zu erreichen, allerdings mit einer deutlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und damit mit einem erhöhten elektrischen Leistungsbedarf, wie dies im Diagramm mit dem Arbeitspunkt 7.1 angedeutet ist. Dabei stellt der Arbeitspunkt einen möglichen Arbeitspunkt beim Betrieb einer einzigen Vakuumpumpe 4.1 -4.3 dar, wobei auch für diesen
Arbeitspunkt einer einzigen Vakuumpumpe Saugleistung und zugeordneter
Leistungsbedarf bekannt sind. Wie aus der Figur 2 zu entnehmen ist, liegt bei der, dem Arbeitspunkt 7.1 zugeordneten Saugleistung der Leistungsbedarf einer einzigen Vakuumpumpe erheblich über dem Leistungsbedarf zwei parallel betriebener Vakuumpumpen. In analoger Weise könnte mit nur zwei parallel betriebenen Vakuumpumpen die Saugleistung über den Saugpunkt SP2 hinaus erhöht werden, allerdings wiederum mit einem deutlich verschlechterten Wirkungsgrad und mit einer deutlichen
Erhöhung des elektrischen Leistungsbedarfs, wie dies im Diagramm mit den
Arbeitspunkten 7.2 angedeutet ist.
Wie in der Figur 2 weiterhin angegeben werden die Pumpen in den
unterschiedlichen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Frequenzen und damit mit unterschiedlichen Pumpendrehzahlen betrieben, und zwar im Betriebszustand mit nur einer aktivierten Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 mit einer Frequenz zwischen 40 und 58 Hz, im Betriebszustand mit zwei aktivierten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 mit einer Frequenz zwischen 40 und 52 Hz und im Betriebszustand mit drei aktivierten Pumpen mit einer Frequenz zwischen 40 und 60 Hz. Die in der Figur 2 wiedergegebene Gesamtkennlinie berücksichtigt eine
Sperrwassertemperatur der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 von beispielsweise 25°C. Hat die Sperrwassertemperatur einen größeren Einfluss auf die Pumpenkennlinie bzw. auf den Wirkungsgrad der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3, so ergeben sich für jede Sperrwassertemperatur unterschiedliche Gesamtkennlinien 7, die dann für die Steuerung und Regelung der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 während des laufenden Prozesses berücksichtigt werden.
Dazu wird die Sperrwassertemperatur während des Betriebs der Anlage 1 vorzugsweise fortlaufend gemessen und an die Maschinensteuerung 5 übermittelt, wobei die Maschinensteuerung 5 in Abhängigkeit der gemessenen
Sperrwassertemperatur die jeweils zugeordnete Gesamtkennlinie 7 verwendet, um die Anlage zu steuern oder zu regeln.
Die beispielhaft dargestellte Gesamtkennlinie 7 geht weiterhin davon aus, dass die parallel arbeitenden Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 jeweils mit derselben Frequenz der Versorgungsspannung betrieben werden. Obwohl dies eine einfach zu realisierende Lösung darstellt, ist ein Betrieb der parallel arbeitenden Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 mit derselben Frequenz der Versorgungsspannung grundsätzlich nicht zwingend. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls vorgesehen, dass die einzelnen, parallel betriebenen Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 auch mit unterschiedlichen
Netzfrequenzen betrieben werden, wodurch sich die Möglichkeit eröffnet, den Wirkungsgrad der Gesamtanlage zumindest bei einigen Vakuum-Leistungen zu erhöhen.
Um eine ordnungsgemäße Versorgung der Anlage 1 mit dem Vakuum und dabei insbesondere auch eine ordnungsgemäße Vakuum-Behandlung der Behälter 2 zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass in den entsprechenden, Vakuumleitungen und/oder Verbindungen ein vorgegebener Soll-Unterdruck, beispielsweise der Unterdruck von 80 mbar - 100 mbar vorhanden ist, der dann auch identisch mit dem Unterdruck an der Ansaugseite der aktivierten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 ist. Zur Überwachung des Unterdrucks ist in der Figur 1 ein Drucksensor 8 in einer Vakuumleitung zwischen der Vakuumeinrichtung 3 und der Anlage 1 wiedergeben. In Abhängigkeit von dem von dem Drucksensor 8 erzeugten elektrischen
Messsignal wird über die Maschinensteuerung 5 zumindest die Vakuumleistung einer der aktivierten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 durch entsprechende Anpassung der Frequenz und damit der Pumpendrehzahl so geändert, dass der von der
Vakuumeinrichtung 3 bereitgestellte Unterdruck dem Soll-Unterdruck entspricht.
Wird bei dieser Regelung der Pumpendrehzahl beispielsweise der nächste obere Schaltpunkt SP1 bzw. SP2 erreicht, so schaltet die Maschinensteuerung 5 entsprechend der Gesamtkennlinie 7 auf die nächst höhere Anzahl von parallel betriebenen Vakuumpumpen 4.1 - 4.3. Ist in umgekehrter Weise eine Reduzierung der Saugleistung der Vakuumeinheit 3 und damit eine Reduzierung der
Pumpendrehzahl erforderlich, so schaltet die Maschinensteuerung 5 bei Erreichen des Schaltpunktes SP1 bzw. SP2 auf die nächst niedrigere Anzahl von aktivierten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 um.
Mit 9 ist in der Figur 1 eine für sämtliche Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 der
Vakuumeinrichtung 3 gemeinsame Einrichtung zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten von Sperrwasser bezeichnet, die Teil eines durch die Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 Wasserkreislaufs ist und u.a. auch eine Einrichtung zum Kühlen des Sperrwasser sowie Anschlüsse zum Entlüften, zum Zuführen von Frischwasser und zum Abführen von Abwasser aufweist.
Unter Berücksichtigung des Leistungsverbrauchs der Vakuumeinheit 3 und der Gesamtkennlinie 7 ist weiterhin auch eine Funktions- und Fehlerüberwachung der Gesamtanlage möglich. Der Maschinensteuerung 5 ist bekannt, welche Anzahl von Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 bei einem bestimmten Betriebszustand der Anlage mit einer vorgegebenen Frequenz der Versorgungsspannung betrieben werden muss bzw. welcher Soll-Energie-Verbrauch sich bei dem jeweiligen Betriebszustand ergibt. Weichen die entsprechenden Werte, also Anzahl der aktivierten
Vakuumpumpen 4.1 - 4.3, die Frequenz der Versorgungsspannung für diese Pumpen und damit auch der Energieverbrauch für die Aufrechterhaltung des Soll- Unterdrucks um mehr als ein bestimmtes Maß, welches durch einen vorgegebenen zulässigen Tolleranzbereich definiert ist, von den Sollwerten ab, so liegt in der Vakuumeinrichtung 3 oder in der Anlage 1 ein Defekt vor, beispielsweise in Form einer größeren Undichtigkeit. In diesem Fall wird von der Maschinensteuerung 5 oder von einer anderen Überwachungseinheit ein Warn- oder Hinweissignal bzw. eine Warn- oder Hinweismeldung abgesetzt. Bei erheblichen Abweichungen von den Sollwerten veranlasst die Maschinensteuerung beispielsweise ein
Herunterfahren und Stoppen der Anlage 1.
Nur in wenigen Betriebszuständen der Anlage 1 ist es erforderlich, dass sämtliche Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 der Vakuumeinrichtung 3 gleichzeitig aktiviert sind.
Vielmehr ist während eines großen Teils der Betriebszeit der Vakuumanlage 3 nur eine Teilmenge der vorhandenen Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 im Einsatz. Um die Betriebszeiten und damit u.a. die Intervalle für Inspektionen, Wartungen,
Reparaturen usw. für sämtliche Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 möglichst gleich zu halten, ist die Maschinensteuerung 5 weiterhin zur Erfassung der jeweiligen
Betriebszeit bzw. Betriebsstunden jeder einzelnen Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 und zur Abspeicherung der entsprechenden Daten ausgebildet. Hierdurch ergeben sich verschiedene Verfahren zur Einhaltung möglichst gleicher Betriebszeiten für sämtliche Vakuumpumpen 4.1 - 4.3.
Nach einem ersten Verfahren werden sowohl am Prozessbeginn als auch während des laufenden Prozesses von der Maschinensteuerung 5 stets diejenigen
Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 bevorzugt aktiviert, die aktuell die geringsten
Betriebszeiten aufweisen, sodass eine gleichmäßige Nutzung aller Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 erfolgt und für sämtliche Vakuumpumpen die jeweilige Wartung zeitgleich fällig wird.
Nach einem anderen Verfahren werden die zu aktivierenden Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 jeweils so ausgewählt, dass die Wartung für eine Teilmenge der
Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 dann anfällt, wenn auch die Anlage 1 und/oder deren Komponenten gewartet werden müssen, sodass u.a. die Anzahl der
Produktionsunterbrechungen und/oder Einsätze für Wartungspersonal und damit auch die dabei anfallenden Kosten erheblich reduziert werden.
Nach einem weiteren Betriebsverfahren wird diejenige Vakuumpumpe 4.1 - 4.3 gesperrt, bei der beispielsweise aufgrund ihrer Betriebsstunden und/oder ihres Zustandes eine Wartung zwingend notwendig ist. Der Betrieb der
Vakuumeinrichtung 3 erfolgt dann ausschließlich mit den verbliebenen, nicht gesperrten Vakuumpumpen 4.1 - 4.3. Die Wartung und/oder die Reparatur der gesperrten Vakuumpumpe werden bei laufendem Betrieb durchgeführt. Selbstverständlich können die vorgenannten Betriebsverfahren für den Betrieb der Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 auch kombiniert werden.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Vakuumeinrichtung 3 insgesamt drei Vakuumpumpen 4.1 - 4.3 aufweist. Die Anzahl dieser Pumpen kann hiervon auch abweichen, ist aber in jedem Fall größer als Eins.
Bezugszeichenliste
1 Anlage zur Behandlung von Behältern
1.1 Behältereinlauf
1.2 Behälterauslauf
2 Behälter
3 Vakuumeinrichtung
4.1 - 4.3 Vakuumpumpe
5 Maschinensteuerung
6 Eingabe der Maschinensteuerung 5
7 Gesamtkennlinie
7.1 , 7.2 Arbeitspunkt
8 Drucksensor
9 Einrichtung zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten von Sperrwasser
SP1 , SP2 Schaltpunkt

Claims

Patentansprüche
1. Vakuumeinrichtung zur Erzeugung von Unterdruck in Anlagen zur Behandlung von Behältern (2), insbesondere in Anlagen zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einer Vakuumquelle, deren Vakuum- und/oder Saugleistung Steuer- und/oder regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumquelle der Vakuumeinrichtung (3) von wenigstens zwei für einen
Parallelbetrieb ausgebildeten, elektrisch angetriebenen Vakuumpumpen (4.1- 4.3) gebildet ist, und dass durch die Anzahl der jeweils aktivierten
Vakuumpumpen (4.1- 4.3) die Gesamtvakuum- oder Saugleistung der
Vakuumeinrichtung (3) steuerbar ist, beispielsweise durch eine Steuer- und Regeleinheit(5).
2. Vakuumeinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Vakuum- oder Saugleistung jeder Vakuumpumpe (4.1 - 4.3) Steuer- und regelbar ist, vorzugsweise durch Änderung der Frequenz der die
Vakuumpumpen antreibenden Versorgungsspannung, beispielsweise durch eine Änderung der Frequenz in einem Frequenzbereich zwischen 40 und 60 Hz ausgebildet sind.
3. Vakuumeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit(5) für eine Steuerung und/oder Regelung der
Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) in Abhängigkeit von Prozessparametern der Anlage (1) zum Behandeln der Behälter (2) ausgebildet ist, wobei die Prozessparameter beispielsweise die Art der mit der Anlage (1) durchgeführten Behandlungsverfahren und/oder die Behältergrößen und/oder Behälterformen und/oder Füllleistung der Anlage (1) und/oder einer Behälter-Füllmaschine berücksichtigen.
4. Vakuumeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinheit(5) für eine Steuerung und/oder Regelung der Vakuum- oder Saugleistung der Vakuumpumpen (4.1 -
4.3) und/oder für das Zu- und Abschalten von Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) unter Berücksichtung einer Gesamtkennlinie (7) der Vakuumeinrichtung (3)
ausgebildet ist, die den für eine Gesamtvakuum- oder Saugleistung der
Vakuumeinrichtung (3) erforderliche elektrische Leistung zum Antrieb der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) wiedergibt, und zwar vorzugsweise unter
Berücksichtigung von Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und/oder eines für die Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) sich jeweils aus ihrer
Pumpenkennlinie ergebenden optimalen Wirkungsgrades, wobei die
Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) deren Vakuum- und
Saugleistung in Abhängigkeit von dem elektrischen Leistungsbedarf
wiedergeben.
5. Vakuumeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Gesamtkennlinie (7) Schaltpunkte (SP1 , SP2) aufweist, an denen das
Umschalten der Vakuumeinrichtung (3) von einer Anzahl aktivierter
Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) auf eine nächst höhere oder geringere Anzahl von aktivierten Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) aufweist.
6. Vakuumeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) jeweils baugleiche
Pumpen sind.
7. Vakuumeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass für sämtliche Vakuumpumpen eine gemeinsame
Einrichtung (9) zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten von Sperrwasser vorgesehen ist.
8. Anlage zur Behandlung von Behältern (2), insbesondere zum Füllen von
Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, mit einer Vakuumeinrichtung (3) für eine Beaufschlagung der Behälter (2) und/oder von Bereichen der Anlage (1) mit einem Vakuum oder Unterdruck, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
9. Verfahren zur Steuerung einer Vakuumeinrichtung (3) für Anlagen (1) zur
Behandlung von Behältern (2), insbesondere für Anlagen zum Füllen von
Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, wobei eine Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) Steuer- und/oder regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumeinrichtung (3) wenigstens zwei für einen Parallelbetrieb ausgebildete Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) aufweist, und dass zur Steuerung und/oder zur Regelung der Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) die Vakuum- oder Saugleistung der Vakuumpumpen(4.1
- 4.3) gesteuert und/oder geregelt und/oder die Anzahl der aktivierten
Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) durch Zu- und Abschalten von Vakuumpumpen (4.1
- 4.3) verändert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Beginn eines mit der Anlage (1) durchgeführten Verfahrens zur Behandlung der Behälter (2) zunächst unter Berücksichtigung zumindest des Behälter- Behandlungsverfahrens und der hierbei benötigten Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) die Anzahl der zu aktivierenden
Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) bestimmt und diese aktiviert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung und/oder Regelung der Gesamtvakuumoder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) in Abhängigkeit von
Prozessparametern der Anlage (1) zum Behandeln der Behälter (2) erfolgt, wobei die Prozessparameter beispielsweise die Art der mit der Anlage (1) durchgeführten Behandlungsverfahren und/oder die Behältergrößen und/oder Behälterformen und/oder Füllleistung der Anlage (1) und/oder einer Behälter- Füllmaschine berücksichtigen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung und/oder Regelung der Vakuum- oder Saugleistung der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und/oder das Zu- und Abschalten von Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) unter Berücksichtung einer Gesamtkennlinie (7) der Vakuumeinrichtung (3) erfolgen, die den für eine Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) erforderliche elektrische Leistung zum Antrieb der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) wiedergibt, und zwar vorzugsweise unter Berücksichtigung von Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und/oder eines für die Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) sich jeweils aus ihrer
Pumpenkennlinie ergebenden optimalen Wirkungsgrades, wobei die
Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) deren Vakuum- und
Saugleistung in Abhängigkeit von dem elektrischen Leistungsbedarf
wiedergeben.
13. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten der Vakuumeinrichtung (3) von einer Anzahl aktivierter Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) auf eine nächst höhere oder geringere Anzahl von aktivierten
Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) an Schaltpunkten (SP1 , SP2) der Gesamtkennlinie (7) erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zur Erzielung gleicher Betriebszeiten oder im
Wesentlichen gleicher Betriebszeiten diejenigen Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) aktiviert werden, die aktuell die geringsten Betriebszeiten aufweisen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, die zu aktivierenden Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) jeweils so ausgewählt werden, dass die Wartung für eine Teilmenge der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) dann anfällt, wenn auch die Anlage 1 oder Komponenten dieser Anlage gewartet werden müssen.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartung und/oder die Reparatur einer Vakuumpumpe (4.1 - 4.3) nach deren Sperrung bei laufendem Betrieb der restlichen
Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) der Vakuumeinheit (3) durchgeführt werden.
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