EP2748104B2 - Vakuumeinrichtung für anlagen zur behandlung von behältern sowie verfahren zur steuerung einer vakuumeinrichtung - Google Patents

Vakuumeinrichtung für anlagen zur behandlung von behältern sowie verfahren zur steuerung einer vakuumeinrichtung Download PDF

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EP2748104B2
EP2748104B2 EP12743680.6A EP12743680A EP2748104B2 EP 2748104 B2 EP2748104 B2 EP 2748104B2 EP 12743680 A EP12743680 A EP 12743680A EP 2748104 B2 EP2748104 B2 EP 2748104B2
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EP
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vacuum
capacity
pumps
vacuum pumps
vacuum device
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Gernot Von Haas
Gregor Schäfer
Olaf Muszinski
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KHS GmbH
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks
    • B67C2003/2688—Means for filling containers in defined atmospheric conditions

Definitions

  • the invention relates to a vacuum device according to the preamble of patent claim 1, to a system for treating containers according to the preamble 7 and to a method for controlling a vacuum device of the claim according to the preamble of claim 8.
  • the preamble of claims 1, 7 and 8 is for example from the EP 1 595 794 A1 known.
  • vacuum or vacuum is required and used to remove ambient air and associated with the oxygen in the ambient air from the containers to be filled, in one of the actual filling phase preceding single or multi-stage pre-treatment phase.
  • the disadvantage is u.a. an increased effort for storage and stockpiling of different vacuum pumps and their spare parts, associated increased costs and the fact that a change in the vacuum and suction power of the vacuum device in question only to a limited extent and then only possible that in certain operating conditions only an inadequate efficiency for the single vacuum pump is accepted.
  • the object of the invention is to provide a vacuum device which avoids the aforementioned disadvantages and allows for high reliability adjustment of the vacuum device provided or ready to be provided vacuum or suction in a wide range and while maintaining the best possible efficiency.
  • a vacuum device according to the patent claim 1 is formed.
  • a system for treating containers is the subject of claim 7.
  • a method for controlling a vacuum device is the subject of claim 8.
  • the vacuum device consists of at least two vacuum pumps designed for parallel operation, preferably of more than two vacuum pumps designed for parallel operation, these vacuum pumps preferably being of identical construction and power.
  • Another 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.
  • the invention offers the possibility to convert existing vacuum devices accordingly.
  • “Bulk performance” in the sense of the invention means e.g. Capacity of the container filling machine per unit of time measured in liters.
  • Container are in the context of the invention in particular cans, bottles, tubes, pouches, each made of metal, glass and / or plastic, but also other packaging materials that are suitable for filling liquid or viscous products.
  • FIG. 1 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 device areas are subjected to a vacuum or to a negative pressure, for example with a negative pressure in the range from 80 mbar to 100 mbar.
  • 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 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.
  • the electrical control of the drive motor of the respective vacuum pump 4.1 - 4.3 is frequency-controlled via a frequency control device, for example in a frequency range between 40 Hz and 60 Hz.
  • a control and regulating electronics or a machine control referred to, for example, is formed by the process computer of Appendix 1 or provided in addition to this process computer and, among other things, depending on process parameters in the manner described in more detail below, the circuit and control or regulation 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 containers for example, before the actual filling one or more times applied with vacuum and then with an inert gas, such as CO2 gas, rinsed, it may be in the process parameters to product-specific parameters, the container size, the filling temperature, etc. act.
  • an inert gas such as CO2 gas
  • 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.
  • the pump characteristic preferably also taking into account the overall efficiency of the vacuum device 3 and the vacuum-leading portion of the system 1, which is in the FIG. 2 represented overall characteristic curve 7, which at a predetermined, generated by the vacuum device 3 constant negative pressure, ie in the illustrated embodiment at a negative pressure of 80 mbar the electrical power requirement in kW as a function of the suction power in m 3 / h.
  • this overall characteristic curve 7, which is stored in the memory of the machine control 5 the further regulation and control of the vacuum device 3 then take place during the ongoing operation of the system 1, for example on the basis of the start condition defined on the basis of the above table.
  • An essential part of the overall characteristic curve 7 are the switching points specified 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 of vacuum pumps, for example switching from a vacuum pump to two parallel-operated vacuum pumps at the switching point SP1 or switching from two parallel operated vacuum pumps to three parallel operated vacuum pumps at the switching point SP2 and vice versa.
  • the switching by the machine control 5 for example, the electric power supplied to the vacuum device, which is monitored by the machine control.
  • the operating point is a possible operating point in the operation of a single vacuum pump 4.1-4.3, wherein also for this operating point of a single vacuum pump suction power and associated power consumption are known.
  • the operating point 7.1 suction power of the power requirement of a single vacuum pump significantly above the power demand of two parallel operated vacuum pumps.
  • the pumps are operated in the different operating states with different frequencies and thus with different pump speeds, namely in the operating state with only one activated vacuum pump 4.1 - 4.3 with a frequency between 40 and 58 Hz, in the operating state with two activated vacuum pumps 4.1 - 4.3 with a frequency between 40 and 52 Hz and in the operating state with three activated pumps with a frequency between 40 and 60 Hz.
  • the in the FIG. 2 reproduced overall characteristic takes into account a sealing water temperature of the vacuum pump 4.1 - 4.3, for example, 25 ° C. If the trap water temperature has a greater influence on the pump characteristic or on the efficiency of the vacuum pumps 4.1 - 4.3, this results for each trap water temperature different overall characteristics 7, 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 is preferably continuously measured during operation of the system 1 and transmitted to the machine control 5, the machine controller 5 depending on the measured barrier water temperature, the respective associated overall characteristic curve 7 is used 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 vacuum pumps 4.1 - 4.3 operating in parallel with the same frequency of the supply voltage is generally not mandatory. In the context of the present invention, it is likewise provided that the individual, parallel-operated vacuum pumps 4.1-4.3 are also operated with different mains frequencies, which opens up the possibility of increasing the efficiency of the overall system, at least for some vacuum powers.
  • 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 play.
  • At least the vacuum power of one of the activated vacuum pumps 4.1-4.3 is changed via appropriate adjustment of the frequency and thus the pump speed via the machine controller 5 so that the negative pressure provided by the vacuum device 3 is the target negative pressure equivalent.
  • 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. Conversely, if a reduction of the suction power of the vacuum unit 3 and thus a reduction of the pump speed is required, then the machine control 5 switches to the next lower number of activated vacuum pumps 4.1 - 4.3 when reaching the switching point SP1 or SP2.
  • both at the beginning of the process and during the ongoing process of the machine controller 5 always those vacuum 4.1 - 4.3 preferably activated, currently have the lowest operating times, so that a uniform use of all vacuum pumps 4.1 - 4.3 takes place and for all vacuum pumps the respective Maintenance is due at the same time.
  • the vacuum pumps 4.1-4.3 to be activated are each selected so that the maintenance for a subset of the vacuum pumps 4.1-4.3 is then incurred, even if the plant 1 and / or its components must be maintained, so that inter alia, the number of production interruptions and / or inserts for maintenance personnel and thus also the associated costs are significantly reduced.
  • 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.
  • the 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 vacuum device 3 has a total of three vacuum pumps 4.1 - 4.3.
  • the number of these pumps may also differ, but in any case is greater than one.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vakuumeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, auf eine Anlage zum Behandeln von Behältern gemäß dem Oberbegriff 7 sowie auf ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumeinrichtung des Anspruchs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Der Oberbegriff des Ansprüche 1, 7 and 8 ist beispielsweise aus der EP 1 595 794 A1 bekannt.
  • 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 Vakuum-oder 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 7. Ein Verfahren zum Steuern einer Vakuumeinrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 8.
  • 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 weiterer 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.
  • "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.
  • Bei einer Anlage zum Füllen der Behälter 2, wobei die Behälter beispielsweise vor dem eigentlichen Füllen ein oder mehrmalig mit Vakuum beaufschlagt und anschließend mit einem Inertgas, beispielsweise CO2-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.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
  • 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 durch die nachfolgenden Ansprüche definierte Umfang der Erfindung 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 (14)

  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, wobei 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) durch eine Steuer- und Regeleinheit (5)steuerbar ist, 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 für das Zu- und Abschalten von Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) unter Berücksichtigung einer Gesamtkennlinie (7) der Vakuumeinrichtung (3) ausgebildet ist, die die für eine Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) erforderliche elektrische Leistung zum Antrieb der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) wiedergibt, und zwar unter Berücksichtigung von Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und 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.
  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 (4.1 - 4.3) 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 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.
  5. Vakuumeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) jeweils baugleiche Pumpen sind.
  6. Vakuumeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für sämtliche Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) eine gemeinsame Einrichtung (9) zum Bereitstellen und/oder Aufbereiten von Sperrwasser vorgesehen ist.
  7. 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.
  8. 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, wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung und/oder Regelung der Vakuum- oder Saugleistung der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und das Zu- und Abschalten von Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) unter Berücksichtigung einer Gesamtkennlinie (7) der Vakuumeinrichtung (3) erfolgen, die die für eine Gesamtvakuum- oder Saugleistung der Vakuumeinrichtung (3) erforderliche elektrische Leistung zum Antrieb der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) wiedergibt, und zwar unter Berücksichtigung von Pumpenkennlinien der Vakuumpumpen (4.1 - 4.3) und 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.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, 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.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung und/oder Regelung der Gesamtvakuum- oder 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.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, 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.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, 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.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, 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.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, 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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