EP3448797A1 - Verfahren zur steuerung einer getränkefüllanlage - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer getränkefüllanlage

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EP3448797A1
EP3448797A1 EP17709955.3A EP17709955A EP3448797A1 EP 3448797 A1 EP3448797 A1 EP 3448797A1 EP 17709955 A EP17709955 A EP 17709955A EP 3448797 A1 EP3448797 A1 EP 3448797A1
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EP
European Patent Office
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filling
product
filling machine
signal
container
Prior art date
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EP17709955.3A
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French (fr)
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EP3448797B1 (de
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Ludwig Clüsserath
Bernd Bruch
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KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Publication date
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks

Definitions

  • the invention relates to beverage filling plants, in particular with filling machines, which have a throughput of more than 10,000 containers per hour, in particular a throughput of more than 50,000 containers per hour. Examples of such
  • Beverage filling plants are e.g. Round filling machines with the associated product feed.
  • the regulation of the beverage supply to the product container e.g. a ring boiler or a distributor ring of a filling machine not without problems.
  • Beverage supply by means of level probes and in a black filled, i. completely filled with filling medium distribution channel via a pressure sensor as a guide signal.
  • the disadvantage here is that the regulation of the beverage supply only responds when the level in the ring tank or the pressure in the product supply / product line to the filling valves due to the change in the operating state of the filling machine, for example by the beginning of the delivery of beverage from the ring bowl changes to the container to be filled. This creates a first loss of time, which adversely affects the readjustment.
  • Control valve is completely closed.
  • the described, today unavoidable, pressure fluctuations have a negative effect on the filling image, i. on the compliance of the filling level, and the filling accuracy in the braking and acceleration phases of a filling machine. It is therefore an object of the invention to provide a method for controlling a
  • Beverage filling system which provides a fast and reliable control of the product supply even in changing operating conditions, such as. start-up,
  • Claim 1 solved.
  • the object is further achieved by a beverage filling with the features of claim 9.
  • Advantageous developments of the invention are the subject of the associated dependent claims.
  • Advantageous embodiments of the invention are also disclosed in the description and in the drawing.
  • the containers are fed via the filling valves of a filling machine, in particular a round filling machine
  • Number of filling elements of the filling machine x liquid volume of a container x speed of the filling machine.
  • Volume flow signal is used to derive a product supply control signal.
  • This volume flow signal can be transmitted directly to the control circuit for the central product supply.
  • the product supply is then regulated accordingly as a function of the current volume flow signal.
  • the advantage of both alternatives of the method according to the invention is that the current volume flow is always detected accurately and from the product to be supplied via the product supply product quantity can be adjusted without delay, so that the level in the product container regardless of the operating condition or changes in the operating state always in one narrow target range can be maintained.
  • the control valve in the product line can thus begin in good time in conjunction with a flowmeter installed there with the post-promotion of the contents, including, for example, early opening of the valve seat.
  • the Nach44 thus takes place according to the invention even before this process would be triggered by a falling level or a falling pressure.
  • the level and pressure in the starting phase or in the case of a change in power can be kept constant to a hitherto impossible extent.
  • an offset value for a basic delivery quantity of contents can be subtracted or added from the sum of the flow values supplied by the filler MIDs, e.g. as part of a level correction.
  • a software-technical combination with a possibly additionally provided pressure or level control can take place.
  • the product supply is additionally regulated as a function of the signals of at least one fill level sensor arranged in the product container. This means that not only the current volume flow signal is taken into account for the volume flow to be supplied by the product feed, but also the fill level in the product container, which can advantageously be used so that a fill level deviating from the desired fill level in the product container
  • Product container can be compensated immediately by a corresponding readjustment of the product supply.
  • regulation of the product feed the regulation or control of at least one product control valve arranged in a product feed line and / or at least one product feed pump assigned to the product feed is generally meant. These two components can be controlled or regulated either alternatively or jointly by controlling the beverage filling plant.
  • the beverage filling plant contains a round filling machine.
  • the current speed of the round filling machine is measured, the speed curve of the filling machine when starting or
  • Braking is stored.
  • a ramp of the speed curve is stored over the time range of the startup or deceleration.
  • the height of the steadily decreasing filled volume flow can thus be calculated in advance from the actual rotational speed, the current volume flow signal and the stored temporal speed curve.
  • Volumetric flow are regulated when braking the filling machine, without causing an increase in the level in the product container above the desired level. In this way, this gradual shutdown of the amount of product supplied to the product container can occur simultaneously with the deceleration of the filling machine at the product end.
  • Volume flow can be predicted, and from the stored time
  • Speed curve of the filling machine when starting possibly from the target speed of the filling machine, from the number of filling elements and from the nominal filling quantity per
  • Filling machine can be adjusted directly to the expected volume flow.
  • the control of the beverage plant can foresee as the volume flow demand of the filling machine increases with approaching machine. It can thus at least at the same time adjust the product supply accordingly, so that no time delay between the increasing volume flow demand of the filling machine and the amount of product supplied occurs.
  • the target speed corresponding to the stored finished speed curves during startup and
  • a correction signal for the control of the product supply is derived.
  • the product supply is then controlled or regulated in dependence on the correction signal.
  • the stored temporal speed curves or speed ramps are constantly updated by current values of the speed curves when starting and starting the machine, which ensures that the stored speed profiles are always up-to-date.
  • setpoint speed curves are always used as a reference during operation or in the case of a speed change and compared with the current speed profiles, whereby the product supply is readjusted accordingly if the reference values deviate.
  • the containers are volumetrically filled, i. it will be in everyone
  • the invention also comprises a beverage filling plant, comprising a filling machine, in particular a round filling machine, with a product container, in particular a ring bowl, and with a plurality of filling elements, each having a filling valve and a flow meter. Furthermore, the filling machine, in particular a round filling machine, with a product container, in particular a ring bowl, and with a plurality of filling elements, each having a filling valve and a flow meter. Furthermore, the
  • Beverage filling a product feed to the product container which product supply at least one product delivery pump and / or at least one product control valve to regulate the product supplied to the product container product flow can in particular volumetrically.
  • the product supply is with a discontinued product source, e.g. connected to the buffer tank of a mixer, some
  • Cubic meters can be large.
  • the flow meter at each filling element is
  • the beverage filling system further includes a controller with which the filling machine and the product supply can be controlled.
  • the flow meter of each filling element is connected to the controller and the controller includes an adder which is designed to add up the signals of the flow meters of all filling elements of the filling machine to a current volume flow signal.
  • the controller includes a product control module which is designed to be
  • This beverage plant is able to equalize the product flow supplied to the product container, in particular ring bowl, in the product flow delivered exactly into the container.
  • This can be a
  • Offsetwert be reserved to operate conditions of the
  • At least one level sensor is arranged in the product container and the product control module is designed to regulate the product supply also in response to a fill level signal of the level sensor.
  • the product supply is not controlled solely on the basis of the current volume flow signal, but also as a function of the level, which has the consequence that the level in the product container can always be kept in a narrowly defined predetermined level range, which the reliability of the filling machine is beneficial.
  • the flow meters of the filling elements are formed by magnetic inductive flow meters (MID), which are capable of a very precise
  • volumetric value of the filling quantity to be supplied when filling each container is the volumetric value of the filling quantity to be supplied when filling each container.
  • Product supply flow meter arranged to generate an actual supply volumetric flow signal, wherein the signal is fed to the product control module to a
  • Derive correction signal for controlling the product supply In this way, the supplied product stream can be constantly compared with the current volume flow signal, and the product supply can be readjusted to delay a constant level in the product container quasi delay.
  • the advantage of the present invention is that almost instantaneous product delivery control is possible, resulting in a very constant level in the product container, especially during changes in the operating state of the filling machine, e.g. at changing operating speeds or when starting and braking (end of operation) of the filling machine.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a beverage plant with a round filling machine
  • FIG. 2 is a plan view of the beverage plant according to FIG. 1;
  • FIG. 2 is a plan view of the beverage plant according to FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a detail of the filling machine in the region of a filling element.
  • the beverage filling system 10 includes a round-filling machine 12, which has a ring bowl 14 at its periphery as a product container.
  • the round-filling machine 12 further has a plurality of filling elements 16 each having a filling valve 32 for filling a container 18, e.g. have a bottle.
  • the ring bowl is arranged radially inside the filling elements 16. The ring bowl feeds all filling elements 16 of the
  • the ring boiler 14 is connected via a product supply line 21 with a product supply 20, which a
  • Product control valve 22 and a product delivery pump 24 includes.
  • Product supply line 21 is further preferably of a very large size
  • Buffer tank connected to a mixer, which is not shown in the drawing, and also does not belong to the beverage filling 10.
  • the beverage filling system 10 is controlled by a central controller 26 having a memory 28 for storing time-lapse characteristics of the filling machine as well as for storing other parameters, e.g. the number of filling elements on the filling machine 12, the volume of the container to be filled 18 and setpoints or setpoint ranges.
  • the controller 26 has a product control module 30, which is responsible for the control of the product supply 20, through which the product is fed to the ring boiler 14.
  • Each filling element 16 contains in addition to the filling valve 32 and a flow meter 34, which are both connected to the controller 26.
  • the beverage plant 10 further includes a level sensor 36, which is connected to the controller 26, so that the controller 26 constantly receives a signal about the current level in the ring tank 14.
  • a product flow meter 38 is arranged in the product supply line 21 in order to be able to detect volumetrically the amount of product fed to the ring bowl 14 in real time.
  • the containers 18 are supplied to the filling machine 12 via a container feed 40 and discharged via a container removal 42, usually by known per se
  • the illustrated beverage plant 10 operates as follows:
  • the controller 26 can detect the rotational speed of the circular filling machine 12, wherein it can generate a current volume flow signal by the current speed of the filling machine, the filling volume of the container to be filled 18 and the number of filling elements 16, which then to control the
  • Product feeder 20, i. of the product control valve 22 or the product delivery pump 24 can be used, in particular to the ring to be fed 14 product quantity in the same amount as the currently bottled product quantity (according to the current volume flow signal) to adjust, so that the level in the ring tank 14 remains constant.
  • Signals from the flow meters 14 of all the filling elements 16 of the filling machine 12 in the product control module 30 of the controller 26 are added up to a current volume flow signal and the product feed 20, i. the product control valve 22 and / or the product feed pump 24 are controlled so that the amount of product supplied corresponds to the added values of the flow meter 34 of all filling elements 16, i. the current volume flow signal.
  • the product supply 20 in real time almost instantaneously the flow rate demand when filling the
  • the regulation of the product supply can then be carried out so that not only the same amount of product that is currently delivered via the filling elements in the container 18, is supplied, but this value can also be increased or decreased by an offset, for example by an actual Adjust level in the ring vessel 14 to a desired level, ie to lower or raise the level.
  • This offset value can be used, for example, for regulating the product supply until the actual fill level determined by means of the fill level probe 36 has been adjusted to a desired fill level stored in the memory 28.
  • the round filling machine 12 is shown only very schematically in the figures.
  • a round filling machine 12 has a lot more filling elements, e.g. 100 filling elements distributed around its circumference.
  • the ring bowl 14 runs
  • the ring bowl 14 can also extend over the filling elements 16.

Landscapes

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

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Getränkefüllanlage (10), mit einer Füllmaschine (12), die eine Vielzahl von Füllelementen (16) aufweist, die jeweils ein Füllventil (32) zum Abfüllen eines Getränks in Behälter (18), insbesondere Flaschen, und einen Durchflussmesser (34) aufweisen, in welchem Verfahren die dem Behälter (18) über das Füllventil (32) zugeführte Füllmenge mittels des Durchflussmessers (34) während des Füllvorgangs erfasst wird, wobei in dem Verfahren jedes Füllelement (16) der Füllmaschine (12) aus einem Produktbehälter (14), insbesondere einem Ringkessel, gespeist wird, und eine Produktzufuhr (20) zur Aufrechterhaltung eines Sollfüllstands in dem Produktbehälter (14) geregelt wird. Erfindungsgemäß werden die Signale der Durchflussmesser (34) aller Füllelemente (16) zu einem aktuellen Volumenstromsignal aufaddiert oder die Geschwindigkeit der Füllmaschine (12) wird aktuell gemessen und aus dem gemessenen Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung der Anzahl der Füllelemente (16) und des Volumens eines Behälters (18) ein aktuelles Volumenstromsignal errechnet. Weiterhin wird das aktuelle Volumenstromsignal zur Ableitung eines Regelsignals für die Produktzufuhr (20) verwendet, und die Produktzufuhr (20) wird in Abhängigkeit von dem aktuellen Volumenstromsignal geregelt.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Getränkefüllanlage
Die Erfindung betrifft Getränkefüllanlagen, insbesondere mit Füllmaschinen, die einen Durchsatz von mehr als 10000 Behältern pro Stunde, insbesondere einen Durchsatz von mehr als 50000 Behältern pro Stunde haben. Beispiele für derartige
Getränkefüllanlagen sind z.B. Rundfüllmaschinen mit der zugeordneten Produktzufuhr.
In der Praxis ist die Regelung der Getränkezufuhr zu dem Produktbehälter, z.B. einem Ringkessel oder zu einem Verteilerring einer Füllmaschine nicht ganz unproblematisch.
Schwierigkeiten können bei Änderungen des Betriebszustandes einer solchen
Füllmaschine auftreten, also insbesondere beim Anfahren, beim Anhalten und bei Änderungen der jeweiligen Leistung (Behälter/h).
Bei einem üblicherweise teilgefüllten Ringkessel erfolgt die Regelung der
Getränkezufuhr mittels Niveausonden und bei einem schwarz gefüllten, d.h. vollständig mit Füllgut gefüllten Verteilerkanal über einen Drucksensor als Führungssignal. Nachteilig ist dabei, dass die Regelung der Getränkezufuhr erst dann reagiert, wenn sich das Niveau im Ringkessel oder der Druck in der Produktzufuhr/Produktleitung zu den Füllventilen bedingt durch die Änderung des Betriebszustandes der Füllmaschine, beispielsweise durch den Beginn der Abgabe von Getränk aus dem Ringkessel an die zu befüllenden Behälter ändert. Hier entsteht ein erster Zeitverlust, der sich nachteilig auf die Nachregelung auswirkt.
Erst nachdem durch die Regelung ein Absinken des Flüssigkeitsniveaus im Ringkessel oder des Drucks in der Produktzufuhr erkannt wurde, wird durch die Ansteuerung entsprechender wirk- oder Stellglieder mit der Nachführung bzw. verstärkten oder abgeschwächten Nachführung des Füllgutes begonnen. Dazu ist es zunächst erforderlich, dass in den Produktleitungen befindliche Füllgut zu beschleunigen, was eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt uns somit zu einem zweiten Zeitverlust führt. Dieser zweite Zeitverlust ist insbesondere bei Hochleistungsanlagen (Durchsatz bis 70 m3/h) mit oft sehr langen Produktzuleitungen besonders groß und aufgrund der bei diesen Anlagen besonders großen Stückleistung (Behälter/h) besonders störend. Besonders nachteilig ist es, wenn der, aus erstem und zweitem Zeitverlust gebildete Gesamtzeitverlust einen bestimmten Wert überschreitet.
Die Folge ist ein signifikanter Niveau- oder Druckabfall, der erst mit Verspätung wieder aufgeholt werden kann. Umgekehrt ist die Reaktion der Regelung bei einem Stopp der Füllung. In dieser Situation steigen Niveau oder Druck deutlich an, bevor das
Regelventil ganz geschlossen ist. Die beschriebenen, heute nicht vermeidbaren, Druckschwankungen wirken sich negativ auf das Füllbild, d.h. auf die Einhaltung der Füllhöhe, und die Füllmengengenauigkeit in den Brems- und Beschleunigungsphasen einer Füllmaschine aus. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung einer
Getränkefüllanlage zu schaffen, welches eine schnelle und zuverlässige Regelung der Produktzufuhr auch bei sich ändernden Betriebszuständen, wie z.B. Anfahren,
Produktunterbrechungen oder Produktabschaltungen erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des
Anspruches 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Getränkefüllanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der zugeordneten abhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind ebenfalls in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbart.
Gemäß der Erfindung werden in einer ersten Alternative die den Behältern über die Füllventile einer Füllmaschine, insbesondere Rundfüllmaschine zugeführten
Produktmengen in jedem Füllelement erfasst. Diese Signale der Durchflussmesser aller Füllelemente der Füllmaschine werden zu einem aktuellen Volumenstromsignal aufaddiert. Durch Addition der Volumenströme aller Füllventile erhält man unmittelbar nach Beginn der Füllung der ersten Flasche permanent ein Echtzeitsignal über den Volumenstrom der unter optimalen Bedingungen dem Produktbehälter der Füllmaschine zugeführt werden müsste. Dieses Echtzeit- oder Summensignal bildet auch/somit auch den Füllgutbedarf während der Veränderungen des Betriebszustandes ab. Alternativ dazu kann in einer zweiten Alternative die Geschwindigkeit der Füllmaschine, insbesondere die Rotationsgeschwindigkeit aktuell gemessen werden und aus dem gemessenen Geschwindigkeitswert wird unter Berücksichtigung der Anzahl der
Füllelemente der Füllmaschine und des Volumens (Füllvolumen) eines Behälters ein aktuelles Volumenstromsignal errechnet werden, insbesondere nach der Formel:
Anzahl Füllelemente der Füllmaschine x Flüssigkeitsvolumens eines Behälters x Drehzahl der Füllmaschine. Durch die einzelnen Füllelemente der Füllmaschine wird vorzugsweise ein bestimmtes Flüssigkeitsvolumen in jeden einzelnen Behälter eingefüllt, und zwar unabhängig von der sich daraus ergebenden Füllhöhe.
Im Rahmen des Füllbeginns (beispielsweise aus dem Stillstand heraus) einer volumetrischen Füllmaschine startet somit ein Füllelement nach dem anderen mit dem Füllprozess. Da die Beschleunigungs- und/oder Verzögerungsrampen der Drehzahl der Füllmaschine (zeitlicher Drehzahlverlauf) gespeichert sind, kann der Bedarf an Füllgut über die Zeit im Wesentlichen auch schon vor oder auch mit dem Füllbeginn ermittelt werden. In dieser einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher vorgesehen, die Produktzufuhr bereits mit dem Füllbeginn zu steuern und/oder zu regeln. Bevorzugt in der Weise, dass auch die erwarteten Änderungen des
Füllgutbedarfs während der Veränderungen des Betriebszustandes der Füllmaschine mit berücksichtigt werden.
Das in den oben genannten Alternativen gemessene oder errechnete aktuelle
Volumenstromsignal wird zur Ableitung eines Regelsignals für die Produktzufuhr verwendet. Dieses Volumenstromsignal kann unmittelbar dem Regelkreis für die zentrale Produktzufuhr übermittelt werden. Die Produktzufuhr wird entsprechend dann in Abhängigkeit von dem aktuellen Volumenstromsignal geregelt. Der Vorteil beider Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der aktuelle Volumenstrom immer genau erfasst wird und daraus die dem Produktbehälter über die Produktzufuhr zuzuführende Produktmenge verzögerungsfrei eingeregelt werden kann, so dass der Füllstand im Produktbehälter unabhängig vom Betriebszustand oder von Änderungen des Betriebszustands immer in einem engen Sollbereich gehalten werden kann. Das Regelventil in der Produktleitung kann somit in Verbindung mit einem auch dort installierten Durchflussmesser schon rechtzeitig mit der Nachförderung des Füllgutes beginnen, wozu beispielsweise schon frühzeitig das Öffnen des Ventilsitzes erfolgt. Die Nachförderung erfolgt also erfindungsgemäß bereits bevor dieser Vorgang durch ein fallendes Niveau oder einen fallende Druck ausgelöst würde. Dadurch können Niveau und Druck in der Startphase oder bei Leistungswechsel in einem bisher nicht möglichen Umfang konstant gehalten werden.
Wie oben bereits beschrieben, kann dieses Prinzip natürlich auch bei Füllende genutzt werden. Auch dann wird der Füllprozess an den Füllstellen nacheinander beendet.
Je nach gewünschter Regelcharakteristik kann von der Summe der von den Füllstellen- MID gelieferten Durchflusswerte ein Offset-Wert für eine Grundfördermenge an Füllgut subtrahiert oder addiert werden, z.B. im Rahmen einer Füllstandkorrektur. In jedem Fall kann auch eine softwaretechnische Kombination mit einer eventuell zusätzlich vorgesehenen Druck- oder Niveauregelung erfolgen.
Zwischen den beiden oben genannten Alternativen kann beliebig umgeschaltet werden, z.B. die Alternative mit dem drehzahlbasierten errechneten Volumenstromsignal beim Anfahren/Abbremsen und die Alternative basierend auf den Durchflussmesserwerten beim laufenden Betrieb der Getränkefüllanlage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Produktzufuhr zusätzlich in Abhängigkeit von den Signalen mindestens eines im Produktbehälter angeordneten Füllstandsensors geregelt. Dies bedeutet, dass für den von der Produktzufuhr zuzuführenden Volumenstrom nicht nur das aktuelle Volumenstromsignal berücksichtigt wird, sondern auch der Füllstand im Produktbehälter, was vorteilhafterweise dahin genutzt werden kann, dass ein vom Sollfüllstand abweichender Füllstand im
Produktbehälter durch eine entsprechende Nachregelung der Produktzufuhr sofort ausgeglichen werden kann. Mit "Regelung der Produktzufuhr" ist in der Regel die Regelung bzw. Steuerung wenigstens eines in einer Produktzufuhrleitung angeordneten Produktregelventils und/oder wenigstens einer der Produktzufuhr zugeordneten Produktförderpumpe gemeint. Diese beiden Komponenten können entweder alternativ oder gemeinsam durch eine Steuerung der Getränkefüllanlage angesteuert bzw. geregelt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die Getränkefüllanlage eine Rundfüllmaschine. In diesem Fall wird die aktuelle Drehzahl der Rundfüllmaschine gemessen, wobei der Drehzahlverlauf der Füllmaschine beim Anfahren oder
Abbremsen gespeichert wird. Gespeichert wird somit eine Rampe des Drehzahlverlaufs über den zeitlichen Bereich des Anfahrens oder Abbremsens.
Beim Abbremsen der Füllmaschine kann somit aus der Ist-Drehzahl, dem aktuellen Volumenstromsignal und dem gespeichertem zeitlichen Drehzahlverlauf die Höhe des stetig abnehmenden abgefüllten Volumenstroms vorausberechnet werden. Die
Produktzufuhr kann somit unverzüglich entsprechend dem abnehmenden
Volumenstrom beim Abbremsen der Füllmaschine eingeregelt werden, ohne dass es zu einem Anstieg des Füllstandes im Produktbehälter über den Sollfüllstand kommt. Auf diese Weise kann dieses allmähliche Herunterfahren der dem Produktbehälter zugeführten Produktmenge zeitgleich mit dem Abbremsen der Füllmaschine beim Produktende erfolgen.
In ähnlicher weise kann beim Anfahren der Füllmaschine der zu erwartende
Volumenstrom vorausermittelt werden, und aus dem gespeicherten zeitlichen
Drehzahlverlauf der Füllmaschine beim Anfahren, eventuell aus der Solldrehzahl der Füllmaschine, aus der Anzahl der Füllelemente und aus der Sollfüllmenge pro
Behälterfüllung. Somit kann die Produktzufuhr bereits beim Hochfahren der
Füllmaschine unmittelbar auf den zu erwartenden Volumenstrom eingeregelt werden. So kann die Steuerung der Getränkeanlage absehen, wie der Volumenstrombedarf der Füllmaschine mit anfahrender Maschine ansteigt. Sie kann somit zumindest zeitgleich die Produktzufuhr entsprechend einregeln, so dass keine zeitliche Verzögerung zwischen dem zunehmenden Volumenstrombedarf der Füllmaschine und der zugeführten Produktmenge auftritt. Vorzugsweise wird in der o.g. Ist-Drehzahl der Füllmaschine mit der Soll-Drehzahl entsprechend den gespeicherten fertigen Drehzahlverläufen beim Anfahren und
Abbremsen verglichen, und aus dem Vergleichssignal wird ein Korrektursignal für die Regelung der Produktzufuhr abgeleitet. Die Produktzufuhr wird in dann Abhängigkeit von dem Korrektursignal gesteuert oder geregelt. Mit diesem Verfahrensparameter kann eine Abweichung der aktuellen Drehzahl der Füllmaschine von einem
gespeicherten Drehzahlverlauf erfasst und in die Steuerung bzw. Regelung der
Produktzufuhr unmittelbar berücksichtigt werden. Die zugeführte Produktmenge entspricht dann genau dem abgefüllten Produkt-Volumenstrom beim Füllen der
Behälter, auch wenn die Füllmaschine nicht exakt entsprechend dem gespeicherten zeitlichen Verlauf anfährt bzw. abbremst. Es kann zudem vorzugsweise vorgesehen sein, dass die gespeicherten zeitlichen Drehzahlverläufe bzw. Drehzahlrampen durch aktuelle Werte der Drehzahlverläufe beim An- und Anfahren der Maschine ständig aktualisiert werden, wodurch erzielt wird, dass die gespeicherten Drehzahlverläufe immer aktuell sind.
Vorzugsweise ist in der Produktzufuhr ein Produktzufuhr-Durchflussmesser zur
Generierung eines Ist-Zufuhrvolumenstromsignals angeordnet und das Ist- Zufuhrvolumenstromsignal wird mit dem aktuellen Volumenstromsignal oder einem zu erwartenden Volumenstrom beim Anfahren/Abbremsen der Füllmaschine verglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird dann ein Korrektursignal für die
Regelung der Produktzufuhr abgeleitet. In diesem Fall werden Soll-Drehzahlverläufe im laufenden Betrieb oder bei Drehzahländerung immer als Referenz verwendet und mit den aktuellen Drehzahlverläufen verglichen, wobei bei Abweichung von Referenzwerten die Produktzufuhr entsprechend nachgeregelt wird.
Vorzugsweise werden die Behälter volumetrisch abgefüllt, d.h. es wird in jedem
Behälter unabhängig vom Füllstand immer exakt die gleiche Produktmenge abgefüllt. Dies erlaubt eine einfachere Berechnung des Ist-Volumenstroms im Falle der rechnerischen Ermittlung des Volumenstromsignals in einer Alternative der Erfindung. Die Erfindung umfasst ebenfalls eine Getränkefüllanlage, umfassend eine Füllmaschine, insbesondere eine Rundfüllmaschine, mit einem Produktbehälter, insbesondere einem Ringkessel, und mit einer Vielzahl von Füllelementen, die jeweils ein Füllventil und einen Durchflussmesser aufweisen. Weiterhin hat die
Getränkefüllanlage eine Produktzufuhr zu dem Produktbehälter, welche Produktzufuhr mindestens eine Produktförderpumpe und/oder wenigstens ein Produktregelventil enthält, um den dem Produktbehälter zugeführten Produktstrom insbesondere volumetrisch regeln zu können. Die Produktzufuhr ist mit einer nicht weiter ausgeführten Produktquelle, z.B. mit dem Puffertank eines Mischers verbunden, der etliche
Kubikmeter groß sein kann. Der Durchflussmesser bei jedem Füllelement ist
vorgesehen, um die dem einzufüllenden Behälter abgegebene Produktmenge volumetrisch erfassen zu können. Die Getränkefüllanlage enthält weiterhin eine Steuerung, mit welcher die Füllmaschine als auch die Produktzufuhr geregelt werden kann. Entsprechend der Erfindung ist der Durchflussmesser jedes Füllelementes mit der Steuerung verbunden und die Steuerung enthält einen Addierer, der konzipiert ist, die Signale der Durchflussmesser aller Füllelemente der Füllmaschine zu einem aktuellen Volumenstromsignal aufzuaddieren. Weiterhin enthält die Steuerung ein Produktregelmodul, welches konzipiert ist, die
Produktzufuhr in Abhängigkeit von dem aktuellen Volumenstromsignal zu regeln. Diese Getränkeanlage ist in der Lage, den über die Produktzufuhr dem Produktbehälter, insbesondere Ringkessel zugeführten Produktstrom in dem exakt in den Behälter abgegebenen Volumenstrom anzugleichen. Selbstverständlich kann hierbei ein
Offsetwert vorbehalten werden, um betriebsspezifische Gegebenheiten der
Füllmaschine zu berücksichtigen, z.B. um einen Füllstand im Produktbehälter langsam auf einen Sollwert nachzuregeln. Hinsichtlich der Aspekte und Vorteile der Erfindung wird auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen. Vorzugsweise ist im Produktbehälter wenigstens ein Füllstandsensor angeordnet und das Produktregelmodul ist konzipiert, die Produktzufuhr auch in Abhängigkeit von einem Füllstandsignal des Füllstandsensors zu regeln. Auf diese Weise wird die Produktzufuhr nicht allein aufgrund des aktuellen Volumenstromsignals gesteuert, sondern auch in Abhängigkeit von dem Füllstand, was zur Folge hat, dass der Füllstand im Produktbehälter immer in einem eng definierten vorgegebenen Soll-Füllstandsbereich gehalten werden kann, was der Betriebssicherheit der Füllmaschine zuträglich ist.
Vorzugsweise sind die Durchflussmesser der Füllelemente durch magnetisch induktive Durchflussmesser (MID) gebildet, die in der Lage sind, einen sehr exakten
volumetrischen Wert der Abfüllmenge beim Abfüllen jedes Behälters zu liefern.
Hierdurch kann die Steuerung in ihrer Genauigkeit verbessert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Produktzufuhr ein
Produktzufuhr-Durchflussmesser zur Generierung eines Ist-Zufuhrvolumenstromsignals angeordnet, wobei das Signal in das Produktregelmodul eingespeist ist, um ein
Korrektursignal für die Regelung der Produktzufuhr abzuleiten. Auf diese Weise kann ständig der zugeführte Produktstrom mit dem aktuellen Volumenstromsignal verglichen werden, und die Produktzufuhr kann zur Aufrechterhaltung eines konstanten Füllstands im Produktbehälter quasi verzögerungsfrei entsprechend nachgeregelt werden.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine fast verzögerungsfreie Regelung der Produktzufuhr möglich ist, was zu einem sehr konstanten Füllstand im Produktbehälter führt, insbesondere auch während Änderungen im Betriebszustand der Füllmaschine, z.B. bei wechselnden Betriebsgeschwindigkeiten oder beim Anfahren und Abbremsen (Betriebsende) der Füllmaschine.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die o.g. Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können. Folgende Ausdrücke werden in der Anmeldung synonym verwendet: Füllstelle -
Füllelement; Füllmaschine - Rundfüllmaschine; Getränkefüllanlage - Getränkeanlage - Getränkeabfüllanlage; Produktbehälter - Ringkessel; Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der schematischen Zeichnungen beschrieben. In dieser zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Getränkeanlage mit einer Rundfüllmaschine;
Fig. 2 eine Aufsicht auf die Getränkeanlage gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 ein Detail der Füllmaschine im Bereich eines Füllelementes.
Die Getränkefüllanlage 10 wird nachfolgend mit Bezug auf alle Figuren 1 bis 3 beschreiben. Die Getränkefüllanlage 10 enthält eine Rundfüllmaschine 12, die an ihrem Umfang als Produktbehälter einen Ringkessel 14 aufweist. Die Rundfüllmaschine 12 hat weiterhin eine Vielzahl von Füllelementen 16, die jeweils ein Füllventil 32 zum Befüllen eines Behälters 18, z.B. einer Flasche aufweisen. Der Ringkessel ist radial innenseitig der Füllelemente 16 angeordnet. Der Ringkessel speist alle Füllelemente 16 der
Füllmaschine 12 zum Befüllen von Behältern 18. Der Ringkessel 14 ist über eine Produktzufuhrleitung 21 mit einer Produktzufuhr 20 verbunden, welche ein
Produktregelventil 22 und eine Produktförderpumpe 24 enthält. Die
Produktzufuhrleitung 21 ist des Weiteren vorzugsweise mit einem äußerst großen
Puffertank eines Mischers verbunden, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, und der auch nicht zur Getränkefüllanlage 10 gehört. Die Getränkefüllanlage 10 wird durch eine zentrale Steuerung 26 gesteuert, die einen Speicher 28 aufweist, zur Speicherung von zeitlichen Drehzahlverläufen der Füllmaschine als auch zur Speicherung anderer Parameter, wie z.B. der Anzahl der Füllelemente an der Füllmaschine 12, das Volumen des abzufüllenden Behälters 18 und Sollwerte bzw. Sollwertbereiche. Weiterhin hat die Steuerung 26 ein Produktregelmodul 30, welches für die Regelung der Produktzufuhr 20 zuständig ist, durch welche das Produkt dem Ringkessel 14 zugeleitet wird. Jedes Füllelement 16 enthält neben dem Füllventil 32 auch einen Durchflussmesser 34, welche beide mit der Steuerung 26 verbunden sind.
Die Getränkeanlage 10 enthält weiterhin einen Füllstandsensor 36, welcher mit der Steuerung 26 verbunden ist, so dass die Steuerung 26 ständig ein Signal über den aktuellen Füllstand in dem Ringkessel 14 erhält. In der Produktzufuhrleitung 21 ist des Weiteren ein Produktdurchflussmesser 38 angeordnet, um die Menge des dem Ringkessel 14 zugeführten Produkts in Echtzeit volumetrisch erfassen zu können. Die Behälter 18 werden der Füllmaschine 12 über eine Behälterzufuhr 40 zugeführt und über eine Behälterabfuhr 42 abgeführt, üblicherweise durch an sich bekannte
Übergabekreisel.
Die dargestellte Getränkeanlage 10 arbeitet wie folgt:
In einer ersten möglichen Verfahrensweise kann die Steuerung 26 die Drehzahl der Rundfüllmaschine 12 erfassen, wobei sie durch die aktuelle Drehzahl der Füllmaschine, das Füllvolumen der zu füllenden Behälter 18 und die Anzahl der Füllelemente 16 ein aktuelles Volumenstromsignal erzeugen kann, welches dann zur Steuerung der
Produktzufuhr 20, d.h. des Produktregelventils 22 bzw. der Produktförderpumpe 24 verwendet werden kann, insbesondere um die dem Ringkessel 14 zuzuführende Produktmenge in gleicher Höhe wie die gerade abgefüllte Produktmenge (entsprechend dem aktuellen Volumenstromsignal) einstellen zu können, so dass der Füllstand im Ringkessel 14 konstant bleibt.
Alternativ werden in einer zweiten möglichen Verfahrensweise des Abfüllens die
Signale der Durchflussmesser 14 aller Füllelemente 16 der Füllmaschine 12 in dem Produktregelmodul 30 der Steuerung 26 zu einem aktuellen Volumenstromsignal aufaddiert und die Produktzufuhr 20, d.h. das Produktregelventil 22 und/oder die Produktförderpumpe 24 werden so angesteuert, dass die zugeführte Produktmenge den aufaddierten Werten der Durchflussmesser 34 aller Füllelemente 16 entspricht, d.h. dem aktuellen Volumenstromsignal. Auf diese Weise kann die Produktzufuhr 20 in Echtzeit nahezu verzögerungsfrei dem Volumenstrombedarf beim Abfüllen der
Füllmaschine 12 nachgeregelt werden.
Zwischen den beiden oben genannten Alternativen kann beliebig umgeschaltet werden, z.B. die erste Alternative mit dem errechneten Volumenstromsignal beim
Anfahren/Abbremsen und die zweite Alternative basierend auf den
Durchflussmesserwerten beim laufenden Betrieb. Die Regelung der Produktzufuhr kann dann so erfolgen, dass nicht nur die gleiche Produktmenge, die aktuell über die Füllelemente in die Behälter 18 abgegeben wird, zugeführt wird, sondern dieser Wert kann auch durch ein Offset erhöht bzw. verringert werden, z.B. um einen Ist-Füllstand im Ringkessel 14 an einen Soll-Füllstand anzupassen, d.h. um den Füllstand zu senken oder zu heben. Dieser Offset-Wert kann z.B. solange zur Regelung der Produktzufuhr verwendet werden, bis der mittels der Füllstandsonde 36 ermittelte Ist-Füllstand einem im Speicher 28 gespeicherten Soll- Füllstand angeglichen worden ist. Die Rundfüllmaschine 12 ist in den Figuren nur sehr schematisch dargestellt.
In der Regel hat eine Rundfüllmaschine 12 sehr viel mehr Füllelemente, z.B. 100 Füllelemente, die an deren Umfang verteilt sind. Der Ringkessel 14 verläuft
vorzugsweise nach innen versetzt zu den Füllelementen, so dass der Volumenstrom, der vom Ringkessel 14 zu dem Füllelement 16 fließt, durch die Zentrifugalkraft erhöht wird. Der Ringkessel 14 kann aber auch über den Füllelementen 16 verlaufen.
Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Ansprüche beliebig variiert werden.
Bezugszeichenliste
10 Getränkeanlage
12 Rundfüllmaschine
14 Ringkessel - Produktbehälter
16 Füllelement
18 Behälter - Flasche
20 Produktzufuhr
21 Produktzufuhrleitung
22 Produktregelventil
24 Produktförderpumpe
26 Steuerung
28 Speicher
30 Produktregelmodul
32 Füllventil
34 Durchflussmesser - MID
36 Füllstandssensor
38 Produktdurchflussmesser
40 Behälterzufuhr
42 Behälterabfuhr

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Steuerung einer Getränkefüllanlage (10), mit einer Füllmaschine (12), die eine Vielzahl von Füllelementen (16) aufweist, die jeweils ein Füllventil (32) zum Abfüllen eines Getränks in einen Behälter (18), insbesondere eine Flasche, und einen Durchflussmesser (34) aufweisen, in welchem Verfahren die dem Behälter (18) über das Füllventil (32) zugeführte Füllmenge mittels des Durchflussmessers (34) während des Füllvorgangs erfasst wird, wobei in dem Verfahren jedes Füllelement (16) der Füllmaschine (12) aus einem Produktbehälter (14), insbesondere einem Ringkessel, gespeist wird, und eine Produktzufuhr (20) zur Aufrechterhaltung eines Sollfüllstands in dem Produktbehälter (14) gesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Signale der Durchflussmesser (34) aller Füllelemente (16) zu einem aktuellen
Volumenstromsignal aufaddiert
oder
die Geschwindigkeit der Füllmaschine (12) aktuell gemessen und aus dem gemessenen Geschwindigkeitswert unter Berücksichtigung der Anzahl der
Füllelemente (16) und des Volumens eines zu füllenden Behälters (18) ein aktuelles Volumenstromsignal errechnet wird,
und dass das aktuelle Volumenstromsignal zur Ableitung eines Regelsignals für die
Produktzufuhr (20) verwendet wird, und die Produktzufuhr (20) in Abhängigkeit von dem aktuellen Volumenstromsignal gesteuert/geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem die Produktzufuhr (20) zusätzlich in
Abhängigkeit von dem Signal mindestens eines im Produktbehälter (14) angeordneten Füllstandsensors (36) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem die Regelung der Produktzufuhr (20) durch Regelung/Steuerung wenigstens einer Produktförderpumpe (24) und/oder durch Regelung/Steuerung mindestens eines in einer Produktzufuhrleitung (21 ) angeordneten Produktregelventils (22) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Rundfüllmaschine (12) verwendet wird, wobei die aktuelle Drehzahl der Füllmaschine (12) gemessen und der Drehzahlverlauf der Füllmaschine (12) beim Abbremsen gespeichert wird, wobei aus der Ist-Drehzahl und dem aktuellen Volumenstromsignal unter Berücksichtigung der gespeicherten Drehzahlverläufe der zu erwartende
Volumenstrom errechnet und die Produktzufuhr (20) auf den zu erwartenden
Volumenstrom beim Abbremsen der Füllmaschine (12) geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine
Rundfüllmaschine (12) verwendet wird, wobei der Drehzahlverlauf der Füllmaschine (12) beim Anfahren gespeichert wird, wobei aus einer Solldrehzahl der Füllmaschine (12), aus der Anzahl der Füllelemente (16) und aus der Sollfüllmenge pro
Behälterfüllung unter Berücksichtigung des gespeicherten Drehzahlverlaufs der zu erwartende Volumenstrom errechnet und beim Anfahren der Füllmaschine (12) die Produktzufuhr (20) auf den zu erwartenden Volumenstrom geregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei welchem die Ist-Drehzahl mit der Solldrehzahl entsprechend dem gespeicherten Drehzahlverlauf beim Anfahren/Abbremsen
verglichen und aus dem Vergleichssignal ein Korrektursignal für die Regelung der
Produktzufuhr (20) abgeleitet wird, und die Produktzufuhr (20) in Abhängigkeit von dem Korrektursignal gesteuert/geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem in der
Produktzufuhr (20) ein Produktzufuhrdurchflussmesser (38) zur Generierung eines Ist- Zufuhrvolumenstrom-Signals angeordnet wird, und dass das Ist-Zufuhrvolumenstrom- Signal mit dem aktuellen Volumenstromsignal oder einem zu erwartenden
Volumenstrom beim Anfahren/Abbremsen der Füllmaschine (12) verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Korrektursignal für die Regelung der Produktzufuhr (20) abgeleitet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Behälter (18) volumetrisch abgefüllt werden.
9. Getränkefüllanlage (10), umfassend eine Füllmaschine (12), insbesondere eine Rundfüllmaschine (12) mit einem Produktbehälter (14), insbesondere einem
Ringkessel, und einer Vielzahl von Füllelementen (16), mit einer Produktzufuhr (20) zu dem Produktbehälter (14), welche Produktzufuhr (20) mindestens eine
Produktförderpumpe (24) und/oder wenigstens ein Produktregelventil (22) enthält, wobei jedes Füllelement (16) einen Durchflussmesser (34) aufweist,
welche Getränkefüllanlage (10) weiterhin eine Steuerung (26) zur Steuerung der Füllmaschine (12) als auch der Produktzufuhr (20) enthält,
dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (34) jedes Füllelements (16) mit der Steuerung (26) verbunden ist,
dass die Steuerung (26) ein Produktregelmodul (30) mit einen Addierer aufweist, der konzipiert ist, die Signale der Durchflussmesser (34) aller Füllelemente (16) der
Füllmaschine (12) zu einem aktuellen Volumenstromsignal aufzuaddieren, wobei das Produktregelmodul (30) konzipiert ist, die Produktzufuhr (20) in Abhängigkeit von dem aktuellen Volumenstromsignal zu regeln.
10. Getränkefüllanlage (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Produktbehälter (14) wenigstens ein Füllstandsensor (36) angeordnet ist, und dass das Produktregelmodul (30) konzipiert ist, die Produktzufuhr (20) auch in Abhängigkeit von einem Füllstandsignal des Füllstandsensors (36) zu regeln.
1 1 . Getränkefüllanlage (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmesser (34) durch magnetisch induktive Durchflussmesser (MID) gebildet sind.
12. Getränkeanlage (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Produktzufuhr (20) ein Produktzufuhrdurchflussmesser (38) zur
Generierung eines Ist-Zufuhrvolumenstrom-Signals angeordnet ist, welches Signal in das Produktregelmodul (30) eingespeist ist, um ein Korrektursignal für die Regelung der Produktzufuhr (20) abzuleiten.
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