EP3498659A1 - Verfahren und vorrichtung zum abfüllen eines füllprodukts - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abfüllen eines füllprodukts Download PDF

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EP3498659A1
EP3498659A1 EP18212636.7A EP18212636A EP3498659A1 EP 3498659 A1 EP3498659 A1 EP 3498659A1 EP 18212636 A EP18212636 A EP 18212636A EP 3498659 A1 EP3498659 A1 EP 3498659A1
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EP
European Patent Office
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filling
valve
time
control
closing
Prior art date
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Application number
EP18212636.7A
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English (en)
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EP3498659B1 (de
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Anton Huber
Josef Doblinger
Florian Angerer
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Publication date
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    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/281—Profiled valve bodies for smoothing the flow at the outlet of the filling nozzle

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for filling a filling product, preferably for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet method.
  • a container to be filled is spaced from a filling product outlet below the filling valve, so that the beverage can enter the container with open filling valve in the free jet through a container opening of the container. If the container is filled with the beverage, the filling valve is closed, thereby interrupting the flow of filling product accordingly. It is known to determine the amount of bottled filling product by means of a flow meter associated with the filling valve.
  • the filling valve is closed at high speed.
  • the cross section in the filling valve available to the filling product is successively reduced, as a rule, by moving a first valve surface, preferably a valve cone, relative to a second valve surface, preferably a valve seat, onto the second valve surface. Due to the cross-sectional constriction, the filling product located in the filling valve undergoes an additional acceleration, as a result of which the free jet tears off and filling product may be splashed, in particular for lateral spraying. On the one hand, this leads to a loss of filling product. In addition, thereby filling product reaches the outside of the container to be filled and / or parts of the system.
  • a method for filling a filling product preferably for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet method, comprising providing a filling product stream through a filling product line by opening a filling valve arranged in the filling product line and an associated regulating valve for controlling a volume flow, and closing of the control valve and closing the filling valve to stop the filling product flow at the filling end.
  • the control valve and the filling valve are closed synchronized.
  • control valve and the filling valve are controlled such that the control valve and the filling valve arrive at the same time or in a fixed time relationship and preferably only with a small time offset in the closed position.
  • the filling valve can be closed at high speed while still reducing or even completely avoiding pressure surges in the filling product as well as splashing and / or uncontrolled tearing off of the filling product stream or jet.
  • the synchronized closing of filling valve and control valve can thus be achieved an accurate and clean filling.
  • control valve and the filling valve are actuated by an offset time offset. This can ensure that the control valve and the filling valve reach the closed position synchronously, even if they have different closing speeds. Thus, a particularly accurate and clean filling can be achieved.
  • the closing of the control valve is triggered by a first control command and the closing of the filling valve is triggered by a second control command, wherein the second control command is triggered by the offset time offset from the first control command.
  • the second control command can be triggered by the offset time after the first control command or by the offset time before the first control command, depending on whether the control valve has a longer closing time or a shorter closing time than the filling valve.
  • the second control command is triggered by the offset time after the first control command.
  • the individual offset time is determined according to a preferred embodiment, preferably the offset time from the difference of a closing time of the control valve and a closing time of Filling valve is determined.
  • the offset time can be provided particularly accurately.
  • a plurality of pairs of control valve and filling valve are provided in the device and / or system in which due to the structure of the device and / or system different driving times and delay times are the individual pairs, so for each pair or each pairing corresponding offset time can be provided in a simple manner particularly accurate.
  • a particularly simple and accurate determination of the offset time in particular taking into account the present in a filling valve and the control valve device and / or system already present components can be achieved according to a further preferred embodiment that the offset time based on a flow measurement of the filling in the filling product line is determined, wherein the closing time of the filling valve is determined by the flow measurement.
  • the closing time of the filling valve is determined on the basis of a temporal change in the flow, and thus a first derivative of the flow over time. As a result, the closing time can be determined particularly accurately.
  • the closing time of the filling valve is determined with respect to a minimum downstream of the triggering of the second control command, preferably a first minimum, the change in the flow over time, the closing time of the filling valve being defined as a period between the triggering of the second control command and the time at which the minimum occurs. Due to the rapid decrease in the flow rate when the filling valve closes, a clear minimum occurs during the change over time of the flow, which can be detected in a simple and reliable manner by measurement. Further, a time lag between the occurrence of the minimum and the time when the filling valve enters the closed position is marginal.
  • the control valve preferably switches to regulate the volume flow between at least two different volume flows. For example, between a higher and a lower flow or between a flow and no flow.
  • the control valve can also be designed as a simple switching valve.
  • control valve switches to control the volume flow between more than two different volume flows.
  • control valve of the flow rate continuously wherein the control valve, the flow rate particularly preferably sets proportional and can be configured as a proportional valve.
  • a device for filling a filling product preferably for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet method, having the features of claim 10.
  • an apparatus for filling a filling product preferably for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet method, proposed comprising a arranged at the end of a filling product line filling valve for opening and closing the filling product line and a filling valve upstream control valve for controlling a volume flow of the filling product to the filling valve ,
  • a controller is provided which is set up to close the control valve and the filling valve synchronized.
  • a flow meter for measuring the flow or the volume flow of the filling product to the filling valve or the control valve is also provided.
  • the control valve is in the apparatus and in the method described above, preferably a proportional valve, which can be positioned controlled by a corresponding control.
  • the controller can specify a specific stroke position of the proportional valve and this drives this stroke position defined and reliable.
  • a proportional valve may, for example, have a stepper motor as the actuator, so that a precise and reproducible control of a desired stroke position becomes possible.
  • the control valve may also be a switching valve, by means of which it is possible to switch between at least two different volume flows.
  • the control valve between an open position with a first volume flow and a closed position in which the control valve is traversed by no flow, be switched.
  • the control valve can switch between a plurality of different volume flows in order to achieve a regulation of the volume flow.
  • the filling valve is preferably executed in the device and in the method described above in the form of a simple switching valve, which may be formed, for example, as a seat valve.
  • the filling valve is moved by means of a corresponding actuator, for example a pneumatic actuator, from a fully closed position to a fully open position and vice versa. Intermediate positions are not possible.
  • a Greetus for discharging filling product preferably in the free jet.
  • the controller is adapted to control the control valve and the filling valve by an offset time with a time delay.
  • the controller is adapted to output a first control command for closing the control valve and to output the offset time offset from the first control command, a second control command to close the filling valve.
  • the controller is adapted to determine the offset time, wherein preferably the offset time from the difference of a closing time of the control valve and a closing time of the filling valve is determined.
  • a flow meter is associated with the filling valve and the control valve, wherein the controller is adapted to determine the offset time based on a flow measurement of the flow of the filling product through the filling product line, wherein the closing time of the filling valve is determined based on the flow measurement.
  • the controller is adapted to determine the closing time of the filling valve based on a temporal change of the flow.
  • the controller is configured to determine the closing time of the filling valve with respect to a minimum downstream of the triggering of the second control command, preferably a first minimum, of the change over time of the flow rate measured by means of a flow meter, wherein the closing time of the filling valve is defined is a time period between the triggering of the second control command and the time when the minimum occurs.
  • This measurement of the flow and the determination of the closing time of the filling valve is preferably carried out at a non-moving control valve and particularly preferably at a fully open control valve.
  • a plurality of pairs of filling valve and this associated control valve is provided, wherein preferably for each individual pair of control valve and filling valve, the associated offset time is determined individually.
  • FIG. 1 is shown schematically a side view of an apparatus 1 for filling a filling product.
  • the device 1 shown here can be used in particular for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet process.
  • the device 1 has a filling valve 3 arranged at the end of a filling product line 5 for opening and closing the filling product line 5 and a control valve 2 upstream of the filling valve 3 for regulating a volume flow of the filling product to the filling valve 3.
  • a flow meter 4 for determining a flow or volume flow of filling product through the filling product line 5 is provided on the filling product line 5.
  • the filling valve 3 is shown in the embodiment shown in the form of a pneumatically operated filling valve 3.
  • a tubing 6 is provided, by means of which the filling valve 3 pneumatic air can be supplied to achieve a corresponding switching of the filling valve 3.
  • the flow meter 4 is arranged upstream of the control valve 2.
  • the control valve 2 is arranged between the flow meter 4 and the filling valve 3.
  • a filling product outlet 10 is provided, from which filling product to be filled can emerge in the free-steel.
  • the filling valve 3 and the associated control valve 2 together form a pair 7 of filling valve 3 and control valve 2.
  • Each pair 7 can each be assigned its own flow meter 4.
  • control valve 2 is designed so that it can switch continuously.
  • the control valve 2 is designed here as a proportional valve.
  • control valve 2 can also switch only between at least two different volume flows for controlling the volume flow.
  • control valve 2 can switch between a higher and a lower volumetric flow or between a volumetric flow and no volumetric flow.
  • control valve 2 may also be designed as a simple switching valve.
  • FIG. 2 schematically shows a plan view of a filler carousel of the device 1 from FIG. 1 in an overall view. At the periphery of the filler carousel is a plurality of pairs 7 of filling valve 3 and control valve 2 as in FIG. 1 shown to produce in this way a continuous stream of filled containers.
  • the device 1 further has a controller 8, which is in communication with the individual pairs 7 of filling valve 3 and control valve 2 via connections 9.
  • the controller 8 is adapted to close the control valve 2 and the filling valve 3 of each pair 7 synchronized.
  • FIGS. 1 and 2 a method for filling a filling product is described.
  • the method presented here can be used in particular for filling a beverage in a beverage filling plant in the free jet process.
  • the method is here by means of FIGS. 3 to 5 illustrated.
  • FIG. 3 schematically shows a circuit diagram of a part of the method for controlling the device 1 from the FIGS. 1 and 2 ,
  • a control valve lift curve 12 for setting the stroke of the control valve 12
  • a poppet stroke curve 14 of a poppet of the filling valve 3 and a second control signal 16 for setting the switching of the poppet of the filling valve 3 over time are shown.
  • the filling valve 3 is preferably designed in the form of a simple switching valve, which may be formed, for example, as a seat valve.
  • the filling valve 3 is moved by means of a corresponding actuator, such as a pneumatic actuator, from a fully closed position to a fully open position and vice versa.
  • a corresponding actuator such as a pneumatic actuator
  • the control valve 2 is preferably a proportional valve, which can be positioned controlled by a corresponding control.
  • the controller can specify a specific stroke position of the proportional valve and this drives this stroke position defined and reliable.
  • a proportional valve may, for example, have a stepper motor as the actuator, so that a precise and reproducible control of a desired stroke position becomes possible.
  • an open position of the control valve 2 is indicated.
  • a maximum possible volume flow of the filling product to be filled can flow in the direction of the filling valve 3.
  • Reference numeral 130 indicates a signal position "open” given by the controller 8, via which a predetermined stroke of the control valve 2 can be regulated or adjusted, and the reference symbol 132 indicates a signal position "closed" of the first control signal 13.
  • the ramp of the first control signal 13 accordingly follows the position of the control valve between the open position 120 and the closed position 122.
  • the drawn ramp of the position and the ramp of the control signal 13 are synchronized.
  • the control signal 13 is triggered at a time T 1 by the controller 1, which causes a closing of the control valve 2.
  • the control valve 2 thereby moves successively along the ramp from the open position 120 to the closed position 122, which reaches it at time T 3 .
  • the control valve 2 thus has a closing time t R , which corresponds to the duration from time T 1 to time T 3 .
  • This closing time depends on the control and can not be arbitrarily accelerated due to the construction of the control valve 2. In other words, the closing time of the controller is known.
  • the reference numeral 140 indicates an open position of the filling valve 3.
  • the valve cone of the filling valve 3 In the open position 140, the valve cone of the filling valve 3 is in a raised position, so that a maximum flow cross-section is present in the filling valve 3.
  • the closed position indicated by the reference numeral 142 the volume flow through the filling valve 3 is interrupted.
  • Reference numeral 160 denotes a signal position "predetermined” by the control 8, and a signal position "closed” of the second control signal 16 is indicated by reference numeral 162.
  • the filling valve 3 can only assume the open or the closed position - intermediate positions are not possible due to the structure of the filling valve 3.
  • the valve cone of the filling valve 3 passes along the means indicated by the reference line 14' curve in the closed position 142.
  • the filling valve 3 is required by the open position 140 to enter the closed position 142, the closing time t F. Since the closing time t F of the filling valve 3 is shorter than the closing time t R of the control valve 2, the filling valve 3 is already in the closed position 142 when the control valve 2 is not yet closed. This can lead to pressure shocks in the filling product line 5 induced by the closing of the filling valve 3 and thus to vibrations of the filling product in the filling product line 5, which can be erroneously interpreted by the flow meter 4 as additional flow.
  • the pressure surges can be prevented if, as indicated by the reference numeral 16 ", the second control signal is triggered at the time T 3 after the control valve 2 has reached the closed position 122.
  • the filling valve 3 therefore only starts as indicated by the reference numeral 14". indicated to approach the closed position 142.
  • air from the environment reaches the filling product line 5.
  • the control valve 2 and the filling valve 3 are closed synchronized.
  • the filling valve 3 and the control valve 2 thereby reach the closed position 122 or 142 substantially at the same time T 3.
  • the valve cone of the filling valve 3 must move along the curve indicated by the reference line 14.
  • the control signal 16 is thus triggered by the closing time t F upstream of the time T 3 , here referred to as time T 2 .
  • control valve 2 and the filling valve 3 are controlled by an offset time t V delayed, wherein the closing of the control valve 2 is triggered by the first control command 13 at time T 1 and the closing of the filling valve 2 triggered by the second control command 16 at time T 2 is, wherein the second control command 16 by the offset time t V delayed in time to the first control command 13 is triggered.
  • the filling valve 3 is switched by a control circuit between the open position 140 and the closed position 142.
  • the speed, and therefore the closing time t F is therefore not regulated by the controller.
  • the closing times between the individual pairs 7 of the device 1 differ.
  • offset time t V is determined for each pair.
  • offset time t V is determined from the difference between the closing time t R of the control valve 2 and the closing time t F of the filling valve 3.
  • the closing time t F of the filling valve 3 is determined on the basis of the flow measurement.
  • the controller 8 determines a change over time of the flow rate measured by the flow meter 4 through the filling product line 5. For this purpose, the actual filling of the filling product in the normal operation, in which filling product is filled in to be filled container upstream, the flow during a closing operation of the filling valve 3 determined.
  • FIG. 4 3 is a schematic and exemplary illustration of a graph of the measured flow rate 18 in ml / s of the filling product over time in seconds for one of the filling valves 3 of the device 1, as determined by the controller 8.
  • the control valve 2 is held over the entire measuring range shown in a predetermined open switching position.
  • the second control signal which controls the filling valve 3, indicated.
  • the filling valve 3 is held in the open position, as indicated by the reference numeral 160.
  • the flow 18 here corresponds to the flow in a filling phase 180.
  • the second control command 16 is output to switch the filling valve 3 to the closed position 162.
  • the reaction takes place in the sense of a change in the flow 18 with a time delay, in this exemplary embodiment by about 0.4 sec, referred to herein by reference numeral 182 as the closing phase. This delay is in the build up connected inertia of the actuator of the filling valve 3 and the used and bottled media instead.
  • FIG. 5 schematically shows the graphical representation of the flow 18 from FIG. 4 and its derivative (calculated in controller 8) over time. As immediately out FIG. 5 can be seen marginal forms shortly before reaching the closing time T G, a clear, characteristic minimum 22 of the derivative 20 from. This clear minimum 22 of the derivative 20 is detected by the controller 8 and the time T M as the time at which the minimum 22 occurs, assigned by the controller 8.
  • the closing time t F of the filling valve 3, which requires the filling valve 3 after the triggering of the control command 16 to reach the closed position, is now determined with respect to this triggering the second control command 16 downstream minimum 22 of the time derivative 20 of the flow 18.
  • the closing time t F is defined as the time period between the triggering of the second control command 16 at time T S and the time T M at which the first minimum 22 of the discharge of the flow 18 occurs after the time.
  • the determined and defined closing time t F is an approximation to the actual closing time, which corresponds to the time interval between the times T S and T G.
  • the determination by the controller 8 can be at least partially parallel respectively. This can also be determined for each filling product with its individual viscosity and temperature.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, umfassend das Bereitstellen eines Füllproduktstroms durch eine Füllproduktleitung (5) durch Öffnen eines an der Füllproduktleitung angeordneten Füllventils (3) und eines zugeordneten Regelventils (2) zum Regeln eines Volumenstroms, und das Schließen des Regelventils (2) und das Schließen des Füllventils (3), um den Füllproduktstrom am Füllende zu beenden, wobei das Regelventil (2) und das Füllventil (3) synchronisiert geschlossen werden, sowie eine entsprechende Vorrichtung.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren.
    • Technischer Hintergrund
  • Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Freistrahlabfüllen von Getränken bekannt, bei welchen ein Volumenstrom des Getränks durch Öffnen und Schließen eines Füllventils ermöglicht und unterbrochen wird. Ein zu befüllender Behälter befindet sich dabei beabstandet von einem Füllprodukt-Auslass unterhalb des Füllventils, so dass das Getränk bei geöffnetem Füllventil im Freistrahl durch eine Behälteröffnung des Behälters in den Behälter eintreten kann. Ist der Behälter mit dem Getränk befüllt, wird das Füllventil geschlossen und dadurch der Füllproduktstrom entsprechend unterbrochen. Hierbei ist es bekannt, die Menge an abgefülltem Füllprodukt mittels eines dem Füllventil zugeordneten Durchflussmessers zu ermitteln.
  • Um ein möglichst genaues Abfüllergebnis erzielen zu können, wird das Füllventil mit hoher Geschwindigkeit geschlossen. Beim Schließen des Füllventils wird der dem Füllprodukt zur Verfügung stehende Querschnitt im Füllventil sukzessive verringert, in der Regel, indem eine erste Ventilfläche, bevorzugt ein Ventilkegel, relativ zu einer zweiten Ventilfläche, bevorzugt einem Ventilsitz, auf die zweite Ventilfläche zubewegt wird. Aufgrund der Querschnittsverengung erfährt das sich im Füllventil befindliche Füllprodukt eine zusätzliche Beschleunigung, wodurch der Freistrahl abreißen und es zu einem Spritzen, insbesondere zu einem seitlichen Verspritzen, von Füllprodukt kommen kann. Zum einen kommt es dadurch zu einem Verlust an Füllprodukt. Zudem gelangt dadurch Füllprodukt an die Außenseite des zu befüllenden Behälters und/oder an Teile der Anlage.
  • Weiterhin kann es durch das schnelle Schließen des Füllventils zu Druckschlägen im Füllorgan beziehungsweise in einer das Füllprodukt zum Füllventil leitenden Leitung kommen, da Füllprodukt beim Schließen auch entgegen der eigentlichen Abfüllflussrichtung beschleunigt wird. Diese Druckschläge beziehungsweise deren Energie muss kompensiert werden. Insbesondere, wenn Gasblasen in der Leitung enthalten sind, können diese aufgrund ihrer Kompressibilität federnd wirken, so dass in der Leitung Schwingungen entstehen. Diese Schwingungen können von dem Durchflussmesser erfasst und als durchgeflossene Menge interpretiert werden, was zu Fehlern in der Ermittlung der Menge des abgefüllten Füllprodukts führen kann.
  • Weiterhin ist es bekannt, den Volumenstrom des Getränks zum Füllventil mittels eines dem Füllventil vorgelagerten Regelventils zu regeln. Auf diese Weise können unterschiedliche Füllprofile abhängig vom Füllprodukt und dem zu befüllenden Behälter abgefahren werden.
  • Hierbei ist es weiterhin bekannt, zum Unterbrechen des Füllproduktvolumenstroms das Füllventil und das Regelventil zeitgleich anzusteuern. Während des Schließens des Regelventils verringert sich der zum Füllventil gelangende Volumenstrom, so dass während des Schließens des Füllventils dann weniger Füllprodukt durch das Füllventil strömt und damit beim Schließen des Füllventils weniger Füllprodukt zusätzlich verdrängt beziehungsweise zusätzlich beschleunigt wird. Das Regelventil weist jedoch üblicher Weise eine andere Schließzeit als das Füllventil auf. Gelangt das Füllventil vor dem Regelventil in die komplett geschlossene Position, kann es zu dem vorgenannten Druckschlag sowie zum Verspritzen von Füllprodukt kommen. Gelangt das Regelventil vor dem Füllventil in die komplett geschlossene Position, kann Luft in das Füllventil eindringen und der Strahl kann abreißen.
    • Darstellung der Erfindung
  • Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, sowie eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
  • Entsprechend wird ein Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, vorgeschlagen, umfassend das Bereitstellen eines Füllproduktstroms durch eine Füllproduktleitung durch Öffnen eines in der Füllproduktleitung angeordneten Füllventils und eines zugeordneten Regelventils zum Regeln eines Volumenstroms, und das Schließen des Regelventils und das Schließen des Füllventils, um den Füllproduktstrom am Füllende zu beenden. Erfindungsgemäß werden das Regelventil und das Füllventil synchronisiert geschlossen.
  • Mit anderen Worten werden das Regelventil und das Füllventil derart angesteuert, dass das Regelventil und das Füllventil im Wesentlichen zeitgleich beziehungsweise in einer festen zeitlichen Beziehung und bevorzugt lediglich mit einem geringen Zeitversatz in die geschlossene Position gelangen.
  • Dadurch, dass das Regelventil und das Füllventil synchronisiert geschlossen werden, kann eine im Wesentlichen ideale Strahleinschnürung des aus dem Füllventil austretenden Strahls des Füllprodukts erzielt werden. Dem aufgrund des schließenden Regelventils geringer werdenden Volumenstrom an Füllprodukt steht aufgrund des Schließens des Füllventils ein sukzessive geringer werdender Durchlassquerschnitt am Füllventil zur Verfügung, so dass die Strömungsgeschwindigkeit durch das Füllventil im Wesentlichen beibehalten werden kann. Durch das synchronisierte Schließen ist der Volumenstrom zum Füllventil in dem Zeitpunkt, in welchen das Füllventil in die geschlossene Position gelangt, im Wesentlichen unterbunden beziehungsweise lediglich marginal. Folglich kann ein Verspritzen durch eine Beschleunigung von beim Schließen des Füllventils dieses durchströmenden Füllprodukts im Wesentlichen vermieden werden. Folglich kann das Füllventil mit hoher Geschwindigkeit geschlossen werden und dabei dennoch Druckschläge im Füllprodukt sowie ein Verspritzen und/oder ein unkontrolliertes Abreißen des Füllproduktstroms beziehungsweise -strahls vermindert oder gar ganz vermieden werden. Durch das synchronisierte Schließen von Füllventil und Regelventil kann mithin ein genaues und sauberes Abfüllen erzielt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens werden das Regelventil und das Füllventil um eine Versatzzeit zeitversetzt angesteuert. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Regelventil und das Füllventil synchron in die geschlossene Position gelangen, auch wenn sie unterschiedliche Schließgeschwindigkeiten aufweisen. Mithin kann dadurch ein besonders genaues und sauberes Abfüllen erzielt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung wird das Schließen des Regelventils durch einen ersten Steuerbefehl ausgelöst und das Schließen des Füllventils wird durch einen zweiten Steuerbefehl ausgelöst, wobei der zweite Steuerbefehl um die Versatzzeit zeitversetzt zum ersten Steuerbefehl ausgelöst wird. Hierdurch ist ein besonders exaktes synchronisiertes Schließen möglich. Der zweite Steuerbefehl kann dabei um die Versatzzeit nach dem ersten Steuerbefehl oder um die Versatzzeit vor dem ersten Steuerbefehlt ausgelöst werden, je nachdem, ob das Regelventil eine längere Schließzeit oder eine kürzere Schließzeit aufweist als das Füllventil. Bevorzugt wird der zweite Steuerbefehl um die Versatzzeit nach dem ersten Steuerbefehlt ausgelöst.
  • Um das synchronisierte Schließen von Regelventil und Füllventil besonders genau zu ermöglichen, ohne Eingriffe in die übrige Parameter der Steuerung vornehmen zu müssen, wird gemäß einer bevorzugten Ausbildung die individuelle Versatzzeit ermittelt, wobei bevorzugt die Versatzzeit aus der Differenz einer Schließzeit des Regelventils und einer Schließzeit des Füllventils ermittelt wird.
  • Dadurch ist es möglich, für die Versatzzeit den jeweils in einer Vorrichtung und/oder Anlage verbauten Paaren aus Regelventil und Füllventil Rechnung zu tragen. Mithin kann die Versatzzeit besonders genau bereitgestellt werden. Insbesondere, wenn eine Mehrzahl von Paaren aus Regelventil und Füllventil in der Vorrichtung und/oder Anlage vorgesehen sind, bei welchen aufgrund des Aufbaus der Vorrichtung und/oder Anlage unterschiedliche Ansteuerzeiten und Verzögerungszeiten die einzelnen Paare vorliegen, kann so für jedes Paar beziehungsweise jede Paarung eine entsprechende Versatzzeit auf einfache Weise besonders genau bereitgestellt werden.
  • Eine besonders einfache und genaue Ermittlung der Versatzzeit, insbesondere unter Berücksichtigung der in einer das Füllventil und das Regelventil aufweisenden Vorrichtung und/oder Anlage ohnehin vorliegenden Komponenten, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung darüber erzielt werden, dass die Versatzzeit basierend auf einer Durchflussmessung des Füllprodukts in der Füllproduktleitung ermittelt wird, wobei die Schließzeit des Füllventils anhand der Durchflussmessung ermittelt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung wird die Schließzeit des Füllventils anhand einer zeitlichen Änderung des Durchflusses, mithin einer ersten Ableitung des Durchflusses über die Zeit, ermittelt. Hierdurch kann die Schließzeit besonders genau ermittelt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung wird die Schließzeit des Füllventils in Bezug auf ein der Auslösung des zweiten Steuerbefehls nachgelagertes Minimum, bevorzugt einem ersten Minimum, der zeitlichen Änderung des Durchflusses ermittelt, wobei die Schließzeit des Füllventils definiert wird als eine Zeitdauer zwischen dem Auslösen des zweiten Steuerbefehls und dem Zeitpunkt, an dem das Minimum auftritt. Aufgrund der beim Schließen des Füllventils raschen Abnahme des Durchflusses entsteht im Verlauf der zeitlichen Änderung des Durchflusses ein deutliches Minimum, das messtechnisch in einfacher Weise und sicher erfasst werden kann. Ferner ist ein Zeitversatz zwischen dem Auftreten des Minimums und dem Zeitpunkt, in welchem das Füllventil in die geschlossene Position gelangt, marginal. Demgemäß kann dadurch auf einfache Weise ohne Eingriffe in die Verfahrensparameter zur übrigen Steuerung/Regelung der Vorrichtung beziehungsweise Anlage eine nahezu ideale Synchronisierung des Schließens des Regelventils und des Füllventils erzielt werden. Diese Messung wird bevorzugt bei unverändert gehaltenem Regelventil und besonders bevorzugt bei vollständig geöffnetem Regelventil durchgeführt.
  • Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausbildung bei einer vorgesehenen Mehrzahl von Paaren aus Regelventil und Füllventil für jedes individuelle Paar aus Regelventil und Füllventil der vorgesehenen Mehrzahl von Paaren aus Regelventil und Füllventil jeweils die zugehörige Versatzzeit individuell ermittelt wird, kann auf einfache Weise ein synchronisiertes Schließen für jedes der Mehrzahl von Paaren aus Regelventil und Füllventil bereitgestellt werden.
  • Das Regelventil schaltet bevorzugt zur Regelung des Volumenstroms zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Volumenströmen. Beispielsweise zwischen einem höheren und einem geringeren Volumenstrom oder zwischen einem Volumenstrom und keinem Volumenstrom. Mit anderen Worten kann das Regelventil auch als einfaches Schaltventil ausgebildet sein.
  • Bevorzugt schaltet das Regelventil zur Regelung des Volumenstroms zwischen mehr als zwei unterschiedlichen Volumenströmen.
  • Besonders bevorzugt schaltet das Regelventil des Volumenstrom stufenlos, wobei das Regelventil den Volumenstrom besonders bevorzugt proportional einstellt und als Proportionalventil ausgebildet sein kann.
  • Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
  • Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, vorgeschlagen, umfassend ein am Ende einer Füllproduktleitung angeordnetes Füllventil zum Öffnen und Schließen der Füllproduktleitung und ein dem Füllventil vorgelagertes Regelventil zum Regeln eines Volumenstroms des Füllprodukts zum Füllventil. Erfindungsgemäß ist eine Steuerung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, das Regelventil und das Füllventil synchronisiert zu schließen.
  • Durch die Vorrichtung können die hinsichtlich des Verfahrens beschriebenen Vorteile und Wirkungen analog erzielt werden.
  • Bevorzugt ist ferner ein Durchflussmesser zum Messen des Durchflusses beziehungsweise des Volumenstromes des Füllprodukts zum Füllventil beziehungsweise zum Regelventil vorgesehen.
  • Das Regelventil ist in der Vorrichtung und im oben beschriebenen Verfahren bevorzugt ein Proportionalventil, welches über eine entsprechende Ansteuerung gesteuert positioniert werden kann. Mit anderen Worten kann die Steuerung eine bestimmte Hubposition des Proportionalventils vorgeben und dieses fährt diese Hubposition definiert und zuverlässig an. Ein Proportionalventil kann beispielsweise einen Schrittmotor als Aktuator aufweisen, so dass eine präzise und reproduzierbare Ansteuerung einer gewünschten Hubposition möglich wird.
  • Das Regelventil kann auch ein Schaltventil sein, mittels dessen zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Volumenströmen geschaltet werden kann. Beispielsweise kann das Regelventil auch zwischen einer geöffneten Stellung mit einem ersten Volumenstrom und einer geschlossenen Stellung, bei der das Regelventil von keinem Volumenstrom durchflossen wird, geschaltet werden. Bevorzugt kann das Regelventil zwischen mehreren unterschiedlichen Volumenströmen schalten, um eine Regelung des Volumenstroms zu erreichen.
  • Das Füllventil ist in der Vorrichtung und im oben beschriebenen Verfahren bevorzugt in Form eines einfachen Schaltventils ausgeführt, welches beispielsweise als Sitzventil ausgebildet sein kann. Das Füllventil wird mittels eines entsprechenden Aktuators, beispielsweise eines pneumatischen Aktuators, von einer vollständig geschlossenen Position in eine vollständig geöffnete Position bewegt und umgekehrt. Zwischenpositionen sind nicht möglich.
  • Ferner ist am Ende der Füllproduktleitung beziehungsweise des Füllventils bevorzugt ein Füllproduktauslass zum Auslassen von Füllprodukt, bevorzugt im Freistrahl, vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, das Regelventil und das Füllventil um eine Versatzzeit zeitversetzt anzusteuern.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, einen ersten Steuerbefehl zum Schließen des Regelventils auszugeben und um die Versatzzeit zeitversetzt zum ersten Steuerbefehl einen zweiten Steuerbefehl zum Schließen des Füllventils auszugeben.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Versatzzeit zu ermitteln, wobei bevorzugt die Versatzzeit aus der Differenz einer Schließzeit des Regelventils und einer Schließzeit des Füllventils ermittelt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dem Füllventil und dem Regelventil ein Durchflussmesser zugeordnet, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Versatzzeit basierend auf einer Durchflussmessung des Durchflusses des Füllprodukts durch die Füllproduktleitung zu ermitteln, wobei die Schließzeit des Füllventils anhand der Durchflussmessung ermittelt wird.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Schließzeit des Füllventils anhand einer zeitlichen Änderung des Durchflusses zu ermitteln.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Schließzeit des Füllventils in Bezug auf ein der Auslösung des zweiten Steuerbefehls nachgelagertes Minimum, bevorzugt einem ersten Minimum, der zeitlichen Änderung des mittels eines Durchflussmessers gemessenen Durchflusses zu ermitteln, wobei die Schließzeit des Füllventils definiert ist als eine Zeitdauer zwischen dem Auslösen des zweiten Steuerbefehls und dem Zeitpunkt, an dem das Minimum auftritt. Diese Messung des Durchflusses und die Ermittlung des Schließzeitpunkts des Füllventils wird bevorzugt bei unbewegtem Regelventil und besonders bevorzugt bei vollständig geöffnetem Regelventil durchgeführt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von Paaren aus Füllventil und diesem jeweils zugeordneten Regelventil vorgesehen, wobei bevorzugt für jedes individuelle Paar aus Regelventil und Füllventil die zugehörige Versatzzeit individuell ermittelt wird.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abfüllen eines Füllprodukts;
    Figur 2
    schematisch eine Draufsicht der Vorrichtung aus Figur 1;
    Figur 3
    schematisch ein Schaltdiagramm eines Teiles eines Verfahrens zum Steuern der Vorrichtung aus den Figuren 1 und 2;
    Figur 4
    schematisch eine graphische Darstellung eines Durchflusses über die Zeit; und
    Figur 5
    schematisch eine graphische Darstellung des Durchflusses aus Figur 4 und dessen Ableitung über die Zeit.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
  • In Figur 1 ist schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung 1 zum Abfüllen eines Füllprodukts gezeigt. Die hier dargestellte Vorrichtung 1 kann insbesondere zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren verwendet werden. Die Vorrichtung 1 weist ein am Ende einer Füllproduktleitung 5 angeordnetes Füllventil 3 zum Öffnen und Schließen der Füllproduktleitung 5 und ein dem Füllventil 3 vorgelagertes Regelventil 2 zum Regeln eines Volumenstroms des Füllprodukts zum Füllventil 3 auf. Ferner ist an der Füllproduktleitung 5 ein Durchflussmesser 4 zum Ermitteln eines Durchflusses beziehungsweise Volumenstroms von Füllprodukt durch die Füllproduktleitung 5 vorgesehen.
  • Das Füllventil 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines pneumatisch betriebenen Füllventils 3 dargestellt. Zum Antrieb des pneumatisch betriebenen Füllventils 3 ist eine Verschlauchung 6 vorgesehen, mittels welcher dem Füllventil 3 Pneumatikluft zugeführt werden kann, um entsprechend ein Schalten des Füllventils 3 zu erreichen.
  • Der Durchflussmesser 4 ist stromaufwärts des Regelventils 2 angeordnet. Mit anderen Worten ist das Regelventil 2 zwischen dem Durchflussmesser 4 und dem Füllventil 3 angeordnet.
  • Am Ende der Füllproduktleitung 5 beziehungsweise des Füllventils 3 ist ein Füllproduktauslass 10 vorgesehen, aus welchem abzufüllendes Füllprodukt im Freistahl austreten kann.
  • Das Füllventil 3 und das diesem zugeordnete Regelventil 2 bilden gemeinsam ein Paar 7 aus Füllventil 3 und Regelventil 2 aus. Jedem Paar 7 kann jeweils ein eigener Durchflussmesser 4 zugeordnet sein.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Regelventil 2 so ausgebildet, dass es stufenlos schalten kann. Das Regelventil 2 ist hier als Proportionalventil ausgebildet.
  • In einer alternativen Ausgestaltung kann das Regelventil 2 zur Regelung des Volumenstroms auch nur zwischen mindestens zwei unterschiedlichen Volumenströmen schalten. Beispielsweise kann das Regelventil 2 zwischen einem höheren und einem geringeren Volumenstrom oder zwischen einem Volumenstrom und gar keinem Volumenstrom schalten. Mit anderen Worten kann das Regelventil 2 auch als einfaches Schaltventil ausgebildet sein.
  • Bevorzugt jedoch schaltet das Regelventil 2 zur Regelung des Volumenstroms zwischen mehr als zwei unterschiedlichen Volumenströmen.Figur 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Füllerkarussell der Vorrichtung 1 aus Figur 1 in einer Gesamtansicht. Am Umfang des Füllerkarussells ist eine Vielzahl von Paaren 7 aus Füllventil 3 und Regelventil 2 wie in Figur 1 gezeigt angeordnet, um auf diese Weise einen kontinuierlichen Strom an befüllten Behältern zu produzieren.
  • Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 8 auf, welche über Verbindungen 9 jeweils mit den einzelnen Paaren 7 aus Füllventil 3 und Regelventil 2 in Kommunikation steht. Die Steuerung 8 ist dazu eingerichtet, das Regelventil 2 und das Füllventil 3 eines jeden Paares 7 jeweils synchronisiert zu schließen.
  • Im Folgenden wird mit Bezug auf die Vorrichtung gemäß der Figuren 1 und 2 ein Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts beschrieben. Das hier dargestellte Verfahren kann insbesondere zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren verwendet werden. Das Verfahren wird hierbei mittels der Figuren 3 bis 5 veranschaulicht.
  • Figur 3 zeigt schematisch ein Schaltdiagramm eines Teiles des Verfahrens zum Steuern der Vorrichtung 1 aus den Figuren 1 und 2. In Figur 3 sind eine Regelventil-Hubkurve 12, ein erstes Steuersignal 13 zum Vorgeben des Hubes des Regelventils 12, eine Ventilkegel-Hubkurve 14 eines Ventilkegels des Füllventils 3 und ein zweites Steuersignal 16 zum Vorgeben des Schaltens des Ventilkegels des Füllventils 3 über die Zeit gezeigt.
  • Das Füllventil 3 ist bevorzugt in Form eines einfachen Schaltventils ausgeführt, welches beispielsweise als Sitzventil ausgebildet sein kann. Das Füllventil 3 wird mittels eines entsprechenden Aktuators, beispielsweise eines pneumatischen Aktuators, von einer vollständig geschlossene Position in eine vollständig geöffnete Position bewegt und umgekehrt. Zwischenpositionen sind hingegen nicht möglich.
  • Das Regelventil 2 ist bevorzugt ein Proportionalventil, welches über eine entsprechende Ansteuerung gesteuert positioniert werden kann. Mit anderen Worten kann die Steuerung eine bestimmte Hubposition des Proportionalventils vorgeben und dieses fährt diese Hubposition definiert und zuverlässig an. Ein Proportionalventil kann beispielsweise einen Schrittmotor als Aktuator aufweisen, so dass eine präzise und reproduzierbare Ansteuerung einer gewünschten Hubposition möglich wird.
  • Mit dem Bezugszeichen 120 ist eine offene Position des Regelventils 2 angedeutet. In der offenen Position 120 des Regelventils 2 kann ein maximal möglicher Volumenstrom des abzufüllenden Füllprodukts in Richtung des Füllventils 3 fließen. In der mit dem Bezugszeichen 122 angedeuteten geschlossenen Position ist der Volumenstrom zum Füllventil 3 unterbunden. Mit dem Bezugszeichen 130 ist eine durch die Steuerung 8 vorgegebene Signalstellung "offen", über welche ein vorgegebener Hub des Regelventils 2 regelbar beziehungsweise einstellbar ist, und mit dem Bezugszeichen 132 eine Signalstellung "geschlossen" des ersten Steuersignals13 angedeutet.
  • In dem Regelventil 2 sind entsprechend auch Zwischenstellungen zwischen der offenen Position 120 und der geschlossenen Position 122 ansteuerbar. Der Rampe des ersten Steuersignals 13 folgt entsprechend die Position des Regelventils zwischen der offenen Position 120 und der geschlossenen Position 122. Die eingezeichnete Rampe der Position und die Rampe des Steuersignals 13 verlaufen synchron.
  • Wie Figur 3 zu entnehmen, wird zu einem Zeitpunkt T1 durch die Steuerung 1 das Steuersignal 13 ausgelöst, welches ein Schließen des Regelventils 2 bewirkt. Das Regelventil 2 bewegt sich dadurch sukzessive entlang der Rampe von der geöffneten Position 120 in die geschlossene Position 122, welche es im Zeitpunkt T3 erreicht. Das Regelventil 2 weist mithin eine Schließzeit tR auf, welcher der Dauer vom Zeitpunkt T1 bis zum Zeitpunkt T3 entspricht. Diese Schließzeit hängt von der Ansteuerung ab und kann aufgrund der Konstruktion des Regelventils 2 nicht beliebig beschleunigt werden. Mit anderen Worten ist die Schließzeit der Steuerung bekannt.
  • Ferner ist mit dem Bezugszeichen 140 eine offene Position des Füllventils 3 angedeutet. In der offenen Position 140 befindet sich der Ventilkegel des Füllventils 3 in einer gehobenen Position, so dass ein maximaler Strömungsquerschnitt im Füllventil 3 vorliegt. In der mit dem Bezugszeichen 142 angedeuteten geschlossenen Position ist der Volumenstrom durch das Füllventil 3 unterbrochen. Mit dem Bezugszeichen 160 ist eine durch die Steuerung 8 vorgegebene Signalstellung "offen" und mit dem Bezugszeichen 162 eine Signalstellung "geschlossen" des zweiten Steuersignals 16 angedeutet. Das Füllventil 3 kann nur die offene oder die geschlossene Position einnehmen - Zwischenpositionen sind aufgrund der Struktur des Füllventils 3 nicht möglich.
  • Wird, wie mittels des Bezugszeichens 16' angedeutet, das zweite Steuersignal zeitgleich mit dem ersten Steuersignal 13 ausgelöst, gelangt der Ventilkegel des Füllventils 3 entlang der mittels des Bezugseichens 14' angedeuteten Kurve in die geschlossene Position 142. Das Füllventil 3 benötigt, um von der offenen Position 140 in die geschlossene Position 142 zu gelangen, die Schließzeit tF. Da die Schließzeit tF des Füllventils 3 kürzer ist, als die Schließzeit tR des Regelventils 2, gelangt das Füllventil 3 bereits in die geschlossene Position 142, wenn das Regelventil 2 noch nicht geschlossen ist. Dadurch kann es zu durch das Schließen des Füllventils 3 induzierte Druckschläge in der Füllproduktleitung 5 und somit zu Schwingungen des Füllprodukts in der Füllproduktleitung 5 kommen, welche fälschlicherweise durch den Durchflussmesser 4 als zusätzlicher Durchfluss interpretiert werden können.
  • Die Druckschläge können verhindert werden, wenn, wie mittels der Bezugszeichen 16" das zweite Steuersignal zum Zeitpunkt T3 ausgelöst wird, nachdem das Regelventil 2 in die geschlossene Position 122 gelangt ist. Das Füllventil 3 beginnt folglich erst dann, wie mittels des Bezugszeichens 14" angedeutet, die geschlossene Position 142 anzufahren. Dadurch kann jedoch aufgrund des dann geöffneten Füllventils 3 und des gleichzeitig geschlossenen Regelventils 2, durch welches entsprechend kein Gegendruck an Füllprodukt bereitgestellt werden kann, Luft aus der Umgebung in die Füllproduktleitung 5 gelangen.
  • Um dieses Verhalten zu verbessern, werden das Regelventil 2 und das Füllventil 3 synchronisiert geschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gelangen dadurch das Füllventil 3 und das Regelventil 2 im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt T3 in die geschlossene Position 122 beziehungsweise 142. Hierfür muss sich der Ventilkegel des Füllventils 3 entlang der mittels des Bezugseichens 14 angedeuteten Kurve bewegen. Das Steuersignal 16 wird mithin um die Schließzeit tF dem Zeitpunkt T3 vorgelagert ausgelöst, hier als Zeitpunkt T2 bezeichnet. Mit anderen Worten werden das Regelventil 2 und das Füllventil 3 um eine Versatzzeit tV zeitversetzt angesteuert, wobei das Schließen des Regelventils 2 durch den ersten Steuerbefehl 13 zum Zeitpunkt T1 ausgelöst wird und das Schließen des Füllventils 2 durch den zweiten Steuerbefehl 16 zum Zeitpunkt T2 ausgelöst wird, wobei der zweite Steuerbefehl 16 um die Versatzzeit tV zeitversetzt zum ersten Steuerbefehl 13 ausgelöst wird.
  • Im vorliegenden Fall wird das Füllventil 3 durch eine Steuerschaltung zwischen der offenen Position 140 und der geschlossenen Position 142 geschaltet. Die Geschwindigkeit, mithin die Schließzeit tF wird durch die Steuerung folglich nicht geregelt. Zudem unterscheiden sich die Schließzeiten zwischen den einzelnen Paaren 7 der Vorrichtung 1.
  • Um ein synchronisiertes Schließen entsprechend der Bezugszeichen 12 und 14 eines jeden Paares 7 bereitstellen zu können, wird jeweils die Versatzzeit tV für ein jedes Paar ermittelt. Vorliegend wird Versatzzeit tV ermittelt aus der Differenz der Schließzeit tR des Regelventils 2 und der Schließzeit tF des Füllventils 3. Die Schließzeit tF des Füllventils 3 wird hierfür anhand der Durchflussmessung ermittelt.
  • Zu diesem Zwecke ermittelt die Steuerung 8 eine zeitliche Änderung des durch den Durchflussmesser 4 gemessenen Durchflusses durch die Füllproduktleitung 5. Hierfür wird, dem eigentlichen Abfüllen des Füllprodukts im Regelbetrieb, bei welchem Füllprodukt in zu befüllenden Behälter gefüllt wird, vorgelagert, der Durchfluss während eines Schließvorgangs des Füllventils 3 ermittelt.
  • Figur 4 ist schematisch und beispielhaft eine von der Steuerung 8 ermittelte graphische Darstellung des gemessenen Durchflusses 18 in ml/s des Füllprodukts über die Zeit in Sekunden für eines der Füllventile 3 der Vorrichtung 1 gezeigt. Das Regelventil 2 ist hierbei über den gesamten dargestellten Messbereich in einer vorgegebenen offenen Schaltstellung gehalten.
  • Mit dem Bezugszeichen 16 ist wiederum das zweite Steuersignal, welches das Füllventil 3 ansteuert, angedeutet. Im Anfangsbereich des dargestellten Messbereichs wird das Füllventil 3 in der offenen Stellung gehalten, wie mit dem Bezugszeichen 160 angedeutet. Der Durchfluss 18 entspricht hier dem Durchfluss in einer Abfüllphase 180. Zum Zeitpunkt TS wird der zweite Steuerbefehl 16 zum Schalten des Füllventils 3 in die geschlossene Stellung 162 ausgegeben. Wie aus Figur 4 sofort ersichtlich, erfolgt die Reaktion im Sinne einer Änderung des Durchflusses 18 zeitversetzt, in dieser beispielhaften Ausführungsform um etwa 0,4 sec, vorliegend anhand des Bezugszeichens 182 als Schließphase bezeichnet. Diese Verzögerung liegt in den mit dem Aufbau verbundenen Trägheiten des Aktuators des Füllventils 3 und der verwendeten und abgefüllten Medien statt.
  • Im Anschluss an die Schließphase 182 stellt sich ein abnehmender, schwingender Volumenstrom an, welcher im Wesentlichen aufgrund von durch das Schließen des Füllventils 3 erzeugten Schwingungen im Füllprodukt hervorgerufen und durch den Durchflussmesser 4 als Durchfluss 18 interpretiert wird. Mithin stellt der Übergang 186 zwischen der Schließphase 182 und der Schwingungsphase 184 den Zeitpunkt TG des Erreichens der geschlossenen Position dar.
  • Figur 5 zeigt schematisch die graphische Darstellung des Durchflusses 18 aus Figur 4 sowie dessen (in der Steuerung 8 berechnete) Ableitung 20 über die Zeit. Wie sofort aus Figur 5 ersichtlich, bildet sich marginal kurz vor Erreichen des Schließzeitpunkts TG ein deutliches, charakteristisches Minimum 22 der Ableitung 20 aus. Dieses deutliche Minimum 22 der Ableitung 20 wird durch die Steuerung 8 erfasst und diesem der Zeitpunkt TM als Zeitpunkt, an welchem das Minimum 22 auftritt, durch die Steuerung 8 zugeordnet.
  • Die Schließzeit tF des Füllventils 3, welche das Füllventil 3 nach dem Auslösen des Steuerbefehls 16 benötigt, um in die geschlossene Stellung zu gelangen, wird nun ermittelt in Bezug auf diesem der Auslösung des zweiten Steuerbefehls 16 nachgelagerten Minimum 22 der zeitlichen Ableitung 20 des Durchflusses 18. Hierbei wird die Schließzeit tF definiert als die Zeitdauer zwischen dem Auslösen des zweiten Steuerbefehls 16 zum Zeitpunkt TS und dem Zeitpunkt TM, an dem das erste Minimum 22 der Ableitung des Durchflusses 18 nach der Zeit auftritt.
  • Mithin ist die ermittelte und definierte Schließzeit tF eine Näherung an die tatsächliche Schließzeit, welcher der Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten TS und TG entspricht.
  • Die Versatzzeit tV, mit welcher der zweite Steuerbefehl 16 dem ersten Steuerbefehl 13 zeitversetzt nachgelagert ausgelöst wird, ermittelt die Steuerung 8 aus der Differenz der Schließzeit tR des Regelventils 2 und der durch die Steuerung 8 ermittelten und definierten Schließzeit tF des Füllventils 3, mithin als tV = tR - tF.
  • Um die Schließzeit tF jedes Füllventils 3 der Vorrichtung 3 beziehungsweise die Versatzzeit tV eines jeden Paares 7 aus Füllventil und Regelventil 2 der Vorrichtung 3 zu ermitteln, wird das vorgenannte Verfahren für ein jedes individuelle Paar 7 aus Regelventil 2 und Füllventil 3 der vorgesehenen Mehrzahl von Paaren 7 jeweils individuell ermittelt. Um die benötigte Zeit hierzu möglichst gering zu halten, kann das Ermitteln durch die Steuerung 8 zumindest teilweise parallel erfolgen. Diese kann auch für jedes Füllprodukt mit seiner jeweils individuellen Viskosität und Temperatur ermittelt werden.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
    • Bezuqszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Regelventil
    3
    Füllventil
    4
    Durchflussmesser
    5
    Füllproduktzufuhr
    6
    Verschlauchung
    7
    Paar
    8
    Steuerung
    9
    Verbindung
    10
    Füllproduktauslass
    12
    Regelventil-Hubkurve
    120
    Offene Position
    122
    Geschlossene Position
    13
    Erstes Steuersignal
    14
    Ventilkegel-Hubkurve
    140
    Offene Position
    142
    Geschlossene Position
    16
    Zweites Steuersignal
    160
    Signalstellung "Offen"
    162
    Signalstellung "Geschlossen"
    18
    Durchfluss
    180
    Abfüllphase
    182
    Schließphase
    184
    Schwingungsphase
    186
    Übergang
    20
    Ableitung
    22
    Minimum
    tF
    Schließzeit Füllventil
    tR
    Schließzeit Regelventil
    tV
    Versatzzeit
    TR
    Steuerbefehl-Auslösezeitpunkt
    TM
    Zeitpunkt des Minimums
    TS
    Schaltzeitpunk
    TG
    Schließzeitpunkt

Claims (15)

  1. Verfahren zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, umfassend
    Bereitstellen eines Füllproduktstroms durch eine Füllproduktleitung (5) durch Öffnen eines in der Füllproduktleitung (5) angeordneten Füllventils (3) und eines zugeordneten Regelventils (2) zum Regeln eines Volumenstroms, und
    Schließen des Regelventils (2) und Schließen des Füllventils (3), um den Füllproduktstrom am Füllende zu beenden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Regelventil (2) und das Füllventil (3) synchronisiert geschlossen werden.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (2) und das Füllventil (3) um eine Versatzzeit (tV) zeitversetzt angesteuert werden.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließen des Regelventils (2) durch einen ersten Steuerbefehl (13) ausgelöst wird und das Schließen des Füllventils (3) durch einen zweiten Steuerbefehl (16) ausgelöst wird, wobei der zweite Steuerbefehl (16) um die Versatzzeit (tV) zeitversetzt zum ersten Steuerbefehl (13) ausgelöst wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versatzzeit (tV) ermittelt wird, wobei bevorzugt die Versatzzeit (tV) aus der Differenz einer Schließzeit (tR) des Regelventils (2) und einer Schließzeit (tF) des Füllventils (3) ermittelt wird.
  5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versatzzeit (tV) basierend auf einer Durchflussmessung in der Füllproduktleitung (5) ermittelt wird, wobei die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) anhand der Durchflussmessung ermittelt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) auf Grundlage einer zeitlichen Änderung des Durchflusses (18) ermittelt wird.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) in Bezug auf ein der Auslösung des zweiten Steuerbefehls (16) nachgelagertes Minimum (22), bevorzugt ein erstes Minimum (22), der zeitlichen Änderung des Durchflusses (18) ermittelt wird, wobei die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) definiert wird als eine Zeitdauer zwischen dem Auslösen des zweiten Steuerbefehls (16) und dem Zeitpunkt (TM), an dem das erste Minimum (22) auftritt.
  8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorgegebenen Mehrzahl von Paaren (7) aus Regelventil (2) und Füllventil (3) für jedes individuelle Paar (7) aus Regelventil (2) und Füllventil (3) die zugehörige Versatzzeit (tV) jeweils individuell ermittelt wird und/oder dass das Regelventil (2) zur Regelung des Volumenstroms zwischen mindestens zwei unterschiedliche Volumenströmen schaltet und das Regelventil (2) bevorzugt zur Regelung des Volumenstroms zwischen mehr als zwei unterschiedlichen Volumenströmen schaltet und besonders bevorzugt stufenlos schaltet, wobei das Regelventil (2) besonders bevorzugt den Volumenstrom proportional einstellt.
  9. Vorrichtung (1) zum Abfüllen eines Füllprodukts, bevorzugt zum Abfüllen eines Getränks in einer Getränkeabfüllanlage im Freistrahlverfahren, umfassend ein am Ende einer Füllproduktleitung (5) angeordnetes Füllventil (3) zum Öffnen und Schließen der Füllproduktleitung (5) und ein dem Füllventil (5) vorgelagertes Regelventil (2) zum Regeln eines Volumenstroms des Füllprodukts zum Füllventil (3),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, das Regelventil (2) und das Füllventil (3) synchronisiert zu schließen.
  10. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, das Regelventil (2) und das Füllventil (3) um eine Versatzzeit (tV) zeitversetzt anzusteuern und/oder dass die Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, einen ersten Steuerbefehl (13) zum Schließen des Regelventils (2) auszugeben und um die Versatzzeit (tV) zeitversetzt zum ersten Steuerbefehl (13) einen zweiten Steuerbefehl (16) zum Schließen des Füllventils (3) auszugeben und/oder dass die Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, die Versatzzeit (tV) zu ermitteln, wobei bevorzugt die Versatzzeit (tV) aus der Differenz einer Schließzeit (tR) des Regelventils (2) und einer Schließzeit (tF) des Füllventils (3) ermittelt wird.
  11. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Füllventil (3) und dem Regelventil (2) ein Durchflussmesser (4) zugeordnet ist, wobei die Steuerung (8) so eingerichtet ist, dass die Versatzzeit (tV) basierend auf einer Durchflussmessung ermittelt wird, wobei die Schließzeit des Füllventils (3) anhand der Durchflussmessung ermittelt wird.
  12. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) anhand einer zeitlichen Änderung des Durchflusses (18) zu ermitteln.
  13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (8) dazu eingerichtet ist, die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) in Bezug auf ein der Auslösung des zweiten Steuerbefehls (16) nachgelagertes Minimum (22), bevorzugt einem ersten Minimum (22), der zeitlichen Änderung des Durchflusses (18) zu ermitteln, wobei die Schließzeit (tF) des Füllventils (3) definiert ist als eine Zeitdauer zwischen dem Auslösen des zweiten Steuerbefehls (16) und dem Zeitpunkt (TM), an dem das Minimum (22) auftritt.
  14. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Paaren (7) aus Füllventil (3) und diesem zugeordneten Regelventil (2) vorgesehen ist, wobei bevorzugt für ein jedes individuelle Paar (7) aus Regelventil (2) und Füllventil (3) jeweils die zugehörige Versatzzeit (tV) individuell ermittelt wird.
  15. Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelventil (2) dazu ausgebildet ist, zur Regelung des Volumenstroms zwischen mindestens zwei unterschiedliche Volumenströmen zu schalten und das Regelventil (2) bevorzugt dazu ausgebildet ist, zur Regelung des Volumenstroms zwischen mehr als zwei unterschiedlichen Volumenströmen zu schalten und besonders bevorzugt dazu ausgebildet ist, stufenlos zu schalten, wobei das Regelventil (2) besonders bevorzugt als Proportionalventil ausgebildet ist.
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