EP3683185A1 - Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum befüllen eines behälters mit einem füllprodukt Download PDF

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EP3683185A1
EP3683185A1 EP19217419.1A EP19217419A EP3683185A1 EP 3683185 A1 EP3683185 A1 EP 3683185A1 EP 19217419 A EP19217419 A EP 19217419A EP 3683185 A1 EP3683185 A1 EP 3683185A1
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EP
European Patent Office
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dosing
line
base
filling
secondary line
Prior art date
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EP19217419.1A
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Andreas HIPPEL
DR. Valentin BECHER
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Publication date
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    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for filling a container with a filling product which has a base liquid and at least one dosage component.
  • the device and the method are used, for example, in a beverage filling system for filling multi-component beverages, such as soft drinks, juices or carbonated filling products.
  • the desired components can be dosed and filled individually, for example, via separate dosing stations, such as from US 2008/0271809 A1 emerges.
  • separate dosing stations for a large number of components leads to a complex system structure and process flow, since the filling of each container is divided into several separate dosing / filling stations, at which the container must be positioned for the respective dosing times.
  • the components can be brought together in a common filling valve, cf. for example EP 0 775 668 A1 and WO 2009/114121 A1 .
  • the metering of a component to be added to a basic fluid takes place before the filling valve outlet, the desired amount being determined, for example, by volume measurement using a flow meter ( EP 0 775 668 A1 ) or by another volumetric dosing technology ( WO 2009/114121 A1 ), for example by means of a metering piston and / or a diaphragm pump.
  • High dosing accuracies can be achieved with a dimension using a flow meter. This measures the volume or mass to be metered and closes a shut-off valve in the metering line when a threshold value is reached.
  • Other volumetric dosing methods such as the use of pumps or the time / pressure filling, often have greater uncertainties and tend to be more sensitive to changes in the dosing medium, for example changes in pressure, temperature or composition. This results in frequent calibration, especially when changing the dosage medium. Gravimetric measurement of the dosages is hardly feasible due to the large differences between the dosages in small quantities ( ⁇ l) and the container weight.
  • the technologies set out above are characterized in that the components are used at a late point in time, i.e. either during or shortly before filling.
  • An advantage of the late addition of components in contrast to the usual industrial mixing of large quantities and subsequent filling, is that intensive aromas, which migrate into seals, for example, and cannot be completely removed from the seals by cleaning, are avoided can. If the components are transported separately from one another to the container mouth and the dosage remains drip-free, carryover of components or their aroma substances can essentially be ruled out.
  • a time optimization of the filling process is not possible without further ado, since the metering process cannot be accelerated as desired using a flow meter, for example.
  • the time that the container remains under the dosing point is directly proportional to the performance of the filling line. If there is a higher power requirement, either the dosing time and thus the dosing range must be reduced or a second parallel dosing line must be set up.
  • the possible dosing range depends on the dosing time available and thus on the line output.
  • the technical problems described above have led to a further development of the dosing / filling process, for example from the EP 2 272 790 A1 and DE 10 2009 049 583 A1 emerges.
  • the components of the filling product are dosed directly during filling by means of a flow meter and jointly introduced into the container to be filled, a main component being displaced backwards by the added component during dosing.
  • the displaced volume of the main component is determined by means of the flow meter, and thus the volume of the component added is also known and controllable.
  • the main component together with the metered-in component is completely rinsed out of the filling valve into the container, the total filling quantity being able to be determined simultaneously with the same flow meter.
  • the filling quantities and also the metered component quantities can be redetermined. This enables highly flexible filling of individualized beverages without changeover times.
  • the dosing range can be influenced both by the dosing time available and by the volume flow of the medium to be dosed. Because each flow meter is below the specific one If the measurement limit, ie below a design-related minimum speed, does not indicate any flow and the maximum speed is determined by the quadratic pressure loss, the volume flow can only be changed within limits using a pre-pressure control or a proportional valve. With the selection of the nominal sizes of the lines, instruments and valves, a dosing range is defined.
  • the maximum possible dosing quantity is limited by the maximum time available for dosing.
  • the minimum possible dosing time is technically limited by the reaction time of the flow meter, the dosing valve and the control.
  • the dosing quantity can only be influenced via the dosing time.
  • longer dosing times for example> 2 s
  • the flow can be regulated for long dosing times, which is why the dosing range is significantly larger in this case than for short dosing times.
  • the device according to the invention is set up for filling a container with a filling product consisting of a base liquid and at least one dosage component.
  • the filling product is accordingly a multicomponent filling product composed of at least two components, one of the components for linguistic differentiation being referred to herein as "base liquid” and preferably functioning as the main component.
  • base liquid is, for example, water.
  • the dosage component (s) may include, for example, syrup, pulp-containing liquids, pulp, flavors, etc.
  • the device is not only suitable for filling beverages in the food sector, but also, for example, for mixing / dosing and filling pharmaceuticals, paints and other liquids, including highly viscous and pasty liquids, the choice of base liquid and dosage component (s) is not restricted in a special way.
  • the device has a base reservoir that is set up to provide the base liquid and a filling valve that is set up to introduce the filling product into the container.
  • base reservoir includes any source for providing the base liquid.
  • the base reservoir can be realized by a tank or container, as well as by a pipe or hose line which supplies the base liquid from an external system. This applies analogously to any dosage reservoirs (described below) for the provision of dosage components.
  • the device comprises a base line with a base line which brings the base reservoir into fluid connection with the filling valve, a flow meter which is arranged and set up on the base line between the base reservoir and the filling valve in order to determine the amount of fluid passing through the flow meter in the base line, and a dosing chamber which is arranged between the flow meter and the filling valve.
  • the flow meter can measure the volume flow, the transported mass or some other physical variable from which the amount of fluid flowing through can be concluded.
  • the flow meter preferably works without contact.
  • the flow meter is preferably arranged in such a way that only the base liquid flows through it, ie any metered-in dosage components (described below) do not reach the flow meter. This means that the media properties on the flow meter do not change, and the line system is not contaminated by different fluids in these areas.
  • the device also has at least one dosing branch of the base line, which is set up to introduce a dosing component into the dosing space of the base line.
  • the dosing chamber thus serves to mix one or more dosing components into the base liquid and, in the simplest case, can be a line section of the base line.
  • the dosing branch preferably has a dosing reservoir that provides the dosing component, a dosing line that is in fluid communication therewith, and a dosing valve that switchably connects the dosing line to the dosing chamber in fluid communication.
  • the device further comprises at least one secondary line with a line which brings the base reservoir into fluid communication with the dosing chamber of the base line via a valve, which is preferably designed as a shut-off valve, a flow meter which is arranged and set up on the line between the base reservoir and the valve is to determine the amount of fluid passing in the line through the flow meter of the secondary line, and a metering space which is arranged between the flow meter of the secondary line and the valve.
  • a valve which is preferably designed as a shut-off valve
  • a flow meter which is arranged and set up on the line between the base reservoir and the valve is to determine the amount of fluid passing in the line through the flow meter of the secondary line
  • a metering space which is arranged between the flow meter of the secondary line and the valve.
  • the line (s) of the one or more secondary lines draw the base liquid as well as the base line from the base reservoir, for example by connecting them to the base reservoir or branching off the base line upstream of the flow meter of the base line.
  • the base line and the secondary line (s) can draw the base liquid from different reservoirs; in this case the feature "base reservoir” denotes the entirety of all reservoirs that provide the base liquid.
  • the flow meter of the secondary line can measure the volume flow, the transported mass or some other physical quantity from which the amount of fluid flowing through can be concluded.
  • the secondary line flow meter preferably works without contact.
  • the flow meter of the secondary line is preferably arranged in such a way that only the base liquid flows through it, i.e. any added dosage components do not reach the flow meter. This means that the media properties on the flow meter do not change, and the line system is not contaminated by different fluids in these areas.
  • the device also has at least one dosing branch of the secondary line, which is set up to introduce a dosing component into the dosing space of the secondary line.
  • the dosing space of the secondary line thus serves, like the dosing space of the base line, for mixing one or more dosing components into the base liquid and, in the simplest case, can be a line section of the secondary line.
  • the dosing branch of the secondary line preferably has one for this purpose Dosing reservoir of the dosing branch of the secondary line, which provides the dosing component, a dosing line of the dosing branch of the secondary line, which is in fluid communication therewith, as well as a dosing valve of the dosing branch of the secondary line, which brings the dosing line of the dosing branch of the secondary line to the dosing chamber of the secondary line in a switchable fluid connection.
  • base and “dosage” do not contain any statements about the type, quality or quantity of the relevant sections and filler product components. In the first place, they serve to linguistically differentiate.
  • the above-described device for filling a container with a multi-component filling product from a base liquid and at least one dosage component provides various technical contributions and advantages over conventional concepts: Filling the container completely with several components at a single filling position (the position of the filling valve) thus simplifies the handling of the containers. Furthermore, no container has to be under the filling valve during the dosing phase, since the dosing is not carried out during filling but in the dosing rooms.
  • the time for dosing can be used synergistically for container transport.
  • the concept presented here can thus be used both for linear cycle machines with one or more filling points and for rotary machines. In the case of rotary machines, the containers can leave the carousel after only a small angle of rotation. In the case of filling machines which are set up for filling carbonated beverages, any relief time can be used synergistically for the dosing phase of the subsequent container.
  • the dosing range can be increased and the accuracy of the dosing can be significantly improved, especially when large and small dosing quantities are mixed in at the same time.
  • a further increase in the metering range and / or optimization of the metering time also results from the fact that at times when metering components of one type are not metered in a line, metering components of another type are metered therein, i.e. can be prepared for later filling, for example. This leads to a significant increase in the flexibility of the device.
  • the mechanical engineering effort to implement the device is comparatively low, since the line system through pipes or hose lines with few valves and only one single flow meter per line is feasible. No complicated geometries have to be installed, which makes the device easy to clean and maintain. The risk of constipation is low.
  • the device is also suitable for dosing highly viscous fluids. A carryover of intensive aroma substances, which migrate into seals, for example, and cannot be removed from the seals by cleaning, is minimized because the lines are only brought together shortly before the filling valve and the filling products from the secondary lines are only filled into the flowing flow of the Baseline.
  • the dosing branch of the base line and the dosing branch of the secondary line are preferably set up in order to introduce the same dosing component into the associated dosing chamber.
  • the dosing branch of the base line preferably has a dosing reservoir of the dosing branch of the base line and the dosing branch of the secondary line has a dosing reservoir of the dosing branch of the secondary line, both of which contain or provide the same dosage component.
  • the device permits particularly precise, individualized metering in a wide metering range, since, depending on the area in which the desired metering quantity is located, the baseline, the secondary line or a combination of both lines can be used.
  • a control device can be provided which not only regulates the metering of the metering component (s) into the metering rooms, but also specifies by which lines or by which combination of lines the desired metering amount can be metered most accurately and / or most efficiently.
  • the different dosage regimes of the base and secondary line (s) can be realized by different nominal sizes or nominal sizes of the components involved.
  • the dosing space of the base line preferably has a different, preferably larger, internal volume than the dosing space of the secondary line.
  • the flow meter of the base line is preferably set up to determine other, preferably larger, flow rates than the flow meter of the secondary line.
  • the line cross sections of the two metering spaces and / or flow meters and / or line sections upstream of the flow meters can differ.
  • downstream and upstream refer to the fill direction, i.e. the direction in which the filling product flows when emptying the dosing spaces to fill the container.
  • the flow meter of the base line and / or the flow meter of the secondary line is set up to measure the amount of fluid that flows through or flows in the filling direction and / or to determine the direction opposite to the filling direction.
  • the “backflow measurement”, ie the determination of the volume of the base liquid displaced backwards out of the metering space by the introduced metering component, is particularly preferred, since in this way the mixing ratio can be determined in a mechanically simple, compact and reliable manner.
  • only a single flow meter is installed per line in order to measure both the base liquid and the dosage component (s) and thus to determine their ratio.
  • the device preferably has at least two dosing branches of the base line, which are set up to introduce several, preferably different, dosing components into the dosing space of the base line, and / or at least two dosing branches of the secondary line, which are set up to carry out several, preferably different, dosing components in initiate the dosing room of the secondary line.
  • several dosage components can be mixed with the base liquid without the overall structure of the device being significantly complicated.
  • the device preferably comprises a second secondary line with a line which brings the base reservoir into fluid communication with the metering space of the base line via a valve, which is preferably designed as a shut-off valve, a flow meter which is arranged and set up on the line between the base reservoir and the valve is in order to determine the amount of fluid passing through the line of the flow meter of the second branch line, and a metering space which is arranged between the flow meter of the second branch line and the valve of the second branch line.
  • the device also has at least one dosage branch of the second secondary line, which is set up to introduce a dosage component into the dosage space of the second secondary line.
  • the nominal widths or nominal sizes of the two secondary lines can be designed accordingly.
  • the metering space of the first secondary line preferably has a different, preferably larger, internal volume than the metering space of the second secondary line.
  • the flow meter of the first secondary line can be set up to determine different, preferably larger, flow rates than the flow meter of the second secondary line.
  • several secondary lines with the same nominal widths or dosing ranges can also be provided, provided that the dosing ranges or number of dosing components require this.
  • one or more of the metering branches each have a metering reservoir, a metering line that is in fluid communication therewith, and a metering valve that switchably connects the metering line with the associated metering chamber in fluid communication.
  • the dosing components can be mixed into the corresponding dosing spaces in a technically simple, flexible and reliable manner.
  • the device preferably has one or more metering valves, which are particularly preferably magnetically switchable, and which, viewed in the filling direction, are each arranged directly downstream or upstream with respect to an associated flow meter.
  • the metering valves are located in particular upstream of the feed lines of the corresponding metering branches (and in the case of the base line upstream of the valves of the secondary line (s)).
  • the reaction time between the flow rate detection and the stop of the introduction of the metering component (s) in particular the fluctuations in the reaction time, can be reduced compared to switching the shut-off valves of the respective metered component, which further improves the metering accuracy. This is particularly useful when dosing small and very small quantities.
  • the metering valves are preferably designed to be continuously adjustable or controllable, so that different flow cross sections can be set. This means that different flow rates can be achieved during dosing, and the dosing range is further enlarged.
  • shut-off valves of the metering branches preferably comprise only two states, open and closed.
  • the above-mentioned object is further achieved by a method for filling a container with a filling product which has a base liquid and at least one dosage component.
  • the method uses the device according to one of the described embodiments and has: providing the base liquid through the base reservoir; Filling the base liquid from the base reservoir into the dosing space of the base line; Filling the base liquid from the base reservoir into the dosing space of the secondary line; Filling the Dosing component from the dosing branch of the base line into the dosing space of the base line, the flow meter of the base line determining the amount of fluid passing through the flow meter in the base line for the dosing of the dosage component; Filling the dosing component from the dosing branch of the secondary line into the dosing chamber of the secondary line, the flow meter of the secondary line determining the amount of fluid passing through the secondary line's flow meter in the line of the auxiliary line for metering the dosing component; and emptying the dosing space of the base line and the do
  • the base liquid from the base reservoir is preferably filled essentially simultaneously into the dosing space of the base line and the dosing space of the secondary line.
  • the dosage components are preferably introduced simultaneously into the dosing space of the base line and into the dosing space of the secondary line. In this way, the different dosage regimes can be implemented without increasing the total dosage time required for the introduction and dosing of the dosage components.
  • the flow meter of the base line When the dosage component is poured from the dosage branch of the base line into the dosage space of the base line, the flow meter of the base line preferably determines the amount of fluid displaced from the dosage space of the base line in the opposite direction to the filling direction.
  • the flow meter of the secondary line when filling the dosing component from the dosing branch of the secondary line into the dosing chamber of the secondary line, the flow meter of the secondary line preferably determines the amount of fluid displaced from the dosing chamber of the secondary line opposite to the filling direction. In this way, the mixing ratio can be determined in a mechanically simple and reliable manner.
  • the flow meter of the base line determines the amount of fluid entering the dosing space of the base line in the filling direction.
  • the flow meter of the secondary line can be determined when filling in the base liquid Determine the amount of fluid entering the dosing chamber of the secondary line from the base reservoir into the dosing chamber of the secondary line.
  • the method preferably further comprises: filling the base liquid from the base reservoir into the metering space of the second secondary line; Filling the dosing component from the dosing branch of the second sub-line into the dosing space of the second sub-line, the flow meter of the second sub-line determining the amount of fluid passing through the flow meter of the second sub-line in the line of the second sub-line for the dosing of the dosing component; and emptying the metering space of the second secondary line into the container via the filling valve.
  • the emptying of the dosing space of the base line, the dosing space of the first secondary line and the dosing space of the second secondary line is preferably carried out essentially simultaneously. This can be achieved by opening the filling valve and the valves of the secondary lines at the same time.
  • the device has one or more metering valves, these are preferably opened for metering the metering component into the corresponding metering chamber and closed when the desired metering quantity is reached.
  • the reaction time between the flow rate detection and the stop of the introduction of the dosage component (s), in particular the fluctuations in the reaction time, can be reduced, which further improves the dosage accuracy. This is particularly useful when dosing small and very small quantities.
  • the metering valves are preferably designed with continuous position control for controlling or regulating the flow rate.
  • the Figure 1 is a schematic representation of a device 1 for filling a container 2 with a multi-component filling product.
  • the device 1 has a base reservoir 10 for a base liquid, which can also be regarded as the main product, and a filling valve 11.
  • the base liquid and dosage components which are mixed in via a fluid system described below are introduced into the container 2 via the filling valve 11.
  • the base liquid is, for example, water.
  • the dosage components can include, for example, syrup, pulp-containing liquids, pulp, flavors, etc.
  • the choice of the base liquid is and Dosage component (s) not particularly restricted.
  • the device 1 has a base line 20 and, in the present exemplary embodiment, two secondary lines 30, 40, which are set up for mixing dosage components of different amounts and / or a larger number into the base liquid.
  • the base line 20 has a base line 21, which extends from the base reservoir 10 to the filling valve 11.
  • the base line 21 is equipped with a flow meter 22 of the base line.
  • the flow meter 22 is preferably a non-contact, such as an inductive, measuring device for determining the liquid flow, volume flow, the mass being transported, or the like, which passes through the flow meter 22. This also applies to the flow meters 32, 42 of the secondary lines described below.
  • the section of the base line 21, which is located between the flow meter 22 and the filling valve 11, is referred to as the dosing space 23 of the base line 20 or contains one.
  • two metering branches 24, 25 open into the metering chamber 23.
  • the two metering branches 24, 25 each have a metering reservoir 24a, 25a, a metering line 24b, 25b in fluid communication therewith and a metering valve 24c, 25c, which brings the associated metering line 24b, 25b to the metering chamber 23 of the base line in a switchable manner.
  • a dosing range for the base line 20 is defined, which according to the present exemplary embodiment is preferably designed for comparatively large dosing quantities.
  • the device 1 For the dosing of other, preferably smaller, quantities, the device 1 according to the present exemplary embodiment has a first and a second secondary line 30, 40, which for example can be designed accordingly for the dosing of small quantities and very small quantities.
  • the first secondary line 30 has a line 31 of the first secondary line, which is equipped with a flow meter 32 of the first secondary line.
  • the second branch line 40 has a line 41 of the second branch line, which is equipped with a flow meter 42 of the second branch line.
  • the lines 31 and 41 of the two secondary lines 30, 40 draw the base liquid in that they are connected to the base reservoir 10 or branch off from the base line 21 upstream of the flow meter 22.
  • Both lines 31, 41 open into the metering chamber 23 of the base line 20 via a corresponding valve 36, 46 of the first and second secondary lines, which are preferably designed as shut-off valves.
  • Analogous to the base line 20 there is a metering space between the flow meters 32, 42 and the associated valves 36, 46, which are referred to herein as the metering space 33 of the first secondary line and the metering space 43 of the second secondary line.
  • the base line 20 and the secondary lines 30, 40 can obtain the base liquid from different reservoirs, even if in the Figures 1 and 2nd only one base reservoir 10 is shown for the sake of clarity.
  • Two dosing branches each open into the dosing spaces 33, 43 of the secondary lines, which, while continuing the terminology selected here, designates the first dosing branch 34 of the first secondary line, second dosing branch 35 of the first secondary line, first dosing branch 44 of the second secondary line and second dosing branch 45 of the second secondary line are.
  • the metering branches 34, 35, 44, 45 the secondary lines each have a dose reservoir 34a, 35a, 44a, 45a, a dose line 34b, 35b, 44b, 45b in fluid communication therewith, and a dose valve 34c, 35c, 44c, 45c, which also carries the dose line 34b, 35b, 44b, 45b brings the associated metering chamber 33, 43 switchable in fluid communication.
  • the first dose reservoirs 24a, 34a, 44a preferably provide a first dose component and the second dose reservoirs 25a, 35a, 45a preferably provide a second dose component that differs from the first dose component, so that in principle the same dose components in the secondary lines 30, 40 can be added to the base liquid as in the base line 20, but optimized for different dosage amounts or dosage regimes. However, such a correspondence is not absolutely necessary.
  • the dosage reservoirs 24a, 34a, 44a, 25a, 35a, 45a of the base and secondary lines 20, 30, 40 can also contain different dosage components, which can increase the flexibility of the system, for example by pre-metering currently unnecessary dosage components for later use become.
  • the metering components are then introduced into the metering chambers 23, 33, 43 by opening the corresponding metering valves 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c.
  • the dosage components can be introduced simultaneously or one after the other.
  • the introduction of the dosage components causes part of the base liquid to be displaced backwards out of the dosage spaces 23, 33, 43.
  • the backward flow is detected by the corresponding flow meters 22, 32, 42.
  • the metering valves 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c which can be designed as pure shut-off valves or as adjustable shut-off valves, remain open until the desired volume of the metering component (s) has been filled into the metering chambers 23, 33, 43 .
  • the flow meters 22, 32, 42 as well the valves of the device 1 are communicatively connected to a control device (not shown in the figures) which, on the basis of the detection results of the flow meters 22, 32, 42, determines the time of opening / closing or generally the switching behavior of the components involved. It should be pointed out that the amount of each individual dosage component can be determined precisely by introducing different dosage components of a line one after the other.
  • the reservoirs 10, 24a, 25a, 34a, 35a, 44a, 45a for the base liquid and the dosage components can each be acted upon separately or together with a gas pressure in the head space in order to ensure the necessary pressure difference for the delivery of the corresponding fluids. Due to an individual adaptability of the delivery pressure, the flow rate can be varied and adjusted even with different media with varying densities and / or viscosities.
  • the control device can now determine through which line or through which combination of lines the desired filling product can best be produced.
  • the duration of the dosing phase specifies the maximum dosing time available for one dosing component, in the event that the other dosing components of the corresponding line do not have to be dosed. Likewise, no container 2 under the filling valve 11 is necessary during the metering phase. The dosing phase can thus be used synergistically for container transport.
  • Another exemplary embodiment takes into account the fact that the reaction times between the flow rate detection by means of the flow meters 22, 32, 42 and the switching of the metering valves 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c, in particular the fluctuations in the reaction times, also determine the accuracy of the metered amount.
  • pneumatic valves are predominantly used for product-contact applications. However, these tend to have the technical disadvantage of longer reaction times compared to solenoid-operated valves and can therefore lead to a reduction in dose accuracy.
  • FIG. 2 is a schematic representation of such a device 1 according to a further embodiment.
  • the metering valves 27, 37, 47 are preferably magnetically switchable in order to optimize their response time.
  • the metering valves 27, 37, 47 react very quickly with a magnetic drive and can be designed both as pure shut-off valves, in particular for short metering times, and as shut-off and control valves, in particular for longer metering times. If the metering valves 27, 37, 47 are also installed and set up such that only the base liquid, for example water, flows through them, the requirements for hygiene and rinsing behavior are lower than for the filling valve 11 and the valves 36, 46 of the secondary lines 30 , 40, which are also flowed through by the dosage components.
  • the device 1 and the method for producing a multicomponent filling product from a base liquid and at least one dosage component mixed therein and filling the filling product provide various technical contributions and advantages over conventional concepts: Completely filling the container 2 in a single position thus simplifies the handling of the containers 2. Furthermore, no container 2 has to be under the filling valve 11 during the metering phase, since the metering is not carried out during filling but in the metering spaces 23, 33, 43. The time for dosing can be used synergistically for the container transport. The concept presented here can thus be used both for linear cycle machines with one or more filling points and for rotary machines.
  • the containers 2 can leave the carousel after only a small angle of rotation.
  • any relief time can be used synergistically for the dosing phase of the subsequent container 2.
  • the flow meters 22, 32, 42 and any associated metering valves 27, 37, 47 are always only from the base liquid, i.e. in most cases water. This means that the media properties do not change and the line system is not contaminated by different fluids in these areas.
  • the mechanical engineering outlay for realizing the device 1 is low, since the line system can be implemented by pipes or hose lines with a few valves and only a single flow meter per line. No complicated geometries need to be installed, which makes the device 1 easy to clean and maintain. The risk of constipation is low.
  • the device 1 is also suitable for dosing highly viscous fluids. A carry-over of intense aroma substances that migrate into seals, for example, and not through cleaning from the seals can be minimized since the lines are only brought together shortly before the filling valve 11 and the filling products from the secondary lines 30, 40 are also only introduced into the flowing flow of the base line 20 during filling.

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  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Vorrichtung (1) und Verfahren zum Befüllen eines Behälters (2) mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist: ein Basisreservoir (10), das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen; ein Füllventil (11), das eingerichtet ist, um das Füllprodukt in den Behälter (2) einzuleiten; eine Basislinie (20) mit einer Basisleitung (21), die das Basisreservoir (10) mit dem Füllventil (11) in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (22), der an der Basisleitung (21) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Füllventil (11) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung (21) den Durchflussmesser (22) passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (23), der zwischen dem Durchflussmesser (22) und dem Füllventil (11) angeordnet ist; zumindest einen Dosagezweig (24) der Basislinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (23) der Basislinie einzuleiten; zumindest eine Nebenlinie (30) mit einer Leitung (31), die das Basisreservoir (10) über ein Ventil (36) mit dem Dosierraum (23) der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (32), der an der Leitung (31) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Ventil (36) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung (31) den Durchflussmesser (32) der Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (33), der zwischen dem Durchflussmesser (32) der Nebenlinie und dem Ventil (36) angeordnet ist; und zumindest einen Dosagezweig (34) der Nebenlinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (33) der Nebenlinie einzuleiten.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist. Die Vorrichtung sowie das Verfahren kommen beispielsweise in einer Getränkeabfüllanlage zum Abfüllen von mehrkomponentigen Getränken, wie etwa Softdrinks, Säften oder karbonisierten Füllprodukten, zur Anwendung.
    • Stand der Technik
  • Um Füllprodukte bestehend aus mehreren Komponenten zu mischen und abzufüllen, sind verschiedene Technologien zum Dosieren der einzelnen Komponenten bekannt, die im Folgenden kurz vorgestellt werden:
    So lassen sich die gewünschten Komponenten beispielsweise über separate Dosierstationen einzeln dosieren und abfüllen, wie es beispielsweise aus der US 2008/0271809 A1 hervorgeht. Die Verwendung von separaten Dosierstationen für eine Vielzahl von Komponenten führt jedoch zu einem komplexen Anlagenaufbau und Prozessablauf, da die Abfüllung jedes Behälters auf mehrere separate Dosier-/Abfüllstationen aufgeteilt wird, an denen der Behälter für die jeweiligen Dosierzeiten positioniert werden muss. Es ist zwar prinzipiell möglich, die mehreren Komponenten über separate Leitungen und Abgabeöffnungen gleichzeitig und an einer gemeinsamen Abfüllstation in die Behälter einzudosieren, dies ist jedoch durch die Größe der Flaschen- bzw. Behältermündung begrenzt.
  • Alternativ kann die Zusammenführung der Komponenten in einem gemeinsamen Füllventil realisiert werden, vgl. beispielsweise EP 0 775 668 A1 und WO 2009/114121 A1 . Die Dosierung einer einem Basisfluid hinzuzufügenden Komponente erfolgt hierbei vordem Füllventilauslauf, wobei die gewünschte Menge beispielsweise durch eine Volumenmessung mittels eines Durchflussmessers ( EP 0 775 668 A1 ) oder durch eine andere volumetrische Dosiertechnologie ( WO 2009/114121 A1 ), etwa mittels eines Dosierkolbens und/oder einer Membranpumpe, abgemessen werden kann.
  • Hohe Dosiergenauigkeiten lassen sich durch eine Abmessung mit Hilfe eines Durchflussmessers erreichen. Dieser misst das zu dosierende Volumen oder die zu dosierende Masse und schließt bei Erreichen eines Schwellwertes ein Absperrventil in der Dosageleitung. Andere volumetrische Dosierverfahren, wie etwa die Verwendung von Pumpen oder das Zeit-/Druckfüllen, weisen oft größere Unsicherheiten auf und reagieren tendenziell empfindlicher auf Änderungen des Dosagemediums, beispielsweise auf Änderungen des Drucks, der Temperatur oder Zusammensetzung. Eine häufige Kalibrierung, insbesondere bei einem Wechsel des Dosagemediums, ist die Folge. Eine gravimetrische Messung der Dosagen ist aufgrund großer Unterschiede zwischen dem Dosagegewicht bei Kleinstmengen (µl) und dem Behältergewicht kaum realisierbar.
  • Die oben dargelegten Technologien zeichnen sich dadurch aus, dass die Komponenten zu einem späten Zeitpunkt, d.h. entweder während oder kurz vor der Abfüllung, vermischt werden. Ein Vorteil der späten Zugabe von Komponenten, im Unterschied zur ebenfalls üblichen industriellen Ausmischung von großen Mengen und späteren Abfüllung, besteht darin, dass eine Verschleppung intensiver Aromastoffe, die beispielsweise in Dichtungen migrieren und durch Reinigung nicht vollständig aus den Dichtungen entfernt werden können, vermieden werden kann. Werden die Komponenten bis zur Behältermündung getrennt voneinander transportiert und bleibt die Dosage tropffrei, kann eine Verschleppung von Komponenten bzw. deren Aromastoffe im Wesentlichen ausgeschlossen werden.
  • Das späte Abmischen ist jedoch auch mit technischen Schwierigkeiten verbunden. So ist eine zeitliche Optimierung des Abfüllvorgangs nicht ohne weiteres möglich, da der Dosiervorgang beispielsweise unter Verwendung eines Durchflussmessers nicht beliebig beschleunigt werden kann. Die Zeit, die der Behälter unter der Dosierstelle verbleibt, ist direkt proportional zu der Leistung der Abfülllinie. Bei einem höheren Leistungsbedarf muss daher entweder die Dosierzeit und damit der Dosierbereich verringert oder eine zweite parallele Dosierlinie aufgebaut werden. Der mögliche Dosierbereich ist von der zur Verfügung stehenden Dosierzeit und damit von der Linienleistung abhängig.
  • Es kommt hinzu, dass das späte Ausmischen eine nicht unerhebliche bauliche Komplexität nach sich zieht. Im Fall kleiner Behältermündungen ist es nur schwer möglich, einen sich bewegenden Behälter mit einem feststehenden Dosierkopf zu befüllen. Daher muss sich entweder der Dosierkopf mit dem Behälter mitbewegen (beispielsweise als Rundläufer) oder der Behälter unter dem Dosierkopf für den Dosier- und Abfüllvorgang stehen bleiben, wie etwa bei einer Lineartaktmaschine. Wenn nun eine Vielzahl von verschiedenen Dosagekomponenten gleichzeitig zur Verfügung stehen soll, sind beide Lösungen aufgrund der Vielzahl an Füllstellen und/oder Dosagekomponenten am Füllventil maschinenbautechnisch aufwendig, kosten- sowie wartungsintensiv und benötigen viel Bauraum.
  • Jene Dosagetechniken, die gleichzeitig das Volumen bestimmen und das Medium fördern, etwa mittels Pumpen oder Kolbendosierer, weisen einen Nachteil darin auf, dass keine Rückmeldung über das tatsächlich in den Behälter eingeleitete Volumen an die Steuerung gegeben werden kann. Dies gilt gleichermaßen für die Zeit-/Druckfüllung. Falls ein Ventil nicht öffnet oder die Leitung verstopft ist, kann dies vom System nicht ohne weiteres sofort erkannt werden. Da eine nachträgliche Qualitätskontrolle des befüllten Behälters bei einer individualisierten Befüllung mit mehreren Komponenten nicht oder nur sehr aufwändig realisierbar ist, ist eine Rückmeldung des Dosagesystemes über die tatsächlich dosierte Menge wünschenswert, wenn nicht zwingend erforderlich.
  • Die oben beschriebenen technischen Probleme haben zu einer Weiterentwicklung des Dosier-/Abfüllprozesses geführt, die beispielsweise aus der EP 2 272 790 A1 und DE 10 2009 049 583 A1 hervorgeht. Hierbei werden direkt bei der Abfüllung die Komponenten des Füllprodukts mittels eines Durchflussmessers dosiert und gemeinsam in den zu befüllenden Behälter eingeleitet, wobei beim Dosieren eine Hauptkomponente von der zudosierten Komponente rückwärts verdrängt wird. Das verdrängte Volumen der Hauptkomponente wird mittels des Durchflussmessers ermittelt, und damit ist ebenfalls das Volumen der zudosierten Komponente bekannt und steuerbar. Bei der anschließenden Abfüllung des Füllprodukts in den Behälter wird die Hauptkomponente zusammen mit der zudosierten Komponente vollständig aus dem Füllventil in den Behälter gespült, wobei gleichzeitig die Gesamtfüllmenge mit demselben Durchflussmesser ermittelt werden kann. Beim nächsten Abfüllzyklus können die Füllmengen und auch die zudosierten Komponentenmengen neu bestimmt werden. Damit ist eine hochflexible Abfüllung individualisierter Getränke ohne Umstellzeiten möglich.
  • Ein technisches Problem der Dosierung durch Rückwärtsverdrängung unter Verwendung eines Durchflussmessers betrifft jedoch die Grenzen des Dosierbereichs. Der Dosierbereich kann sowohl durch die zur Verfügung stehende Dosierzeit als auch durch den Volumenstrom des zu dosierenden Mediums beeinflusst werden. Da jeder Durchflussmesser unterhalb der spezifischen Messgrenze, d.h. unterhalb einer bauartbedingten Minimalgeschwindigkeit, keinen Fluss anzeigt und die Maximalgeschwindigkeit durch den quadratisch steigenden Druckverlust vorgegeben ist, kann der Volumenstrom über eine Vordruckregelung oder ein Proportionalventil nur in Grenzen geändert werden. Mit Auswahl der Nennweiten der Leitungen, Instrumente und Ventile wird somit ein Dosierbereich festgelegt. In Bezug auf die Dosierzeit als weiterer Parameter zur Festlegung des Dosierbereichs wird die maximal mögliche Dosiermenge durch jene Zeit begrenzt, die maximal für die Dosierung zur Verfügung steht. Die minimal mögliche Dosierzeit ist technisch begrenzt durch die Reaktionszeit des Durchflussmessers, des Dosierventils und der Steuerung. Bei kleinen Dosierzeiten (beispielsweise < 2 s) ist eine Beeinflussung der Dosiermenge nur über die Dosierzeit möglich. Bei größeren Dosierzeiten (beispielsweise > 2 s) ist zusätzlich auch eine Regelung des Durchflusses über ein Regelventil und einen Durchflussmesser möglich. Zusätzlich zur Anpassung der Dosierzeit kann bei großen Dosierzeiten somit der Durchfluss geregelt werden, weshalb der Dosierbereich in diesem Fall deutlich größer ist als bei kleinen Dosierzeiten.
  • Daraus ergibt sich, dass bei der Verwendung eines Durchflussmessers für die Dosierung der Komponenten das minimal zudosierbare Volumen begrenzt ist oder aber mit einer erheblichen Erhöhung der Dosierzeit einhergeht. Gerade im Fall individualisierter Getränke oder im Bereich individualisierter Arzneimittel oder Kosmetika wird jedoch ein möglichst großer Dosierbereich angestrebt, d.h. es sollten sowohl sehr kleine als auch sehr große Mengen der zu dosierende(n) Komponente(n) abmessbar sein, ohne dass die Prozesseffizienz darunter leidet.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung sowie ein verbessertes Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, bereitzustellen, insbesondere die Dosageflexibilität zu verbessern und/oder den Dosagebereich zu vergrößern.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt aus einer Basisflüssigkeit und zumindest einer Dosagekomponente eingerichtet. Das Füllprodukt ist demnach ein mehrkomponentiges Füllprodukt aus zumindest zwei Komponenten, wobei eine der Komponenten zur sprachlichen Unterscheidung hierin als "Basisflüssigkeit" bezeichnet sei und vorzugsweise als Hauptkomponente fungiert. Neben dem Abfüllen des Füllprodukts ist die Vorrichtung zum Zusammenführen bzw. Mischen der Komponenten eingerichtet und übernimmt insofern zumindest einen Teil des Herstellungsprozesses des abzufüllenden Füllprodukts. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser. Die Dosagekomponente(n) kann/können beispielsweise Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen. Da die Vorrichtung jedoch nicht nur zum Abfüllen von Getränken im Lebensmittelbereich geeignet ist, sondern beispielsweise auch für die Zusammenmischung/Dosierung und Abfüllung von Arzneimitteln, Farben und anderen Flüssigkeiten, umfassend hochviskose und pastöse Flüssigkeiten, ist die Wahl der Basisflüssigkeit und Dosagekomponente(n) nicht auf besondere Weise eingeschränkt.
  • Die Vorrichtung weist ein Basisreservoir, das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen, sowie ein Füllventil auf, das eingerichtet ist, um das Füllprodukt in den Behälter einzuleiten. Die Bezeichnung "Basisreservoir" umfasst hierin jedwede Quelle zur Bereitstellung der Basisflüssigkeit. So kann das Basisreservoir beispielsweise durch einen Tank oder Behälter realisiert sein, ebenso durch eine Rohr- oder Schlauchleitung, welche die Basisflüssigkeit von einer externen Anlage zuführt. Dies gilt analog für etwaige Dosagereservoire (weiter unten beschrieben) zur Bereitstellung von Dosagekomponenten.
  • Die Vorrichtung umfasst eine Basislinie mit einer Basisleitung, die das Basisreservoir mit dem Füllventil in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser, der an der Basisleitung zwischen dem Basisreservoir und dem Füllventil angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung den Durchflussmesser passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum, der zwischen dem Durchflussmesser und dem Füllventil angeordnet ist.
  • Der Durchflussmesser kann zur Bestimmung der Fluidmenge den Volumenstrom, die transportierte Masse oder eine andere physikalische Größe messen, aus der auf die durchströmende Fluidmenge geschlossen werden kann. Vorzugsweise arbeitet der Durchflussmesser berührungslos. Ferner ist der Durchflussmesser vorzugsweise so angeordnet, dass dieser ausschließlich von der Basisflüssigkeit durchströmt wird, d.h. etwaige zudosierte Dosagekomponenten (nachstehend beschrieben) gelangen nicht bis zum Durchflussmesser. Damit ändern sich die Medieneigenschaften am Durchflussmesser nicht, und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
  • Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen Dosagezweig der Basislinie auf, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum der Basislinie einzuleiten. Der Dosierraum dient somit dem Einmischen einer oder mehrerer Dosagekomponenten in die Basisflüssigkeit und kann im einfachsten Fall ein Leitungsabschnitt der Basisleitung sein. Der Dosagezweig weist zu diesem Zweck vorzugsweise ein Dosagereservoir, das die Dosagekomponente bereitstellt, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung sowie ein Dosageventil auf, das die Dosageleitung mit dem Dosierraum schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  • Die Vorrichtung umfasst ferner zumindest eine Nebenlinie mit einer Leitung, die das Basisreservoir über ein Ventil, das vorzugsweise als Absperrventil ausgeführt ist, mit dem Dosierraum der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser, der an der Leitung zwischen dem Basisreservoir und dem Ventil angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung den Durchflussmesser der Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum, der zwischen dem Durchflussmesser der Nebenlinie und dem Ventil angeordnet ist.
  • Die Leitung(en) der einen oder mehreren Nebenlinien beziehen die Basisflüssigkeit wie die Basisleitung ebenso vom Basisreservoir, beispielsweise indem diese mit dem Basisreservoir verbunden sind oder stromaufwärts des Durchflussmessers der Basislinie von der Basisleitung abzweigen. Selbstverständlich können die Basislinie und die Nebenlinie(n) die Basisflüssigkeit aus unterschiedlichen Reservoiren beziehen; in diesem Fall bezeichnet das Merkmal "Basisreservoir" die Gesamtheit aller Reservoire, welche die Basisflüssigkeit bereitstellen.
  • Der Durchflussmesser der Nebenlinie kann wie der Durchflussmesser der Basislinie zur Bestimmung der Fluidmenge den Volumenstrom, die transportierte Masse oder eine andere physikalische Größe messen, aus der auf die durchströmende Fluidmenge geschlossen werden kann. Vorzugsweise arbeitet der Durchflussmesser der Nebenlinie berührungslos. Ferner ist der Durchflussmesser der Nebenlinie vorzugsweise so angeordnet, dass dieser ausschließlich von der Basisflüssigkeit durchströmt wird, d.h. etwaige zudosierte Dosagekomponenten gelangen nicht bis zum Durchflussmesser. Damit ändern sich die Medieneigenschaften am Durchflussmesser nicht, und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
  • Die Vorrichtung weist ferner zumindest einen Dosagezweig der Nebenlinie auf, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum der Nebenlinie einzuleiten. Der Dosierraum der Nebenlinie dient somit wie der Dosierraum der Basislinie dem Einmischen einer oder mehrerer Dosagekomponenten in die Basisflüssigkeit und kann im einfachsten Fall ein Leitungsabschnitt der Nebenlinie sein. Der Dosagezweig der Nebenlinie weist zu diesem Zweck vorzugsweise ein Dosagereservoir des Dosagezweigs der Nebenlinie, das die Dosagekomponente bereitstellt, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung des Dosagezweigs der Nebenlinie sowie ein Dosageventil des Dosagezweigs der Nebenlinie auf, das die Dosageleitung des Dosagezweigs der Nebenlinie mit dem Dosierraum der Nebenlinie schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnungen "Basis-" und "Dosage-" keine Aussagen über die Art, Qualität oder Menge der betreffenden Abschnitte und Füllproduktkomponenten enthalten. Sie dienen hierin in erster Linie der sprachlichen Unterscheidung.
  • Die vorstehend dargelegte Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt aus einer Basisflüssigkeit und zumindest einer Dosagekomponente stellt verschiedene technische Beiträge und Vorteile gegenüber herkömmlichen Konzepten bereit:
    So vereinfacht die vollständige Befüllung des Behälters mit mehreren Komponenten an einer einzigen Füllposition (der Position des Füllventils) die Handhabung der Behälter. Ferner muss während der Dosierphase kein Behälter unter dem Füllventil stehen, da die Dosierung nicht beim Abfüllen sondern in den Dosierräumen vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport genutzt werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen. Im Fall von Füllmaschinen, die zum Abfüllen karbonisierter Getränke eingerichtet sind, kann eine etwaige Entlastungszeit synergetisch für die Dosierphase des nachfolgenden Behälters genutzt werden.
  • Ein wichtiger technischer Beitrag besteht darin, dass durch die Anwendung einer oder mehrerer Nebenlinien, die wie Dosagezweige in den Dosierraum der Basislinie einmünden, der Dosierbereich erhöht und die Genauigkeit der Dosierung, insbesondere bei einer gleichzeitigen Einmischung großer und kleiner Dosiermengen, deutlich verbessert werden können. Eine weitere Erhöhung des Dosierbereiches und/oder Optimierung der Dosierzeit folgt zudem daraus, dass in Zeiten, in denen Dosagekomponenten eines Typs in einer Linie nicht dosiert werden, Dosagekomponenten anderen Typs darin dosiert, d.h. beispielsweise für eine spätere Abfüllung vorbereitet werden können. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Flexibilität der Vorrichtung.
  • Der maschinenbauliche Aufwand zur Realisierung der Vorrichtung ist vergleichsweise gering, da das Leitungssystem durch Rohre oder Schlauchleitungen mit wenigen Ventilen und nur einem einzigen Durchflussmesser pro Linie realisierbar ist. Es müssen keine komplizierten Geometrien eingebaut werden, wodurch die Vorrichtung einfach zu reinigen und zu warten ist. Das Verstopfungsrisiko ist gering. Die Vorrichtung ist zudem zum Dosieren hochviskoser Fluide geeignet. Eine Verschleppung intensiver Aromastoffe, die beispielsweise in Dichtungen migrieren und nicht durch eine Reinigung aus den Dichtungen entfernt werden können, wird minimiert, da die Linien erst kurz vor dem Füllventil zusammengeführt werden und die Füllprodukte aus den Nebenlinien erst bei der Abfüllung in die fließende Strömung der Basislinie eingeleitet werden.
  • Vorzugsweise sind der Dosagezweig der Basislinie und der Dosagezweig der Nebenlinie eingerichtet, um die gleiche Dosagekomponente in den zugehörigen Dosierraum einzuleiten. Zu diesem Zweck weist der Dosagezweig der Basislinie vorzugsweise ein Dosagereservoir des Dosagezweigs der Basislinie und der Dosagezweig der Nebenlinie ein Dosagereservoir des Dosagezweigs der Nebenlinie auf, die beide die gleiche Dosagekomponente enthalten bzw. bereitstellen. Die Vorrichtung erlaubt gemäß dieser Ausführungsform eine besonders präzise, individualisierte Dosierung in einem weiten Dosierbereich, da je nachdem in welchem Bereich sich die gewünschte Dosagemenge befindet, die Basislinie, die Nebenlinie oder eine Kombination beider Linien genutzt werden kann. Zu diesem Zweck kann eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die nicht nur die Zudosierung der Dosagekomponente(n) in die Dosierräume regelt, sondern außerdem festlegt, durch welche Linien oder durch welche Kombination von Linien die gewünschte Dosagemenge am genauesten und/oder effizientesten dosierbar ist.
  • Die unterschiedlichen Dosageregime der Basis- und Nebenlinie(n) lassen sich durch unterschiedliche Nennweiten bzw. Nenngrößen der beteiligten Komponenten realisieren. So weist der Dosierraum der Basislinie vorzugsweise ein anderes, vorzugsweise größeres, Innenvolumen als der Dosierraum der Nebenlinie auf. Alternativ oder zusätzlich ist der Durchflussmesser der Basislinie vorzugsweise zur Bestimmung anderer, vorzugsweise größerer, Durchflussmengen als der Durchflussmesser der Nebenlinie eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich können sich die Leitungsquerschnitte der beiden Dosierräume und/oder Durchflussmesser und/oder Leitungsabschnitte stromaufwärts der Durchflussmesser unterscheiden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Bezeichnungen "stromabwärts" und "stromaufwärts" hierin auf die Füllrichtung beziehen, d.h. jene Richtung, in die das Füllprodukt beim Entleeren der Dosierräume zum Befüllen des Behälters strömt.
  • Vorzugsweise ist der Durchflussmesser der Basislinie und/oder der Durchflussmesser der Nebenlinie eingerichtet, um die passierende bzw. durchströmende Fluidmenge in der Füllrichtung und/oder der der Füllrichtung entgegengesetzten Richtung zu bestimmen. Hierbei ist die "Rückstrommessung", d.h. die Bestimmung des von der eingeleiteten Dosagekomponente rückwärts aus dem Dosierraum verdrängten Volumens der Basisflüssigkeit, besonders bevorzugt, da auf diese Weise das Mischungsverhältnis auf maschinenbaulich einfache, kompakte und zuverlässige Weise bestimmbar ist. Insbesondere ist lediglich ein einziger Durchflussmesser pro Linie installiert, um sowohl die Basisflüssigkeit als auch die Dosagekomponente(n) einzumessen und damit deren Verhältnis zu bestimmen.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest zwei Dosagezweige der Basislinie, die eingerichtet sind, um mehrere, vorzugsweise unterschiedliche, Dosagekomponenten in den Dosierraum der Basislinie einzuleiten, und/oder zumindest zwei Dosagezweige der Nebenlinie auf, die eingerichtet sind, um mehrere, vorzugsweise unterschiedliche, Dosagekomponenten in den Dosierraum der Nebenlinie einzuleiten. Auf diese Weise lassen sich mehrere Dosagekomponenten mit der Basisflüssigkeit vermischen, ohne dass sich der Gesamtaufbau der Vorrichtung wesentlich verkompliziert.
  • Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine zweite Nebenlinie mit einer Leitung, die das Basisreservoir über ein Ventil, das vorzugsweise als Absperrventil ausgeführt ist, mit dem Dosierraum der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser, der an der Leitung zwischen dem Basisreservoir und dem Ventil angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung den Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum, der zwischen dem Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie und dem Ventil der zweiten Nebenlinie angeordnet ist. Gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner zumindest einen Dosagezweig der zweiten Nebenlinie auf, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum der zweiten Nebenlinie einzuleiten. Durch die Bereitstellung einer weiteren Nebenlinie kann die Vorrichtung drei Dosageregime unterscheiden, was eine deutliche Verbesserung insbesondere bei der Einmischung schwer zu dosierender Klein- und Kleinstmengen bringt.
  • Zu diesem Zweck können die Nennweiten bzw. Nenngrößen der beiden Nebenlinien entsprechend ausgelegt sein. So weist der Dosierraum der ersten Nebenlinie vorzugsweise ein anderes, vorzugsweise größeres, Innenvolumen als der Dosierraum der zweiten Nebenlinie auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Durchflussmesser der ersten Nebenlinie zur Bestimmung anderer, vorzugsweise größerer, Durchflussmengen als der Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie eingerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können sich die Leitungsquerschnitte der beiden Dosierräume und/oder Durchflussmesser und/oder Leitungsabschnitte stromaufwärts der Durchflussmesser unterscheiden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch mehrere Nebenlinien mit den gleichen Nennweiten bzw. Dosierbereichen vorgesehen sein können, sofern die Dosierbereiche bzw. Anzahl der Dosierkomponenten dies fordern.
  • Vorzugsweise weist einer oder weisen mehrere der Dosagezweige jeweils ein Dosagereservoir, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung sowie ein Dosageventil auf, das die Dosageleitung mit dem zugehörigen Dosierraum schaltbar in Fluidverbindung bringt. Auf diese Weise ist die Einmischung der Dosagekomponenten in die entsprechenden Dosierräume auf technisch einfache, flexible sowie zuverlässige Weise realisierbar.
  • Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein oder mehrere Dosierventile, die besonders bevorzugt magnetisch schaltbar sind, auf, die in Füllrichtung betrachtet jeweils unmittelbar stromabwärts oder stromaufwärts bezüglich eines zugehörigen Durchflussmessers angeordnet sind. Die Dosierventile befinden sich gemäß dieser besonders bevorzugten Ausführungsform insbesondere stromaufwärts der Zuleitungen der entsprechenden Dosagezweige (und im Fall der Basislinie stromaufwärts der Ventile der Nebenlinie(n)). Auf diese Weise lässt sich die Reaktionszeit zwischen der Durchflussmengendetektion und dem Stopp der Einleitung der Dosagekomponente(n), insbesondere die Schwankungen der Reaktionszeit, im Vergleich zum Schalten der Absperrventile der jeweiligen dosierten Komponente verringern, wodurch die Dosagegenauigkeit weiter verbessert wird. Dies ist insbesondere bei der Dosage von Klein- und Kleinstmengen nützlich.
  • Die Dosierventile sind vorzugsweise stetig regelbar oder steuerbar ausgeführt, so dass unterschiedliche Fließquerschnitte eingestellt werden können. Damit können unterschiedliche Durchflussgeschwindigkeiten während der Dosierung realisiert werden, und der Dosierbereich wird weiter vergrößert.
  • Die Absperrventile der Dosagezweige hingegen umfassen vorzugsweise nur zwei Zustände, offen und geschlossen.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, gelöst. Das Verfahren verwendet die Vorrichtung gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen und weist auf: Bereitstellen der Basisflüssigkeit durch das Basisreservoir; Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum der Basislinie; Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum der Nebenlinie; Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig der Basislinie in den Dosierraum der Basislinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser der Basislinie die in der Basisleitung den Durchflussmesser passierende Fluidmenge bestimmt; Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig der Nebenlinie in den Dosierraum der Nebenlinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser der Nebenlinie die in der Leitung der Nebenlinie den Durchflussmesser der Nebenlinie passierende Fluidmenge bestimmt; und Entleeren des Dosierraums der Basislinie und des Dosierraums der Nebenlinie über das Füllventil in den Behälter. Die Entleerung des Dosierraums der Basislinie und des Dosierraums der Nebenlinie wird vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt. Dies kann durch ein gleichzeitiges Öffnen des Füllventils und des Ventils der Nebenlinie erreicht werden.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf die Vorrichtung beschrieben wurden, gelten analog für das Verfahren.
  • So wird die Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig in den Dosierraum der Basislinie und den Dosierraum der Nebenlinie eingefüllt. Gleichermaßen werden die Dosagekomponenten vorzugsweise gleichzeitig in den Dosierraum der Basislinie und in den Dosierraum der Nebenlinie eingeleitet. Auf diese Weise können die unterschiedlichen Dosageregime realisiert werden, ohne dass sich die Gesamtdosagezeit erhöht, die für das Einleiten und Dosieren der Dosagekomponenten erforderlich ist.
  • Vorzugsweise bestimmt beim Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig der Basislinie in den Dosierraum der Basislinie der Durchflussmesser der Basislinie die aus dem Dosierraum der Basislinie entgegengesetzt zur Füllrichtung verdrängte Fluidmenge. Alternativ oder zusätzlich bestimmt beim Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig der Nebenlinie in den Dosierraum der Nebenlinie vorzugsweise der Durchflussmesser der Nebenlinie die aus dem Dosierraum der Nebenlinie entgegengesetzt der Füllrichtung verdrängte Fluidmenge. Auf diese Weise ist das Mischungsverhältnis auf maschinenbaulich einfache und zuverlässige Weise bestimmbar.
  • Insbesondere ist lediglich ein einziger Durchflussmesser pro Linie erforderlich, um sowohl die Basisflüssigkeit als auch die Dosagekomponente(n) einzumessen und damit deren Verhältnis zu bestimmen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass beim Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum der Basislinie der Durchflussmesser der Basislinie die in Füllrichtung in den Dosierraum der Basislinie eintretende Fluidmenge bestimmt. Alternativ oder zusätzlich bestimmt kann der Durchflussmesser der Nebenlinie beim Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum der Nebenlinie die in Füllrichtung in den Dosierraum der Nebenlinie eintretende Fluidmenge bestimmen.
  • Im Fall einer zweiten Nebenlinie weist das Verfahren vorzugsweise ferner auf: Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir in den Dosierraum der zweiten Nebenlinie; Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig der zweiten Nebenlinie in den Dosierraum der zweiten Nebenlinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie die in der Leitung der zweiten Nebenlinie den Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie passierende Fluidmenge bestimmt; und Entleeren des Dosierraums der zweiten Nebenlinie über das Füllventil in den Behälter. Die Entleerung des Dosierraums der Basislinie, des Dosierraums der ersten Nebenlinie sowie des Dosierraums der zweiten Nebenlinie wird vorzugsweise im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt. Dies kann durch ein gleichzeitiges Öffnen des Füllventils und der Ventile der Nebenlinien erreicht werden. Durch die Bereitstellung einer weiteren Nebenlinie kann die Vorrichtung drei Dosageregime unterscheiden, was eine deutliche Verbesserung insbesondere bei der Einmischung schwer zu dosierender Klein- und Kleinstmengen bringt.
  • Wenn die Vorrichtung ein oder mehrere Dosierventile aufweist, werden diese vorzugsweise für das Eindosieren der Dosagekomponente in den entsprechenden Dosierraum geöffnet und beim Erreichen der gewünschten Dosagemenge geschlossen. Auf diese Weise lässt sich die Reaktionszeit zwischen der Durchflussmengendetektion und dem Stopp der Einleitung der Dosagekomponente(n), insbesondere die Schwankungen der Reaktionszeit, verringern, wodurch die Dosagegenauigkeit weiter verbessert wird. Dies ist insbesondere bei der Dosage von Klein- und Kleinstmengen nützlich. Vorzugsweise sind die Dosierventile mit stetiger Stellungsregelung zur Steuerung oder Regelung der Durchflussgeschwindigkeit ausgeführt.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
    • Kurze Beschreibung der Figuren
    • Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt.
    • Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
  • Die Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 2 mit einem mehrkomponentigen Füllprodukt.
  • Die Vorrichtung 1 weist ein Basisreservoir 10 für eine Basisflüssigkeit, die auch als Hauptprodukt angesehen werden kann, sowie ein Füllventil 11 auf. Die Basisflüssigkeit und Dosagekomponenten, die über ein nachstehend beschriebenes Fluidsystem hinzugemischt werden, werden über das Füllventil 11 in den Behälter 2 eingeleitet. Die Basisflüssigkeit ist beispielsweise Wasser. Die Dosagekomponenten können beispielsweise Sirup, Fruchtfleisch enthaltende Flüssigkeiten, Pulpe, Aromen usw. umfassen. Da die Vorrichtung 1 jedoch nicht nur zum Abfüllen von Getränken im Lebensmittelbereich geeignet ist, sondern beispielsweise auch für die Zusammenmischung/Dosierung und/oder Abfüllung von Arzneimitteln, Kosmetika, Farben und anderen Flüssigkeiten, umfassend hochviskose und pastöse Flüssigkeiten, ist die Wahl der Basisflüssigkeit und Dosagekomponente(n) nicht auf besondere Weise eingeschränkt.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Basislinie 20 und im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Nebenlinien 30, 40 auf, die für das Einmischen von Dosagekomponenten unterschiedlicher Mengen und/oder einer größeren Anzahl in die Basisflüssigkeit eingerichtet sind.
  • Die Basislinie 20 weist zu diesem Zweck eine Basisleitung 21 auf, die sich vom Basisreservoir 10 zum Füllventil 11 erstreckt. Die Basisleitung 21 ist mit einem Durchflussmesser 22 der Basislinie ausgestattet. Der Durchflussmesser 22 ist vorzugsweise eine berührungslose, etwa eine induktive, Messeinrichtung zur Bestimmung des den Durchflussmesser 22 passierenden Flüssigkeitsstroms, Volumenstroms, der transportierten Masse oder dergleichen. Dies gilt gleichermaßen für die nachstehend beschriebenen Durchflussmesser 32, 42 der Nebenlinien.
  • Der Abschnitt der Basisleitung 21, der sich zwischen dem Durchflussmesser 22 und dem Füllventil 11 befindet, sei als Dosierraum 23 der Basislinie 20 bezeichnet oder enthält einen solchen. In den Dosierraum 23 münden gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Dosagezweige 24, 25 ein. Die beiden Dosagezweige 24, 25 weisen jeweils ein Dosagereservoir 24a, 25a, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung 24b, 25b sowie ein Dosageventil 24c, 25c auf, das die zugehörige Dosageleitung 24b, 25b mit dem Dosierraum 23 der Basislinie schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  • Mit der Auswahl der Nennweiten des Dosierraums 23, des Durchflussmessers 22 und/oder der Dosagezweige 24, 25 wird ein Dosierbereich für die Basislinie 20 festgelegt, der gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise für vergleichsweise große Dosagemengen ausgelegt ist.
  • Für die Dosage anderer, vorzugsweise kleinerer, Mengen, weist die Vorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine erste und eine zweite Nebenlinie 30, 40 auf, die beispielsweise entsprechend für die Dosage von Kleinmengen und Kleinstmengen ausgelegt sein können. Die erste Nebenlinie 30 weist eine Leitung 31 der ersten Nebenlinie auf, die mit einem Durchflussmesser 32 der ersten Nebenlinie ausgestattet ist. Analog weist die zweite Nebenlinie 40 eine Leitung 41 der zweiten Nebenlinie auf, die mit einem Durchflussmesser 42 der zweiten Nebenlinie ausgestattet ist.
  • Die Leitungen 31 und 41 der beiden Nebenlinien 30, 40 beziehen wie die Basisleitung 21 die Basisflüssigkeit, indem diese mit dem Basisreservoir 10 verbunden sind oder stromaufwärts des Durchflussmessers 22 von der Basisleitung 21 abzweigen. Beide Leitungen 31, 41 münden über ein entsprechendes Ventil 36, 46 der ersten und zweiten Nebenlinie, die vorzugsweise als Absperrventile ausgeführt sind, in den Dosierraum 23 der Basislinie 20 ein. Analog zur Basislinie 20 befinden sich zwischen den Durchflussmessern 32, 42 und den zugehörigen Ventilen 36, 46 je ein Dosierraum, die hierin als Dosierraum 33 der ersten Nebenlinie und Dosierraum 43 der zweiten Nebenlinie bezeichnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Basislinie 20 und die Nebenlinien 30, 40 die Basisflüssigkeit aus unterschiedlichen Reservoiren beziehen können, auch wenn in den Figuren 1 und 2 der Übersichtlichkeit halber nur ein Basisreservoir 10 gezeigt ist.
  • In die Dosierräume 33, 43 der Nebenlinien münden jeweils zwei Dosagezweige ein, die unter Fortführung der hierin gewählten Terminologie als erster Dosagezweig 34 der ersten Nebenlinie, zweiter Dosagezweig 35 der ersten Nebenlinie, erster Dosagezweig 44 der zweiten Nebenlinie und zweiter Dosagezweig 45 der zweiten Nebenlinie bezeichnet sind. Die Dosagezweige 34, 35, 44, 45 der Nebenlinien weisen jeweils ein Dosagereservoir 34a, 35a, 44a, 45a, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung 34b, 35b, 44b, 45b sowie ein Dosageventil 34c, 35c, 44c, 45c auf, das die Dosageleitung 34b, 35b, 44b, 45b mit dem zugehörigen Dosierraum 33, 43 schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  • Die ersten Dosagereservoire 24a, 34a, 44a stellen vorzugsweise eine erste Dosagekomponente und die zweiten Dosagereservoire 25a, 35a, 45a stellen vorzugsweise eine zweite Dosagekomponente, die sich von der ersten Dosagekomponente unterscheidet, bereit, so dass in den Nebenlinien 30, 40 prinzipiell die gleichen Dosagekomponenten zur Basisflüssigkeit wie in der Basislinie 20 hinzugefügt werden können, jedoch optimiert für unterschiedliche Dosagemengen bzw. Dosageregime. Allerdings ist eine solche Entsprechung nicht unbedingt erforderlich. So können die Dosagereservoire 24a, 34a, 44a, 25a, 35a, 45a der Basis- und Nebenlinien 20, 30, 40 auch unterschiedliche Dosagekomponenten beinhalten, wodurch die Flexibilität der Anlage erhöht werden kann, indem beispielsweise aktuell nicht benötigte Dosagekomponenten für einen späteren Gebrauch vordosiert werden.
  • Nachfolgend wird der Dosage- und Abfüllprozess anhand der Vorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 beschrieben:
    Alle Linien, d.h. die Basislinie 20 und die beiden Nebenlinien 30, 40, werden zu Beginn jedes Füllzyklus mit der Basisflüssigkeit gespült, wodurch die zugehörigen Dosierräume 23, 33, 43 bei geschlossenem Füllventil 11 und geschlossenen Ventilen 36, 46 mit der Basisflüssigkeit gefüllt werden. Beim Füllen der Dosierräume 23, 33, 43 können die zugehörigen Durchflussmesser 22, 32, 42 den Durchfluss an Basisflüssigkeit in der Vorwärtsrichtung, d.h. der Füllrichtung, messen. Auf diese Weise lässt sich das gewünschte Gesamtfüllvolumen des entsprechenden Dosierraums 23, 33, 43 ermitteln und einstellen.
  • Anschließend werden in die Dosierräume 23, 33, 43 die Dosagekomponenten eingeleitet, indem die entsprechenden Dosageventile 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c geöffnet werden. Die Dosagekomponenten können gleichzeitig oder nacheinander eingeleitet werden. Das Einleiten der Dosagekomponenten führt dazu, dass ein Teil der Basisflüssigkeit rückwärts aus den Dosierräumen 23, 33, 43 heraus verdrängt wird. Hierbei wird der rückwärtsgerichtete Durchfluss von den entsprechenden Durchflussmessern 22, 32, 42 detektiert. Die Dosageventile 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c, die als reine Absperrventile oder auch als regelbare Absperrventile ausgeführt sein können, bleiben solange geöffnet, bis das gewünschte Volumen der Dosagekomponente(n) in die Dosierräume 23, 33, 43 eingefüllt ist. Zu diesem Zweck sind die Durchflussmesser 22, 32, 42 sowie die Ventile der Vorrichtung 1 mit einer Steuereinrichtung (in den Figuren nicht dargestellt) kommunizierend verbunden, die auf der Grundlage der Detektionsergebnisse der Durchflussmesser 22, 32, 42 den Zeitpunkt des Öffnens/Schließens oder allgemein das Schaltverhalten der beteiligten Komponenten bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge jeder einzelnen Dosagekomponente genau bestimmt werden kann, indem unterschiedliche Dosagekomponenten einer Linie nacheinander eingeleitet werden.
  • In der anschließenden Abfüllphase werden alle Dosierräume 23, 33, 43 gleichzeitig oder nacheinander über das Füllventil 11 in den Behälter 2 entleert, wodurch die Linien vollständig gespült werde. Das Abfüllvolumen ergibt sich somit aus der Summe der Abfüllvolumina aller Dosierräume 23, 33, 43.
  • Die Reservoire 10, 24a, 25a, 34a, 35a, 44a, 45a für die Basisflüssigkeit und die Dosagekomponenten können jeweils separat oder gemeinsam mit einem Gasdruck im Kopfraum beaufschlagt werden, um die notwendige Druckdifferenz für die Förderung der entsprechenden Fluide sicherzustellen. Durch eine individuelle Anpassbarkeit des Förderdruckes kann die Fließgeschwindigkeit auch bei unterschiedlichen Medien mit variierenden Dichten und/oder Viskositäten variiert und eingestellt werden.
  • Durch die Auslegung der Nennweiten der Dosierräume 23, 33, 43 auf die gewünschten Dosiermengen und Durchflussgeschwindigkeiten lässt sich eine genaue Dosierung und eine optimale Ausspülung mit der Basisflüssigkeit erzielen. Die Vorrichtung 1 erlaubt zudem eine präzise, individualisierte Dosierung in einem ausgesprochen weiten Dosierbereich, da die schwer zu dosierenden Klein- und Kleinstmengen in dafür optimierte Nebenlinien 30, 40 ausgelagert wird. Die Steuereinrichtung kann nun je nach der gewünschten Dosagemenge bestimmen, durch welche Linie oder durch welche Kombination von Linien das gewünschte Füllprodukt am besten produzierbar ist.
  • Die Zusammenführung der Linien kurz vor dem Füllventil 11 führt während der Abfüllphase aufgrund der Dosage in eine fließende Strömung zu einer verschleppungsfreien Abfüllung.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass weder die Anzahl der Linien noch die Anzahl der in die einzelnen Linien einmündenden Dosagezweige auf besonderen Weise eingeschränkt sind, solange sichergestellt wird, dass zumindest zwei Linien, vorzugsweise optimiert für unterschiedliche Dosagemengen, installiert sind.
  • Die Dauer der Dosierphase gibt die maximal für eine Dosagekomponente verfügbare Dosierzeit vor, in dem Fall, dass die anderen Dosagekomponenten der entsprechenden Linie nicht dosiert werden müssen. Ebenso ist während der Dosierphase kein Behälter 2 unter dem Füllventil 11 notwendig. Somit kann die Dosierphase synergetisch für den Behältertransport verwendet werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel berücksichtigt die Tatsache, dass die Reaktionszeiten zwischen der Durchflussmengendetektion mittels der Durchflussmesser 22, 32, 42 und der Schaltung der Dosageventile 24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c, insbesondere die Schwankungen der Reaktionszeiten, die Genauigkeit der Dosiermenge mitbestimmen. Im Lebensmittelbereich werden für produktberührte Anwendungen überwiegend pneumatische Ventile verwendet. Diese weisen jedoch den technischen Nachteil tendenziell längerer Reaktionszeiten gegenüber magnetisch angetriebenen Ventilen auf und können damit zu einer Verringerung der Dosagegenauigkeit führen.
  • Aus diesem Grund ist es nützlich, insbesondere bei der Abfüllung von Füllprodukten im Lebensmittelbereich, Dosierventile in der Umgebung der Durchflussmesser 22, 32, 42, vorzugsweise direkt hinter den Durchflussmessern, anzuordnen. Die Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer solchen Vorrichtung 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Hierbei befinden sich unmittelbar stromabwärts der Durchflussmesser 22, 32, 42 jeweils ein Dosierventil 27, 37, 47. Die Dosierventile 27, 37, 47 sind vorzugsweise magnetisch schaltbar, um deren Reaktionszeit zu optimieren. Die Dosierventile 27, 37, 47 reagieren bei einem magnetischen Antrieb sehr schnell und können sowohl als reine Absperrventile, insbesondere für kurze Dosierzeiten, als auch als Absperr- und Regelventile, insbesondere für längere Dosierzeiten, ausgeführt sein. Wenn die Dosierventile 27, 37, 47 ferner so eingebaut und eingerichtet sind, dass sie ausschließlich von der Basisflüssigkeit, beispielsweise Wasser, durchströmt werden, sind die Anforderungen an Hygiene und Ausspülverhalten geringer als bei dem Füllventil 11 und den Ventilen 36, 46 der Nebenlinien 30, 40, die auch von den Dosagekomponenten durchflossen werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass nicht unbedingt jede Linie mit einem Dosierventil 27, 37, 47 ausgestattet sein muss. Da eine Verbesserung der Dosiergenauigkeit insbesondere für Klein- und Kleinstmengen angestrebt wird, kann es beispielsweise genügen, wenn eine oder mehrere der Nebenlinien 30, 40 ein Dosierventil 37, 47 aufweist.
  • Der übrige Aufbau der Vorrichtung 1 gemäß der Figur 2 unterscheidet sich nicht von dem der in der Figur 1 dargestellten Vorrichtung 1.
  • Die Vorrichtung 1 sowie das Verfahren zum Herstellen eines mehrkomponentigen Füllprodukts aus einer Basisflüssigkeit und zumindest einer darin eingemischten Dosagekomponente und Abfüllen des Füllprodukts gemäß den hierin dargelegten Ausführungsbeispielen stellen verschiedene technische Beiträge und Vorteile gegenüber herkömmlichen Konzepten bereit:
    So vereinfacht die vollständige Befüllung des Behälters 2 an einer einzigen Position die Handhabung der Behälter 2. Ferner muss während der Dosierphase kein Behälter 2 unter dem Füllventil 11 stehen, da die Dosierung nicht beim Abfüllen sondern in den Dosierräumen 23, 33, 43 vorgenommen wird. Die Zeit zum Dosieren kann synergetisch für den Behältertransport verwendet werden. Damit ist das hierin dargestellte Konzept sowohl für Lineartaktmaschinen mit einer oder mehreren Füllstellen als auch Rundläufermaschinen anwendbar. Im Fall von Rundläufermaschinen können die Behälter 2 das Karussell schon nach einem geringen Drehwinkel wieder verlassen. Im Fall von Füllmaschinen, die zum Abfüllen karbonisierter Getränke eingerichtet sind, kann eine etwaige Entlastungszeit synergetisch für die Dosierphase des nachfolgenden Behälters 2 genutzt werden.
  • Ein wichtiger technischer Beitrag besteht darin, dass durch die Anwendung einer oder mehrerer Nebenlinien 30, 40, die wie Dosagezweige in den Dosierraum 23 der Basislinie 20 einmünden, der Dosierbereich vergrößert und die Genauigkeit der Dosierung, insbesondere bei einer gleichzeitigen Einmischung großer und kleiner Dosiermengen, verbessert werden können. Eine weitere Vergrößerung des Dosierbereiches und/oder Optimierung der Dosierzeit folgt auch daraus, dass in Zeiten, in denen bestimmte Dosagekomponenten in einer Linie nicht dosiert werden, andere Komponenten dosiert werden können. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Flexibilität des Dosiersystems.
  • Die Durchflussmesser 22, 32, 42 und die etwaigen zugehörigen Dosierventile 27, 37, 47 werden stets nur von der Basisflüssigkeit, d.h. in den meisten Fällen Wasser, durchflossen. Damit ändern sich die Medieneigenschaften nicht und das Leitungssystem wird in diesen Bereichen nicht durch unterschiedliche Fluide verschmutzt.
  • Der maschinenbauliche Aufwand zur Realisierung der Vorrichtung 1 ist gering, da das Leitungssystem durch Rohre oder Schlauchleitungen mit wenigen Ventilen und nur einem einzigen Durchflussmesser pro Linie realisierbar ist. Es müssen keine komplizierten Geometrien eingebaut werden, wodurch die Vorrichtung 1 einfach zu reinigen und zu warten ist. Das Verstopfungsrisiko ist gering. Die Vorrichtung 1 ist zudem zum Dosieren hochviskoser Fluide geeignet. Eine Verschleppung intensiver Aromastoffe, die beispielsweise in Dichtungen migrieren und nicht durch eine Reinigung aus den Dichtungen entfernt werden können, wird minimiert, da die Linien erst kurz vordem Füllventil 11 zusammengeführt werden und die Füllprodukte aus den Nebenlinien 30, 40 zudem erst bei der Abfüllung in die fließende Strömung der Basislinie 20 eingeleitet 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 zum Befüllen eines Behälters
    2
    Behälter
    10
    Basisreservoir
    11
    Füllventil
    20
    Basislinie
    21
    Basisleitung der Basislinie
    22
    Durchflussmesser der Basislinie
    23
    Dosierraum der Basislinie
    24
    Erster Dosagezweig der Basislinie
    24a
    Dosagereservoir des ersten Dosagezweigs der Basislinie
    24b
    Dosageleitung des ersten Dosagezweigs der Basislinie
    24c
    Dosageventil des ersten Dosagezweigs der Basislinie
    25
    Zweiter Dosagezweig der Basislinie
    25a
    Dosagereservoir des zweiten Dosagezweigs der Basislinie
    25b
    Dosageleitung des zweiten Dosagezweigs der Basislinie
    25c
    Dosageventil des zweiten Dosagezweigs der Basislinie
    27
    Dosierventil der Basislinie
    30
    Erste Nebenlinie (bspw. für Kleinmengen)
    31
    Leitung der ersten Nebenlinie
    32
    Durchflussmesser der ersten Nebenlinie
    33
    Dosierraum der ersten Nebenlinie
    34
    Erster Dosagezweig der ersten Nebenlinie
    34a
    Dosagereservoir des ersten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    34b
    Dosageleitung des ersten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    34c
    Dosageventil des ersten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    35
    Zweiter Dosagezweig der ersten Nebenlinie
    35a
    Dosagereservoir des zweiten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    35b
    Dosageleitung des zweiten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    35c
    Dosageventil des zweiten Dosagezweigs der ersten Nebenlinie
    36
    Ventil der ersten Nebenlinie
    37
    Dosierventil der ersten Nebenlinie
    40
    Zweite Nebenlinie (bspw. für Kleinstmengen)
    41
    Leitung der zweiten Nebenlinie
    42
    Durchflussmesser der zweiten Nebenlinie
    43
    Dosierraum der zweiten Nebenlinie
    44
    Erster Dosagezweig der zweiten Nebenlinie
    44a
    Dosagereservoir des ersten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    44b
    Dosageleitung des ersten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    44c
    Dosageventil des ersten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    45
    Zweiter Dosagezweig der zweiten Nebenlinie
    45a
    Dosagereservoir des zweiten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    45b
    Dosageleitung des zweiten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    45c
    Dosageventil des zweiten Dosagezweigs der zweiten Nebenlinie
    46
    Ventil der zweiten Nebenlinie
    47
    Dosierventil der zweiten Nebenlinie

Claims (15)

  1. Vorrichtung (1) zum Befüllen eines Behälters (2) mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, die aufweist:
    ein Basisreservoir (10), das eingerichtet ist, um die Basisflüssigkeit bereitzustellen;
    ein Füllventil (11), das eingerichtet ist, um das Füllprodukt in den zu befüllenden Behälter (2) einzuleiten;
    eine Basislinie (20) mit einer Basisleitung (21), die das Basisreservoir (10) mit dem Füllventil (11) in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (22), der an der Basisleitung (21) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Füllventil (11) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Basisleitung (21) den Durchflussmesser (22) passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (23), der zwischen dem Durchflussmesser (22) und dem Füllventil (11) angeordnet ist;
    zumindest einen Dosagezweig (24) der Basislinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (23) der Basislinie einzuleiten;
    zumindest eine Nebenlinie (30) mit einer Leitung (31), die das Basisreservoir (10) über ein Ventil (36) mit dem Dosierraum (23) der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (32), der an der Leitung (31) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Ventil (36) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung (31) den Durchflussmesser (32) der Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (33), der zwischen dem Durchflussmesser (32) der Nebenlinie und dem Ventil (36) angeordnet ist; und
    zumindest einen Dosagezweig (34) der Nebenlinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (33) der Nebenlinie einzuleiten.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierraum (23) der Basislinie ein anderes, vorzugsweise größeres, Innenvolumen als der Dosierraum (33) der Nebenlinie aufweist und/oder der Durchflussmesser (22) der Basislinie zur Bestimmung anderer, vorzugsweise größerer, Durchflussmengen eingerichtet ist als der Durchflussmesser (32) der Nebenlinie.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussmesser (22) der Basislinie und/oder der Durchflussmesser (32) der Nebenlinie eingerichtet ist, um die passierende Fluidmenge in einer Füllrichtung und/oder einer der Füllrichtung entgegengesetzten Richtung zu bestimmen.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosagezweig (24) der Basislinie und der Dosagezweig (34) der Nebenlinie eingerichtet sind, um die gleiche Dosagekomponente in den zugehörigen Dosierraum (23, 33) einzuleiten, wobei vorzugsweise der Dosagezweig (24) der Basislinie ein Dosagereservoir (24a) des Dosagezweigs der Basislinie und der Dosagezweig (34) der Nebenlinie ein Dosagereservoir (34a) des Dosagezweigs der Nebenlinie aufweist, die beide die gleiche Dosagekomponente bereitstellen.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest zwei Dosagezweige (24, 25) der Basislinie, die eingerichtet sind, um mehrere, vorzugsweise unterschiedliche, Dosagekomponenten in den Dosierraum (23) der Basislinie einzuleiten, und/oder zumindest zwei Dosagezweige (34, 35) der Nebenlinie aufweist, die eingerichtet sind, um mehrere, vorzugsweise unterschiedliche, Dosagekomponenten in den Dosierraum (33) der Nebenlinie einzuleiten.
  6. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist:
    eine zweite Nebenlinie (40) mit einer Leitung (41), die das Basisreservoir (10) über ein Ventil (46) mit dem Dosierraum (23) der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (42), der an der Leitung (41) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Ventil (46) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung (41) den Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (43), der zwischen dem Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie und dem Ventil (46) der zweiten Nebenlinie angeordnet ist; und
    zumindest einen Dosagezweig (44) der zweiten Nebenlinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (43) der zweiten Nebenlinie einzuleiten.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dosierraum (33) der ersten Nebenlinie ein anderes, vorzugsweise größeres, Innenvolumen als der Dosierraum (43) der zweiten Nebenlinie aufweist und/oder der Durchflussmesser (32) der ersten Nebenlinie zur Bestimmung anderer, vorzugsweise größerer, Durchflussmengen als der Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie eingerichtet ist.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder mehrere der Dosagezweige (24, 25, 34, 35, 44, 45) jeweils ein Dosagereservoir (24a, 25a, 34a, 35a, 44a, 45a), das die entsprechende Dosagekomponente bereitstellt, eine damit in Fluidverbindung stehende Dosageleitung (24b, 25b, 34b, 35b, 44b, 45b) sowie ein Dosageventil (24c, 25c, 34c, 35c, 44c, 45c) aufweist, das die Dosageleitung (24b, 25b, 34b, 35b, 44b, 45b) mit dem zugehörigen Dosierraum (23, 33, 43) schaltbar in Fluidverbindung bringt.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein oder mehrere Dosierventile (27, 37, 47), vorzugsweise magnetisch schaltbar, aufweist, die in Füllrichtung betrachtet jeweils unmittelbar stromabwärts oder stromaufwärts bezüglich eines zugehörigen Durchflussmessers (22, 32, 42) angeordnet sind.
  10. Verfahren zum Befüllen eines Behälters (2) mit einem Füllprodukt, das eine Basisflüssigkeit und zumindest eine Dosagekomponente aufweist, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, mittels einer Vorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen der Basisflüssigkeit durch das Basisreservoir (10);
    Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) in den Dosierraum (23) der Basislinie;
    Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) in den Dosierraum (33) der Nebenlinie;
    Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (24) der Basislinie in den Dosierraum (23) der Basislinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser (22) der Basislinie die in der Basisleitung (21) den Durchflussmesser (22) passierende Fluidmenge bestimmt;
    Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (34) der Nebenlinie in den Dosierraum (33) der Nebenlinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser (32) der Nebenlinie die in der Leitung (31) der Nebenlinie den Durchflussmesser (32) der Nebenlinie passierende Fluidmenge bestimmt; und
    Entleeren des Dosierraums (23) der Basislinie und des Dosierraums (33) der Nebenlinie über das Füllventil (11) in den Behälter (2), wobei vorzugsweise die Entleerung des Dosierraums (23) der Basislinie und des Dosierraums (33) der Nebenlinie im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) im Wesentlichen gleichzeitig in den Dosierraum (23) der Basislinie und den Dosierraum (33) der Nebenlinie eingefüllt wird, und/oder die Dosagekomponenten aus dem Dosagezweig (24) der Basislinie (20) und dem Dosagezweig (34) der Nebenlinie (30) im Wesentlichen gleichzeitig in den zugehörigen Dosierraum (23, 33) eingeleitet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (24) der Basislinie in den Dosierraum (23) der Basislinie der Durchflussmesser (22) der Basislinie die aus dem Dosierraum (23) der Basislinie entgegen der Füllrichtung verdrängte Fluidmenge bestimmt, und/oder
    beim Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (34) der Nebenlinie in den Dosierraum (33) der Nebenlinie der Durchflussmesser (32) der Nebenlinie die aus dem Dosierraum (33) der Nebenlinie entgegen der Füllrichtung verdrängte Fluidmenge bestimmt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    beim Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) in den Dosierraum (23) der Basislinie der Durchflussmesser (22) der Basislinie die in Füllrichtung in den Dosierraum (23) der Basislinie eintretende Fluidmenge bestimmt, und/oder
    beim Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) in den Dosierraum (33) der Nebenlinie der Durchflussmesser (32) der Nebenlinie die in Füllrichtung in den Dosierraum (33) der Nebenlinie eintretende Fluidmenge bestimmt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ferner aufweist: eine zweite Nebenlinie (40) mit einer Leitung (41), die das Basisreservoir (10) über ein Ventil (46) mit dem Dosierraum (23) der Basislinie in Fluidverbindung bringt, einem Durchflussmesser (42), der an der Leitung (41) zwischen dem Basisreservoir (10) und dem Ventil (46) angeordnet und eingerichtet ist, um die in der Leitung (41) den Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie passierende Fluidmenge zu bestimmen, sowie einem Dosierraum (43), der zwischen dem Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie und dem Ventil (46) der zweiten Nebenlinie angeordnet ist; und zumindest einen Dosagezweig (44) der zweiten Nebenlinie, der eingerichtet ist, um eine Dosagekomponente in den Dosierraum (43) der zweiten Nebenlinie einzuleiten; und wobei das Verfahren ferner aufweist:
    Einfüllen der Basisflüssigkeit aus dem Basisreservoir (10) in den Dosierraum (43) der zweiten Nebenlinie;
    Einfüllen der Dosagekomponente aus dem Dosagezweig (44) der zweiten Nebenlinie in den Dosierraum (43) der zweiten Nebenlinie, wobei für die Eindosierung der Dosagekomponente der Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie die in der Leitung (41) der zweiten Nebenlinie den Durchflussmesser (42) der zweiten Nebenlinie passierende Fluidmenge bestimmt; und
    Entleeren des Dosierraums (43) der zweiten Nebenlinie über das Füllventil (11) in den Behälter (2), wobei vorzugsweise die Entleerung des Dosierraums (23) der Basislinie, des Dosierraums (33) der ersten Nebenlinie sowie des Dosierraums (43) der zweiten Nebenlinie im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein oder mehrere Dosierventile (27, 37, 47), vorzugsweise magnetisch schaltbar, aufweist, die in Füllrichtung betrachtet jeweils unmittelbar stromabwärts oder stromaufwärts bezüglich eines zugehörigen Durchflussmessers (22, 32, 42) angeordnet sind, wobei die Dosierventile (27, 37, 47) während des Eindosierens der Dosagekomponente in den entsprechenden Dosierraum (23, 33, 34) geöffnet sind und beim Erreichen der gewünschten Dosagemenge geschlossen werden.
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