EP3812346A1 - Verfahren zur volumen- bzw. massengenauen abfüllung von flüssigen produkten - Google Patents

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EP3812346A1
EP3812346A1 EP20183977.6A EP20183977A EP3812346A1 EP 3812346 A1 EP3812346 A1 EP 3812346A1 EP 20183977 A EP20183977 A EP 20183977A EP 3812346 A1 EP3812346 A1 EP 3812346A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filled
liquid product
filling
product
density
Prior art date
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Pending
Application number
EP20183977.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Schuhbeck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Krones AG
Original Assignee
Krones AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP3812346A1 publication Critical patent/EP3812346A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/287—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/04—Methods of, or means for, filling the material into the containers or receptacles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B3/00—Packaging plastic material, semiliquids, liquids or mixed solids and liquids, in individual containers or receptacles, e.g. bags, sacks, boxes, cartons, cans, or jars
    • B65B3/26—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled
    • B65B3/30—Methods or devices for controlling the quantity of the material fed or filled by volumetric measurement

Definitions

  • the invention relates to a method of the type specified in the preamble of claim 1 and the type specified in the preamble of claim 3, as well as a method of the type specified in the preamble of claim 10 and a method of the type specified in the preamble of claim 13.
  • filling devices For filling liquid products, especially in the food and beverage industry, such as beverages, sauces or oils, filling devices are generally used which use a simple mass or volume-based measuring principle during filling in order to obtain a required, specified product mass and / or to fill a required predetermined product volume into a product container.
  • said exemplary method for filling liquid products into a container can include measuring the density of the liquid product to be filled during the filling process, so that when calculating the amount of the liquid product to be filled into the container, the measured density of the liquid product to be filled is also included can be taken into account during the filling process.
  • At least two calculations of the amount of the liquid product to be filled into the container are carried out, which can be different and independent of one another.
  • a combination, e.g. a mean value, of the results for the amount to be filled of the liquid product to be filled from the said exemplary calculations for the amount of product to be filled or only one result for the amount of the liquid product to be filled from the said exemplary calculations could be used as the basis serve to fill the container with the calculated product quantity or product dosage quantity.
  • said additional or alternative exemplary method for filling liquid products into a container can also comprise a / the determination of a / the relationship between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled, and the calculation the in the container quantity of the liquid product to be filled can optionally, optionally or additionally take into account the / a certain relationship of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled.
  • the method steps and device features of a method and a device for filling liquid products into a container described here enable, in particular, an improvement in filling accuracy, since temperature-related fluctuations in the density of the products to be filled, e.g. in hot filling, and / or product-related fluctuations in the density of the products to be filled Products, e.g. from product batch to product batch, can be compensated during the filling process.
  • compliance with the prescribed product fill quantity requirements can be made easier, as illustrated below.
  • an exemplary reference temperature or a reference temperature for checking the fill quantity requirement of 20 ° C. can be prescribed.
  • the temperature of the product during the filling process i.e. the filling temperature
  • the filling temperature deviates and fluctuates from said exemplary reference temperature
  • the method steps and device features of a method and device for filling liquid products into a container described here enable a significant improvement in the filling accuracy of a filling device by taking into account the temperature-related and / or product-related fluctuations in the density of the filling device, so that product losses and / or production interruptions can be minimized.
  • the process of measuring a density and / or a temperature of the liquid product to be filled during the filling process can be understood to mean, for example, a measurement immediately and directly during the filling process and / or a measurement in a product storage tank of the filling system and / or a measurement in the product supply to the filling system become.
  • a corresponding measurement sensor system for measuring a density and / or a temperature of the liquid product to be filled can take place directly in an exemplary filling element / filling valve / filling valve node and / or in an exemplary product storage tank and / or an exemplary product supply line of the filling plant.
  • a method is conceivable, for example, which can optionally measure the density and / or the temperature of the liquid product to be filled before, during or during the filling process and, on this basis, calculate and dose the amount of the liquid product to be filled into the container can.
  • the exemplary optional measurement of the density and / or the temperature of the liquid product to be filled before, during or during the filling process can take place inline, as well as continuously or discontinuously, e.g. cycle-related, while the filling device or the filling system is in operation.
  • Said exemplary relationship of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can take into account, among other things, the specific density of the liquid product to be filled at a predetermined reference temperature.
  • Said exemplary predetermined reference temperature can be, for example, a legally prescribed or an operationally required norm or standard temperature, for example a standard room temperature, for example about 20 ° C., at which the product is to be stored or sold.
  • Said reference temperature can therefore be, for example, a prescribed reference temperature for checking a fill quantity requirement.
  • Said exemplary relationship of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be determined empirically and / or theoretically.
  • a relationship between density and temperature of the product can be derived or created from a large number of laboratory measurements of the density of a given product for a large number of different temperatures of the product, in the form of a table and / or a profile or a curve, for example a Density profile or a density curve of the product, which can describe the density of the product as a function of the temperature of the product.
  • Said exemplary relationship between density and temperature of the product can be normalized, for example, by a / the specific density of the product at / at said exemplary predetermined reference temperature.
  • Said derived exemplary density curve based on laboratory measurements can be modeled mathematically, for example on the basis of a polynomial formula to create an optimal (best-fit) model or a formula based on it at a measured temperature of the product, e.g. a filling temperature, the density of the product can be determined or calculated.
  • the relationship between the density of the product as a function of the temperature of the product can also be derived and described solely or essentially by theoretical physical considerations.
  • This exemplary relationship, derived from theoretical considerations, between the density of the product as a function of the temperature of the product can then in turn, for example, be compared with laboratory data and, if necessary, adjusted or calibrated.
  • Said exemplary empirically and / or theoretically determined relationship of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be described, for example, by means of at least one approximation equation or an approximation formula.
  • said empirically and / or theoretically determined relationship of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be described with an approximation formula in the form of at least one polynomial formula, for example a polynomial formula of the first or higher degree.
  • the exemplary determination of the relationship between the density of a liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be carried out for a large number of different product groups or different product types, said different product types including, for example, at least one of the following product types: aqueous solutions and / or Dispersions, oils, free-flowing fats, products with a predominant oil or fat content, oil-in-water emulsions, alcohol-in-water solutions.
  • the following exemplary approximation equations or approximation formulas or polynomial formulas or references / algorithms for the relationship of the density of the liquid product to be filled depending on the temperature of the Liquid product to be filled can be used for different product groups or different product types.
  • ⁇ product T ⁇ product T REF / ⁇ product T REF + ⁇ water T REF / ⁇ water T REF ⁇ 1 - ⁇ product T REF
  • pProduct (T) is the density of the product as a function of the temperature T of the product
  • ie pProduct (T) can be interpreted as the density curve of the product as a function of the temperature of the product
  • dWater (T REF ) is the relative or specific density of water at said reference temperature T REF
  • pWater (T) is the density of water as a function of the temperature T of the water.
  • the temperature T can for example be understood as the filling temperature.
  • the exemplary approximation formula (1) thus relates a measured specific or relative density of the product at a reference temperature with the density of water at the reference temperature T REF and with the density of water at a filling temperature T in relation to the density of the product at a Filling temperature T.
  • the temperature-dependent density of water, pwater (T), under normal pressure conditions, ie at a pressure equal to or close to 1013 mbar (1 atm), can be determined as a function of the temperature T using the following approximation equation. ⁇ water T ⁇ 999 , 972 - 7th ⁇ 10 - 3 ⁇ T - 4th 2
  • the following approximation formula or the following relationship can be used to calculate or determine the density of the liquid product to be filled, pproduct (T), depending on the temperature T of the liquid product to be filled.
  • ⁇ product T ⁇ water T + ⁇ product T REF - ⁇ water T REF
  • pwater (T REF ) denotes the specific density of water at said reference temperature T REF .
  • the example approximation formula (3) assumes, for the sake of simplicity, that the product density as a function of the temperature is the sum of the water density as a function of the temperature and the difference between the specific product density and the water density at the reference temperature can be displayed.
  • the exemplary possible approximation formula (3) also provides sufficiently precise density values for a product of the type mentioned above, as was also confirmed by numerous laboratory measurements and comparisons. Sufficiently precise means, for example, +/- 10%, preferably +/- 5%.
  • oils For products that can be described as oils, flowable fats, products with a predominant oil or fat content, oil-in-water emulsions (e.g. mayonnaise), the following approximate formula can be used as the basis for the relationship between the density of the liquid product to be filled depending on the temperature of the liquid product to be filled.
  • ⁇ V V a ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ T
  • ⁇ V is the temperature-dependent differential volume of the product
  • V a is the initial volume or reference volume of the product
  • ⁇ is the product-specific coefficient of thermal expansion
  • ⁇ T is the temperature difference in relation to the initial temperature or a reference temperature.
  • ⁇ T REF is the specific density of the oil at the reference temperature T REF , ⁇ the product-specific coefficient of thermal expansion, T the current product temperature and pProduct (T) the calculated temperature-dependent specific density of the oil
  • the said exemplary intelligent electronic control has access to certain / calculated relationships between the density of a liquid product to be filled depending on the temperature of the liquid product to be filled for a large number of different product types or to the specific density curves via an external data memory .
  • the exemplary intelligent electronic control can also be in communication with at least one measuring sensor system of the device for filling liquid products and receive a large number of data, parameters and parameter values via said exemplary measuring sensor system, in particular, for example, data or values for temperature and / or density of the product in different parts or components of the filling device.
  • the temperature of the product in front of or at the filling system can then be used by the exemplary intelligent electronic control, for example via a digital processor, e.g. a central processing unit (CPU), which can calculate the product quantity to be filled into a container, for example. for filling the product quantity that corresponds to a / the desired product quantity at a / the specified reference temperature or the / a specified reference temperature to meet a specified filling quantity requirement.
  • a digital processor e.g. a central processing unit (CPU)
  • CPU central processing unit
  • An exemplary device for filling liquid products into a container can include dosing means via which the calculated amount of the liquid product to be filled can be dosed for filling, in particular for gravimetric and / or volumetric dosing or filling, in which the calculated amount to be filled Amount of the liquid product to be filled can be measured, dosed and filled in mass units (e.g. in kilograms, kg, grams, g, or milligrams, mg) and / or volume units (e.g. in liters, I or milliliters, ml).
  • dosing means via which the calculated amount of the liquid product to be filled can be dosed for filling, in particular for gravimetric and / or volumetric dosing or filling, in which the calculated amount to be filled Amount of the liquid product to be filled can be measured, dosed and filled in mass units (e.g. in kilograms, kg, grams, g, or milligrams, mg) and / or volume units (e.g. in liters, I or milli
  • the exemplary electronic control can also be configured to carry out the calculation of the amount of the liquid product to be filled into the container as a function of different product types, wherein said different product types can include, for example, at least one of the following product types: Aqueous solutions and / or dispersions, oils, free-flowing fats, oil-in-water emulsions, alcohol-in-water solutions.
  • the at least one measuring sensor system of the exemplary device for filling liquid products into a container can be configured to measure the density of the liquid product to be filled during the filling process.
  • the electronic control can also be configured to control the filling system for filling the liquid product into a container on the basis of the density of the liquid product to be filled measured by the measuring sensor system for filling the product quantity that corresponds to a / the desired product quantity at a / the predetermined reference temperature or the / a predetermined reference temperature corresponds to the fulfillment of a predetermined filling quantity requirement.
  • the electronic control can alternatively or additionally also be configured to control the filling of the liquid product taking into account a / the, as described by way of example above, certain relationship between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled, for Filling the product quantity that corresponds to a / the desired product quantity at a / the specified reference temperature or the / a specified reference temperature in order to meet a specified filling quantity requirement.
  • the exemplary measuring sensor system of the possible devices described above by way of example for filling liquid products into a container can in particular be configured to measure the temperature and / or density of the product to be filled in a product feed line upstream of the filling system.
  • exemplary measurement sensors of the possible devices described above by way of example for filling liquid products into a container can be configured to determine a flow rate of the product for metering the calculated amount of the liquid product to be filled into the container.
  • a measuring sensor system described here can include a large number of individual measuring instruments / measuring sensors for measuring certain parameters, such as temperature and / or density and / or mass and / or volume and / or flow rate can be understood. It is also conceivable that a measuring sensor system described here comprises measuring instruments / measuring sensors which can measure several of the parameters mentioned simultaneously and can be designed as combination sensors.
  • an exemplary device for filling liquid products into a container can have suitable dosing means via which the calculated amount of the liquid product to be filled can be dosed for filling, in particular for gravimetric and / or volumetric dosing or filling, in which the calculated amount of the liquid product to be filled in mass units (e.g. in kilograms, kg, grams, g, or milligrams, mg), i.e. as weight, and / or in volume units (e.g. in liters, I or milliliters, ml), i.e. as Volume, can be measured, dosed and filled.
  • mass units e.g. in kilograms, kg, grams, g, or milligrams, mg
  • volume units e.g. in liters, I or milliliters, ml
  • Exemplary gravimetric or mass-based dosing means can include, for example, weighing devices or load cells which, for example, measure or weigh the specific mass to be filled in the container to be filled, e.g. by means of a force transducer, e.g. stretch strips or flexural strips or spring elements.
  • a force transducer e.g. stretch strips or flexural strips or spring elements.
  • gravimetric or mass-based dosing means can be designed as mass flow meters, from whose measurement pulses or measured flow rates the filled mass can be calculated back.
  • Exemplary volumetric dosing means can, among other things, determine the volume to be filled using magnetic-inductive flow meters.
  • pneumatic, electronic or mechanical piston fillers are also conceivable, with a piston that can be moved axially in a metering cylinder of known diameter and a set stroke that can be used to preset the volume to be filled prior to filling.
  • volumetric filling it is also conceivable, for example, to measure the volume using metering pumps, whereby a metering pump based on the positive displacement pump principle can meter a specified volume by regulating the speed and running time.
  • Said exemplary dosing means can be controlled via the said exemplary electronic control of the device (s) described herein for filling liquid products into a container for dosing or for filling the product quantity calculated by the electronic control which corresponds to a / the desired product quantity at a / corresponds to the specified reference temperature or / to a specified reference temperature in order to meet a specified fill quantity requirement.
  • temperature-related and / or product-related fluctuations in the product density can be compensated for during filling.
  • the Fig. 1 describes by way of example and schematically a possible device 100 for filling liquid or flowable products into a container, which exemplarily includes a filling system / a filling machine / a filler / a filler 1 with at least one filling vessel / product holding tank 101 and with at least one filling element / filling valve 2 (here shown by way of example with two filling elements / filling valves).
  • the exemplary filling system or filling machine 1 can be designed as a rotating filling machine on the circumference of which a plurality of filling elements / filling valves 2 can be attached.
  • the exemplary filling vessel / product tank / product storage tank 101 can be filled with a product 102 to be filled via an exemplary product line 7 and a product feed 103.
  • the device 100 can also have at least one measuring sensor system 10, which can have numerous different measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 8, and can be configured to measure the temperature and / or the density of the liquid product 102 to be filled during the filling process, for example the temperature of the product to be filled liquid product 102 in the product storage tank 101 and / or in a filling element / filling valve 2.
  • at least one measuring sensor system 10 can have numerous different measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 8, and can be configured to measure the temperature and / or the density of the liquid product 102 to be filled during the filling process, for example the temperature of the product to be filled liquid product 102 in the product storage tank 101 and / or in a filling element / filling valve 2.
  • the device 100 can also have an electronic control 6 as described above, which via data lines and / or signal lines 9, identified here by way of example by a dot-dash designation, for the exchange or transmission of data and commands in communication with the at least one measuring sensor system 10 or the measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 8 can stand.
  • an electronic control 6 as described above, which via data lines and / or signal lines 9, identified here by way of example by a dot-dash designation, for the exchange or transmission of data and commands in communication with the at least one measuring sensor system 10 or the measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 8 can stand.
  • the exemplary electronic control 6 can be configured to control the device or the filling system 1 for filling the liquid product into a container on the basis of a relationship, as described above, between the density of the liquid product 102 to be filled as a function of the measurement sensors 10, 3, 4, 5, 8 measured temperature of the liquid product 102 to be filled.
  • the exemplary electronic control 6, as described above, can calculate the amount to be filled into the container, e.g. a weight amount and / or a volume amount, of the liquid product to be filled on the basis of the measurement sensor system 10 or the measurement devices / measurement sensors 3 , 4, 5, 6, 8 measured temperature of the liquid product 102 to be filled during the filling process and taking into account the specific relationship between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled.
  • the amount to be filled into the container e.g. a weight amount and / or a volume amount
  • the exemplary electronic control 6 can have a computer processor.
  • the electronic control 6 can access a data memory in which empirically and / or theoretically certain relationships of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be stored, for example in the form of tables and / or Density curves, whereby, for example, as described above, the relationships between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature or the density curves can be described in the form of approximate equations.
  • the electronic control 6 can also be configured to meter or fill, for example gravimetric or volumetric filling, of the liquid product using the calculated amount of the liquid product to be filled into the container via the filling system / the filler / the filler 1 or via the filling elements / filling valves 2.
  • each of the filling members / filling valves 2 of the filling machine 1 can be equipped with a volume or mass measuring device 3.
  • a level probe 4 and a temperature transmitter / temperature sensor 5 for detecting the product temperature can be integrated in the product storage tank 101 of the filling machine 1.
  • Both the volume or mass measuring devices 3 of the filling valves 2, level probe 4 and temperature transmitter can communicate with the electronic control 6, and the control 6 can activate the filling elements / filling valves 6 and after reaching a value set in the control or by the control Deactivate the calculated density-dependent target filling quantity of the product to be filled.
  • a measuring device 8 can be integrated in the product line 7 to the product storage tank 101 of the filling machine 1, which can transmit to the controller 6, for example, the parameters of product density, temperature and possibly also the flow rate, e.g. B. via a mass flow meter, and wherein the measuring device 8 can transmit the measured values to the controller 6 inline and in real time.
  • the filling quantity in mass or volume units can be determined by the controller 6 based on the (specific or relative) density determined by the measuring device 8 in the product line 7 for the current product temperature, as described above, on the basis of calculations of mathematical approximation equations for density determination become.
  • the temperature in the product storage tank 101 can be compared with the temperature reported by the measuring device 8 in the product line 7 in / by the controller 6 and in the event of deviations that would result in significant deviations in volume or mass, the calculated product quantity to be filled can be corrected accordingly become.
  • the product in the product line 7 and in the product holding tank 101 can cool down at different rates and correspondingly Have density differences. These differences in density can be detected and taken into account when calculating the amount of product to be filled.
  • the Fig. 2 describes by way of example and schematically a possible further device 200 for filling liquid or flowable products into a container, which analogously to device 100, for example, is a filling system / a filling machine / a filler / a filler 1 with at least one filling vessel / product holding tank 101 and with at least one filling element / Filling valve 2 (shown here by way of example with two filling organs / filling valves).
  • the exemplary filling system or filling machine 1 can be designed as a rotating filling machine, analogously to the device 100, on the circumference of which a plurality of filling elements / filling valves 2 can be attached.
  • the exemplary filling vessel / product tank / product holding tank 101 can be filled with a product 102 to be filled, analogously to the device 100, via an exemplary product line 7 and a product feed 103.
  • the device 200 can also have an electronic controller 6, as described above, which via data lines and / or signal lines 9, identified here by way of example by a dot-dash designation, for the exchange or transmission of data and commands in communication with the at least one measuring sensor system 10 or the measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 9 can stand.
  • an electronic controller 6 as described above, which via data lines and / or signal lines 9, identified here by way of example by a dot-dash designation, for the exchange or transmission of data and commands in communication with the at least one measuring sensor system 10 or the measuring devices / measuring sensors 3, 4, 5, 9 can stand.
  • the exemplary electronic control 6 can be configured to control the device or the filling system 1 for filling the liquid product into a container on the basis of a relationship, as described above, between the density of the liquid product 102 to be filled as a function of the measurement sensors 10, 3, 4, 5, 9 measured temperature of the liquid product 102 to be filled.
  • the exemplary electronic control 6, as described above, can calculate the amount to be filled into the container, e.g. a weight amount and / or a volume amount, of the liquid product to be filled on the basis of the measurement sensor system 10 or the measurement devices / measurement sensors 3 , 4, 5, 6, 9 measured temperature of the liquid product 102 to be filled during the filling process and taking into account the specific relationship between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled.
  • the exemplary electronic control 6 of the device 200 can have a computer processor.
  • the electronic control 6 can access a data memory in which empirically and / or theoretically certain relationships of the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature of the liquid product to be filled can be stored, for example in the form of tables and / or Density curves, whereby, for example, as described above, the relationships between the density of the liquid product to be filled as a function of the temperature or the density curves can be described in the form of approximate equations.
  • the electronic control 6 can also be configured to meter or fill, for example gravimetric or volumetric filling, of the liquid product via the calculated amount of the liquid product to be filled into the container via the filling system / filler / filler 1 or via the filling elements / filling valves 2 to be controlled.
  • product-specific data such as B. (specific or relative) density and the product at a reference temperature in the process side of the product preparation by suitable inline measuring devices 11, or in the laboratory 12 per product batch can be determined and either the controller 6 by signal exchange, or by input by the operator the control 6 are transmitted.
  • the electronic control can in turn calculate and set the target volume or target mass for the product to be filled, so that the filling quantities can be adjusted again based on a specified reference temperature.
  • This exemplary method can be particularly suitable for batch production, since it has been found that the specific density of the product is relatively constant within a batch and can only vary as a result of temperature changes.

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  • Basic Packing Technique (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend: ein Bestimmen einer Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102), ein Steuern einer Abfüllanlage (1) zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage der bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102), umfassend: ein Messen der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang, Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang und Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102), und ein Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis.Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (100, 200) zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend; wenigstens eine Abfüllanlage (1) mit wenigstens einem Produktvorhaltetank (101) und mit wenigstens einem Füllorgan (2), wenigstens eine Messsensorik (10), wobei die Messsensorik (10) dazu konfiguriert ist, die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) im Produktvorhaltetank (101) und/oder im Füllorgan (2), wenigstens eine elektronische Steuerung (6) in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik (10), wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage einer bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der von der Messsensorik (10) gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zu steuern, und wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) durchzuführen auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung (6) ferner dazu konfiguriert ist, das Abfüllen des flüssigen Produktes (102) mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis zu steuern.(Fig. 1)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 und der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen Art, sowie ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 10 angegebenen Art und ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 13 angegebenen Art.
  • Zur Abfüllung von flüssigen Produkten, insbesondere in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, wie beispielsweise Getränke, Saucen oder Öle, werden in der Regel Abfüllvorrichtungen eingesetzt, welche ein einfaches Masse- oder Volumenbasiertes Messprinzip bei der Abfüllung anwenden, um eine geforderte vorgegebene Produktmasse und/oder ein gefordertes vorgegebenes Produktvolumen in ein Produktbehältnis zu füllen.
  • Nachteilig bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Abfüllung flüssiger Produkte ist unter anderem, dass unter ungünstigen oder sich ändernden Umgebungsbedingungen zu viel oder zu wenig Produkt in den entsprechenden Behälter abgefüllt wird, sodass beispielsweise der Behälter zu voll ist und gegebenenfalls überläuft.
  • Dies kann unter anderem zur Folge haben, dass Produkt verschwendet wird und falsch befüllte oder überfüllte Behälter aussortiert werden müssen. Auch kann unerwünschter Weise eine Verschmutzung der Abfüllvorrichtung bzw. der Abfüllanlage durch aus überfüllten Behälter auslaufende Flüssigkeit auftreten.
    • Aufgabe
  • Es ist somit Aufgabe der Erfindung Mittel zur Abfüllung von flüssigen oder fließfähigen Produkten bereitzustellen und zu verbessern, insbesondere beispielsweise zu verbessern hinsichtlich der Volumen- und/oder Massengenauigkeit mit der flüssige Produkte, insbesondere in der Lebensmittel-und Getränkeindustrie, in Behälter abgefüllt werden können.
    • Lösung
  • Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 3, sowie durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 und eine Vorrichtung nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen oder fließfähigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie kann dabei einen, einige oder alle der folgenden Schritte umfassen:
    • Ein Bestimmen einer Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes,
    • Ein Steuern einer Abfüllanlage oder Abfüllvorrichtung oder Abfüllmaschine zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein/das Behältnis auf Grundlage der bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes, wobei besagtes Steuern einen, einige oder alle der folgenden Schritte umfassen:
      • Ein Messen der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang, z.B. ein Messen der Abfülltemperatur,
      • Eine Berechnung der in das/ein Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes,
      • Ein Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das/ein Behältnis.
  • Unter der berechneten abzufüllenden Menge des/eines abzufüllenden Produktes kann hierin insbesondere eine in Masseneinheiten messbare Gewichtsmenge des Produkts oder eine in Volumeneinheiten messbare Volumenmenge des Produkts verstanden werden, welche aus der Beziehung bzw. Definition ρ = M/V bestimmt werden kann, wobei ρ die/eine bestimmte Dichte des Produktes ist, M die/eine Produktmasse und V das/ein Produktvolumen ist. Ist beispielsweise eine zu erfüllenden Füllmengenanforderung eine Gewichtsmenge oder eine Volumenmenge, kann diese Beziehung bzw. Definition dazu genutzt werden, um bei bekannter / bestimmter Dichte des Produkts und bei einem vorgegebenen / zu erreichendem Volumen, z.B. einem Behältervolumen, und/oder bei bekannter / vorgegebener / zu erreichender Masse, die entsprechende abzufüllende Gewichtsmenge oder Volumenmenge des Produktes zu berechnen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das besagte beispielhafte Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis ein Messen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang umfassen, sodass bei der Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes zusätzlich die gemessene Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang berücksichtigt kann.
  • Es ist also z.B. vorstellbar, dass wenigstens zwei Berechnungen der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes vorgenommen werden, welche verschieden und unabhängig voneinander sein können. Es könnte dann beispielsweise wahlweise eine Kombination, z.B. ein Mittelwert, der Resultate für die abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes aus den besagten beispielhaften Berechnungen zur abzufüllenden Produktmenge oder jeweils nur ein Resultat für die abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes aus den besagten beispielhaften Berechnungen als Grundlage zur Abfüllung des Behältnisses mit der berechneten Produktmenge bzw. Produktdosiermenge dienen.
  • Alternativ oder zusätzlich bzw. optional ist also ein beispielhaftes Verfahren zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie denkbar, welches einen, einige oder alle der folgenden Schritte umfassen kann:
    • Ein Steuern einer/der Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis, umfassend einen, einige oder alle der folgenden Schritte:
      • Ein Messen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang,
      • Eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang,
      • Ein Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das Behältnis.
  • Wie bereits erwähnt, kann besagtes zusätzliches oder alternatives beispielhaftes Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, auch ein/das Bestimmen einer/der Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes umfassen, und wobei die Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes wahlweise, optional oder zusätzlich die/eine bestimmte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes berücksichtigen kann.
  • Die hier beschriebenen Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis ermöglichen insbesondere eine Verbesserung der Abfüllgenauigkeit, da temperaturbedingte Schwankungen in der Dichte der abzufüllenden Produkte, z.B. bei Heißabfüllung, und/oder produktbedingte Schwankungen in der Dichte der abzufüllenden Produkte, z.B. von Produktbatch zu Produktbatch, beim Abfüllvorgang kompensiert werden können.
  • So kann beispielsweise die Einhaltung von vorgeschriebenen Produktfüllmengenanforderung erleichtert werden, wie nachfolgend veranschaulicht.
  • Beispielsweise kann nach einer Fertigpackungsverordnung eine beispielhafte Bezugstemperatur bzw. eine Referenztemperatur zur Prüfung der Füllmengenanforderung von 20 °C vorgeschrieben sein.
  • Sollte die Temperatur des Produktes beim Abfüllvorgang, also die Abfülltemperatur, von besagter beispielhafter Referenztemperatur abweichen und schwanken, hat dies zur Folge das die Produktdichte in Abhängigkeit der Abfülltemperatur schwankt, vor allem, wenn warm oder heiß abgefüllt wird und aus produktspezifischen Gründen keine Produkt-Zirkulation zur Heißhaltung des Produkts im Füller angewandt werden kann.
  • Hier können z. B. bei der Heißabfüllung von Soßen Temperaturspreizungen von 70 °C bis 95 °C auftreten, in denen Produkt weiterhin gefüllt wird, obwohl beispielsweise das zu füllende Behältnis bereits überfüllt ist.
  • Auch können beispielsweise produktbedingt von Batch zu Batch, insbesondere beispielsweise bei Würz- und Fertigsoßen (z.B. Ketchups, BBQ-Soßen, Mayonnaisen, etc.) signifikante Dichteschwankungen, z.B. in einem Bereich von bis zu +/- 5%, auftreten.
  • Sowohl bei herkömmlichen massebasierten, als auch bei herkömmlichen volumetrischen Füllsystemen, ist damit mit einer entsprechenden Volumenabweichung von Abfüll- zu Referenztemperatur zu rechnen, die, vor allem bei produktgegebenen Dichteschwankungen und der Füllsystembedingten Abfüllgenauigkeit die tatsächliche Abfüllgenauigkeit drastisch verschlechtern kann und unter Umständen die Verkaufsfähigkeit reduzieren und die Ausscheiderate gemäß einer vorgegebenen Fertigpackungsverordnung erhöhen kann und somit zu mehr Produktverlust führen kann.
  • Die hier beschriebenen Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis ermöglichen durch die Berücksichtigung der temperaturbedingten und/oder produktbedingten Schwankungen in der Dichte der abzufüllenden Produkte eine signifikante Verbesserung der Abfüllgenauigkeit einer Abfüllvorrichtung, sodass Produktverluste und/oder Produktionsunterbrechungen minimiert werden können.
  • Unter dem Vorgang des Messens einer Dichte und/oder einer Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang, kann insbesondere beispielsweise ein Messen unmittelbar und direkt beim Abfüllvorgang und/oder ein Messen in einem Produktvorratstank der Abfüllanlage und/oder ein Messen in der Produktzufuhr zur Abfüllanlage verstanden werden.
  • Beispielsweise kann eine entsprechende Messsensorik zum Messen einer Dichte und/oder einer Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes direkt in einem beispielhaften Füllorgan / Füllventil / Füllventilknoten und/oder in einem beispielhaften Produktvorratstank und/oder einer beispielhaften Produktzufuhrleitung der Abfüllanlage erfolgen.
  • Mit anderen Worten ist beispielsweise ein Verfahren denkbar, welches wahlweise die Dichte und/oder die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes vor, beim oder während des Abfüllvorganges messen kann und auf dieser Grundlage die in das/ein Behältnis abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes berechnen und dosieren kann.
  • Das beispielhafte wahlweise Messen der Dichte und/oder der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes vor, beim oder während des Abfüllvorganges kann dabei inline, sowie kontinuierlich oder nicht kontinuierlich, z.B. taktgebunden, im laufenden Betrieb der Abfüllvorrichtung bzw. der Abfüllanlage erfolgen.
  • Besagte beispielhafte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes kann dabei unter anderem die spezifische Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes bei einer vorgegebenen Referenztemperatur berücksichtigen.
  • Besagte beispielhafte vorgegebene Referenztemperatur kann beispielsweise eine gesetzlich vorgeschriebene oder eine betriebsbedingte Norm- oder Standardtemperatur sein, beispielsweise eine Standardraumtemperatur, beispielsweise etwa 20 °C, bei der das Produkt gelagert oder verkauft werden soll. Besagte Referenztemperatur kann also beispielsweise eine vorgeschriebene Bezugstemperatur zur Prüfung einer Füllmengenanforderung sein.
  • Besagte beispielhafte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes kann dabei empirisch und/oder theoretisch bestimmt werden.
  • Beispielsweise kann aus einer Vielzahl von Labormessungen der Dichte eines vorgegebenen Produktes für eine Vielzahl von verschiedenen Temperaturen des Produktes eine Beziehung zwischen Dichte und Temperatur des Produktes abgeleitet bzw. erstellt werden, in Form einer Tabelle und/oder eines Profils bzw. einer Kurve, z.B. eines Dichteprofils oder einer Dichtekurve des Produktes, welche die Dichte des Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des Produkts beschreiben kann.
  • Besagte beispielhafte Beziehung zwischen Dichte und Temperatur des Produktes kann dabei beispielsweise normiert werden durch eine/die spezifische Dichte des Produktes bei einer / bei besagter beispielhaften vorgegebenen Referenztemperatur.
  • Besagte auf Labormessungen beruhende abgeleitete beispielhafte Dichtekurve kann dabei beispielsweise mathematisch modelliert werden, beispielsweise auf Grundlage einer Polynomformel, zur Erstellung eines optimalen (best-fit) Models bzw. einer Formel auf dessen Grundlage bei einer gemessenen Temperatur des Produktes, z.B. einer Abfülltemperatur, die Dichte des Produktes bestimmt bzw. berechnet werden kann.
  • Alternativ oder zusätzlich kann z.B. die Beziehung zwischen Dichte des Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des Produkts auch allein oder im Wesentlichen durch theoretische physikalische Überlegungen abgeleitet und beschrieben werden. Diese beispielhafte durch theoretische Überlegungen abgeleitete Beziehung zwischen Dichte des Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des Produkts kann dann wiederum z.B. mit Labordaten verglichen werden und gegebenenfalls angepasst oder kalibriert werden.
  • Besagte beispielhafte empirisch und/oder theoretisch bestimmte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes kann dabei beispielsweise mittels wenigstens einer Näherungsgleichung bzw. einer Näherungsformel beschrieben werden.
  • Beispielweise kann die besagte empirisch und/oder theoretisch bestimmte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes mit einer Näherungsformel in Form wenigstens einer Polynomformel, beispielsweise durch eine Polynomformel ersten oder höheren Grades beschrieben werden.
  • Die beispielhafte Bestimmung der Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes kann für eine Vielzahl von verschiedenen Produktgruppen oder verschiedenen Produkttypen durchgeführt werden, wobei besagte verschiedene Produkttypen beispielsweise wenigstens eine der folgenden Produkttypen umfassen: Wässrige Lösungen und/oder Dispersionen, Öle, fließfähige Fette, Produkte mit überwiegendem Öl-oder Fettanteil, Öl-in-Wasser-Emulsionen, Alkohol-in-Wasser-Lösungen.
  • Zur Berechnung bzw. Bestimmung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes können dabei beispielweise folgende beispielhafte Näherungsgleichungen bzw. Näherungsformeln bzw. Polynomformeln bzw. Bezüge/Algorithmen für die Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes für verschiedene Produktgruppen oder verschiedenen Produkttypen verwendet werden.
  • Für Produkte, die als wässrige Lösungen, also als Lösung eines hydrophilen Stoffes in Wasser beschrieben werden können, und/oder für Produkte die als Dispersionen beschrieben werden können, kann z.B. folgende Näherungsformel / können folgende Näherungsformeln verwendet werden. ρProdukt T = ρProdukt T REF / ρProdukt T REF + ρWasser T REF / ρWasser T REF × 1 − ρProdukt T REF
    Figure imgb0001
  • Dabei ist pProdukt(T) die Dichte des Produktes in Abhängigkeit der Temperatur T des Produktes, d.h. pProdukt(T) kann als Dichtekurve des Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des Produktes aufgefasst werden, und dProdukt(TREF) ist die relative oder spezifische Dichte des Produktes bei einer vorgegebenen Referenztemperatur TREF, beispielsweise eine gesetzlich vorgeschriebene oder eine betriebsbedingte Norm- oder Standardtemperatur bzw. Bezugstemperatur, z.B. TREF = 20 °C, zur Prüfung einer Füllmengenanforderung, und dWasser(TREF) ist die relative oder spezifische Dichte von Wasser bei besagter Referenztemperatur TREF, und pWasser(T) ist die Dichte von Wasser in Abhängigkeit der Temperatur T des Wassers. Die Temperatur T kann dabei beispielsweise als Abfülltemperatur aufgefasst werden.
  • Die beispielhafte Näherungsformel (1) setzt also eine gemessene spezifische bzw. relative Dichte des Produktes bei einer Referenztemperatur mit der Dichte von Wasser bei der Referenztemperatur TREF und mit der Dichte von Wasser bei einer Abfülltemperatur T in Beziehung zur Dichte des Produktes bei einer/der Abfülltemperatur T.
  • Dabei kann beispielsweise die temperaturabhängige Dichte von Wasser, pWasser(T), bei normale Druckbedingungen, d.h. bei einem Druck gleich oder nahe 1013 mbar (1 atm), über folgende Näherungsgleichung in Abhängigkeit der Temperatur T bestimmt werden. ρWasser T ≈ 999 , 972 − 7 × 10 − 3 × T − 4 2
    Figure imgb0002
  • Es hat sich aufgrund von Vergleichen zwischen empirisch im Labor gemessenen Dichte-Werten von Produkten mit gemäß den Näherungsformeln (1) und (2) berechneten Dichte-Werten überraschend gezeigt, dass die Näherungsformel (1) eine gute und hinreichend genaue Beschreibung für Temperaturabhängige Dichteänderungen des Produktes darstellt.
  • Alternativ oder zusätzlich kann folgende Näherungsformel bzw. folgende Beziehung zur Berechnung bzw. Bestimmung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes, pProdukt(T), in Abhängigkeit der Temperatur T des abzufüllenden flüssigen Produktes verwendet werden. ρProdukt T = ρWasser T + ρProdukt T REF − ρWasser T REF
    Figure imgb0003
  • Dabei bezeichnet wieder wie oben eingeführt der Ausdruck pProdukt(TREF) die spezifische Dichte des Produktes bei einer vorgegebenen Referenztemperatur TREF, beispielsweise eine gesetzlich vorgeschriebene oder eine betriebsbedingte Norm- oder Standardtemperatur bzw. Bezugstemperatur, z.B. TREF = 20 °C, zur Prüfung einer Füllmengenanforderung, und der Ausdruck pWasser(TREF) bezeichnet die spezifische Dichte von Wasser bei besagter Referenztemperatur TREF.
  • Die beispielhafte Näherungsformel (3) nimmt dabei vereinfachend an, dass die Produktedichte in Abhängigkeit der Temperatur als Summe der Wasserdichte in Abhängigkeit der Temperatur und der Differenz der spezifischen Produktdichte und der Wasserdichte bei der/eine Referenztemperatur dargestellt werden kann.
  • Auch die beispielhafte mögliche Näherungsformel (3) liefert hinreichend genaue Dichtewerte für ein Produkt der oben genannten Art, wie ebenfalls durch zahlreiche Labormessungen und Vergleiche bestätigt werden konnte. Hinreichend genau bedeutet beispielsweise +/- 10%, bevorzugt +/- 5%.
  • Für Produkte, die als Öle, fließfähige Fette, Produkte mit überwiegendem Öl-oder Fettanteil, ÖI-in-Wasser-Emulsionen (z.B. Mayonnaise) beschrieben werden können, kann z.B. folgende Näherungsformel für als Grundlage für die Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes verwendet werden. Δ V = V a ⋅ λ ⋅ Δ T
    Figure imgb0004
  • Hierin ist ΔV das Temperaturabhängige Differenzvolumen des Produkts, Va das Ausgangsvolumen bzw. Bezugsvolumen des Produktes, λ der produktspezifische Wärmeausdehnungskoeffizient und ΔT die Temperaturdifferenz in Bezug auf die Ausgangstemperatur oder eine Referenztemperatur.
  • Aufgelöst nach den spezifischen Dichten ergibt sich ρProdukt T = ρT REF / ( 1 + λ T − T REF
    Figure imgb0005
  • Hierin ist ρTREF die spezifische Dichte des Öls bei der Referenztemperatur TREF, λ der produktspezifische Wärmeausdehnungskoeffizient, T die aktuelle Produkttemperatur und pProdukt(T) die berechnete temperaturabhängige spezifische Dichte des Öls
  • Für Produkte die als Alkohol-in-Wasser-Lösungen beschrieben werden können, wurde festgestellt, dass es einfacher und vorteilhafter ist, die Beziehung zwischen der Dichte eines/des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes, empirisch durch Labormessungen zu messen, und basierend auf den Messungen besagte Beziehung bzw. eine Dichtekurve durch Modellierung der Daten der Messungen zu bestimmen, beispielsweise durch Bestimmung des am besten an die Daten der Labormessungen passenden Models, wobei das Model beispielsweise auf einer Polynomformel basieren kann.
  • Die vorangehend beispielhaft beschriebenen möglichen bestimmten Beziehungen zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes für eine Vielzahl von verschiedenen Produkttypen bzw. die bestimmten Dichtekurven, können dann beispielsweise in einem lokalen Daten- oder Arbeitsspeicher einer intelligenten elektronischen Steuerung einer Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis hinterlegt werden.
  • Denkbar ist natürlich auch, dass die besagte beispielhafte intelligente elektronische Steuerung Zugriff auf bestimmte / berechnete Beziehungen zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes für eine Vielzahl von verschiedenen Produkttypen bzw. auf die bestimmten Dichtekurven über einen externen Datenspeicher hat.
  • Die beispielhafte intelligente elektronische Steuerung kann zudem in Kommunikation mit einer wenigstens einer Messsensorik der Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten stehen und über besagte beispielhafte Messsensorik eine Vielzahl von Daten, Parametern und Parameterwerten erhalten, insbesondere beispielsweise Daten bzw. Werte zur Temperatur und/oder zur Dichte des Produktes in verschiedenen Teilen bzw. Komponenten der Abfüllvorrichtung.
  • Aufgrund der beispielhaft beschriebenen Beziehungen zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes für eine Vielzahl von verschiedenen Produkttypen bzw. aufgrund der bestimmten Dichtekurven und aufgrund der von der Messsensorik der Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten erhaltenen Daten, beispielsweise der Temperatur des Produkts vor oder bei der Abfüllanlage, z.B. beim Füllorgan bzw. beim Füllventil, kann dann die beispielhafte intelligente elektronische Steuerung, beispielsweise über einen digitalen Prozessor, z.B. eine zentrale Recheneinheit (CPU), die, z.B. in ein Behältnis, abzufüllende Produktmenge berechnen, zum Abfüllen derjenigen Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Eine beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis kann dabei Dosiermittel umfassen, über die die berechnete abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes für die Abfüllung dosiert werden kann, insbesondere für eine gravimetrische und/oder volumetrische Dosierung bzw. Abfüllung, worin die berechnete abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in Masseneinheiten (z.B. in Kilogramm, kg, Gramm, g, oder Milligramm, mg) und/oder Volumeneinheiten (z.B. in Liter, I oder Milliliter, ml) gemessen, dosiert und abgefüllt werden kann.
  • Eine beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen oder fließfähigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, gemäß einem, einigen oder allen der vorangehend beispielhaft beschriebenen Verfahrensschritte kann also z.B. eine, einige oder alle der folgenden Komponenten umfassen:
    • wenigstens eine Abfüllanlage mit wenigstens einem Produktvorhaltetank und mit wenigstens einem Füllorgan,
    • wenigstens eine Messsensorik, wobei die Messsensorik dazu konfiguriert sein kann, die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes im Produktvorhaltetank und/oder im Füllorgan,
    • wenigstens eine elektronische Steuerung in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik, wobei die elektronische Steuerung dazu konfiguriert sein kann, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis auf Grundlage einer, beispielsweise wie oben beschriebenen, bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der von der Messsensorik gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes zu steuern, und
    wobei die elektronische Steuerung dazu konfiguriert sein kann, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes durchzuführen auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung einer/der, wie oben beispielhaft beschriebenen, bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert sein kann, das Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das Behältnis zu steuern, zum Abfüllen derjenigen Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Zusätzlich kann, wie oben beschrieben, die beispielhafte elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert sein, die Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit von verschiedenen Produkttypen durchzuführen, wobei besagte verschiedene Produkttypen beispielsweise wenigstens eine der folgenden Produkttypen umfassen können: Wässrige Lösungen und/oder Dispersionen, Öle, fließfähige Fette, Öl-in-Wasser-Emulsionen, Alkohol-in-Wasser-Lösungen.
  • Zusätzlich kann die wenigstens eine Messsensorik der beispielhaften Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis konfiguriert dazu sein, die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang zu messen.
  • Darüber hinaus kann die elektronische Steuerung zusätzlich dazu konfiguriert sein, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis auf Grundlage der von der Messsensorik gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes zu steuern zum Abfüllen derjenigen Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Die elektronische Steuerung kann dabei alternativ oder zusätzlich auch dazu konfiguriert sein, das Abfüllen des flüssigen Produktes unter Berücksichtigung einer/der, wie oben beispielhaft beschriebenen, bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes zu steuern, zum Abfüllen derjenigen Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Mit anderen Worten kann eine beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel-und Getränkeindustrie, z.B. auch eine, einige oder alle der folgenden Komponenten umfassen:
    • wenigstens eine Abfüllanlage mit wenigstens einem Produktvorhaltetank und mit wenigstens einem Füllorgan,
    • wenigstens eine Messsensorik, wobei die Messsensorik dazu konfiguriert sein kann, die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes im Produktvorhaltetank und/oder im Füllorgan,
    • wenigstens eine elektronische Steuerung in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik, wobei die elektronische Steuerung dazu konfiguriert sein kann, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis auf Grundlage der von der Messsensorik gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes zu steuern, und
    wobei die elektronische Steuerung dazu konfiguriert sein kann, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes beim Abfüllvorgang durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung ferner dazu konfiguriert sein kann, das Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das Behältnis zu steuern, zum Abfüllen derjenigen Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Die beispielhafte Messsensorik der oben beispielhaft beschriebenen möglichen Vorrichtungen zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis kann insbesondere dazu konfiguriert sein, die Temperatur und/oder Dichte des abzufüllenden Produktes in einer der Abfüllanlage vorgeschalteten Produktzuleitung zu messen.
  • Ferner kann beispielhafte Messsensorik der oben beispielhaft beschriebenen möglichen Vorrichtungen zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis dazu konfiguriert sein, eine Durchflussrate des Produktes zu bestimmen, zur Dosierung der berechneten in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes.
  • Unter einer hier beschriebenen Messsensorik kann unter anderem eine Vielzahl von einzelnen Messinstrumenten / Messsensoren zur Messung bestimmter Parameter, wie Temperatur und/oder Dichte und/oder Masse und/oder Volumen und/oder Durchflussrate verstanden werden. Ebenso ist denkbar, dass eine hier beschriebenen Messsensorik Messinstrumente / Messsensor umfasst die mehrere der genannten Parameter gleichzeitig messen können, als Kombinationssensoren ausgeführt sein können.
  • Wie erwähnt kann eine beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis dabei geeignete Dosiermittel aufweisen, über die die berechnete abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes für die Abfüllung dosiert werden kann, insbesondere für eine gravimetrische und/oder volumetrische Dosierung bzw. Abfüllung, worin die berechnete abzufüllende Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in Masseneinheiten (z.B. in Kilogramm, kg, Gramm, g, oder Milligramm, mg), also als Gewichtsmenge, und/oder in Volumeneinheiten (z.B. in Liter, I oder Milliliter, ml), d.h. als Volumenmenge, gemessen, dosiert und abgefüllt werden kann.
  • Beispielhafte gravimetrische bzw. masse-basierte Dosiermitteln können beispielsweise Wägevorrichtungen bzw. Wägezellen umfassen, welche beispielsweise die bestimmte abzufüllende Masse im zu befüllenden Behältnis, z.B. mittels eines Kraftaufnehmers, z.B. Dehnungstreifen oder Biegestreifen oder Federelement, messen bzw. wiegen.
  • Alternativ oder zusätzlich können gravimetrische bzw. masse-basierte Dosiermitteln als Massedurchflussmesser ausgeführt sein, aus deren Messimpulsen bzw. gemessenen Durchflussraten auf die abgefüllte Masse zurückgerechnet werden kann.
  • Beispielhafte volumetrische Dosiermittel können unter anderem das abzufüllende Volumen mittels magnetisch-induktiven Durchflussmessern ermitteln.
  • Ferner ist es möglich, dass bei Füllern bzw. Abfüllanlage mit Dosierkammer(n) durch eine Niveau-Sonde in einem Dosierzylinder bekannten Durchmessers über die von der Niveausonde ermittelten Höhe das richtige Füllvolumen vor der Abfüllung abgemessen werden kann.
  • Auch ist der Einsatz von pneumatischen, elektronischen oder mechanischen Kolbenfüllern denkbar, wobei durch einen Kolben, der axial in einem Dosierzylinder bekannten Durchmessers bewegt werden kann, durch einen eingestellten Hub das abzufüllende Volumen vor der Abfüllung voreingestellt werden kann.
  • Zur volumetrischen Abfüllung ist darüber hinaus außerdem beispielsweise noch die Volumenabmessung über Dosierpumpen denkbar, wobei eine Dosierpumpe nach dem Verdrängerpumpen-Prinzip über Regelung von Drehzahl und Laufzeit ein vorgegebenes Volumen dosieren kann.
  • Besagte beispielhafte Dosiermittel können dabei über die besagte beispielhafte elektronische Steuerung der hierin beschriebenen Vorrichtung(en) zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis gesteuert werden zur Dosierung bzw. zum Abfüllen derjenigen durch die elektronische Steuerung berechneten Produktmenge, die einer/der gewünschten Produktmenge bei einer/der vorgegebenen Bezugstemperatur bzw. der/einer vorgegebenen Referenztemperatur entspricht, zur Erfüllung einer vorgegebenen Füllmengenanforderung.
  • Die hierin beispielhaft beschriebenen Verfahrensschritte zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis und die hierin beispielhaft beschriebenen Merkmale für eine Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis bieten zahlreiche Vorteile gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen.
  • So können insbesondere temperaturbedingte und/oder produktbedingte Schwankungen in der Produktdichte beim Abfüllen ausgeglichen werden.
  • Die Kompensation der Abfüllmenge durch die hierin beschriebene Berücksichtigung von temperaturabhängigen und/oder produktabhängigen Dichteschwankungen des flüssigen oder fließfähigen abzufüllenden Produkts bzw. des Füllguts, ist beispielsweise vor allem in folgenden Fällen vorteilhaft:
    • ▪ bei gravimetrischer Abfüllung von flüssigen bzw. fließfähigen Füllgütern, bei denen auf der Fertigpackung die Nennfüllmenge in Volumeneinheiten angegeben ist, z. B. bei Masse-Durchflussmesssystem (MDM) - oder Wägezellenfüllern, die Produkte abfüllen, die nicht volumetrisch abgefüllt werden können, z. B. deionisiertes Wasser, Würz- und Fertigsoßen, (Speise-) Öle, etc.
    • ▪ bei volumetrischer Abfüllung von flüssigen bzw. fließfähigen Füllgütern, bei denen auf der Fertigpackung die Nennfüllmenge in Masseneinheiten angegeben ist, z. B. Konfitüre mit pneumatischen oder mechanischen Kolbenfüllern und/oder bei Soßen, Aufstriche mit Dosierpumpen, etc.
    • ▪ bei gravimetrischer oder volumetrischer Abfüllung von flüssigen bzw. fließfähigen Produkten, die temperaturabhängig oder produktbedingt oder produktionsbedingt erhebliche Dichteschwankungen aufweisen.
  • Als beispielhafte Hauptvorteile der hierin beschriebenen Erfindung sei insbesondere beispielsweise genannt:
    • die Steigerung der Abfüllgenauigkeit
    • die Reduzierung des Produktverlusts durch Reduzierung der beispielsweise nach einer Fertigpackungsverordnung auszuscheidenden fehlerhaft befüllten, d.h. z.B. unterfüllter oder überfüllter, Behälter
    • ein sauberes Füllen durch Vermeidung von dichtebedingten Überfüllungen bei z. B. gravimetrischer Dosierung, vor allem bei der Soßen-Abfüllung.
  • Folgende Figuren stellen beispielhaft dar:
    • Fig. 1:
    Beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten
    Fig. 2:
    Alternative beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen Produkten
  • Die Fig. 1 beschreibt beispielhaft und schematisch eine mögliche Vorrichtung 100 zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten in ein Behältnis, welche beispielhaft eine Abfüllanlage / eine Füllmaschine / einen Abfüller / einen Füller 1 mit wenigstens einem Füllkessel / Produktvorhaltetank 101 und mit wenigstens einem Füllorgan / Füllventil 2 (hier beispielhaft mit zwei Füllorganen/Füllventilen dargestellt) umfasst. Die beispielhafte Abfüllanlage bzw. Füllmaschine 1 kann dabei als rotierende Füllmaschine ausgebildet sein an deren Umfang mehrere Füllorgane / Füllventile 2 angebracht sein können.
  • Der beispielhafte Füllkessel / Produkttank / Produktvorhaltetank 101 kann dabei über eine beispielhaft Produktleitung 7 und eine Produktzufuhr 103 mit einem abzufüllenden Produkt 102 befüllt werden.
  • Die Vorrichtung 100 kann zudem wenigstens eine Messsensorik 10 aufweisen, welche zahlreiche verschiedene Messvorrichtungen / Messsensoren 3, 4, 5, 8 aufweisen kann, und dazu konfiguriert sein kann die Temperatur und/oder die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 im Produktvorhaltetank 101 und/oder in einem Füllorgan / Füllventil 2.
  • Die Vorrichtung 100 kann zudem eine wie oben beschriebene elektronische Steuerung 6 aufweisen, welche über hier beispielhaft durch eine Punkt-Strich-Kennzeichnung gekennzeichnete Datenleitungen und/oder Signalleitungen 9 zum Austausch bzw. zur Übertragung von Daten und Befehlen in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik 10 bzw. den Messvorrichtungen / Messsensoren 3, 4, 5, 8 stehen kann.
  • Die beispielhafte elektronische Steuerung 6 kann dabei dazu konfiguriert sein, die Vorrichtung bzw. die Abfüllanlage 1 zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis auf Grundlage einer, wie oben beschriebenen, bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 in Abhängigkeit der von der Messsensorik 10, 3, 4, 5, 8 gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 zu steuern.
  • Insbesondere kann die beispielhafte elektronische Steuerung 6, wie oben beschrieben, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge, z.B. eine Gewichtsmenge und/oder eine Volumenmenge, des abzufüllenden flüssigen Produktes durchführen auf Grundlage der von der Messsensorik 10 bzw. von den Messvorrichtungen / Messsensoren 3, 4, 5, 6, 8 gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes.
  • Hierzu kann die beispielhafte elektronische Steuerung 6 über einen Computerprozessor verfügen.
  • Dabei kann, wie oben beschrieben, die elektronische Steuerung 6 auf einen Datenspeicher zugreifen in dem empirisch und/oder theoretisch bestimmte Beziehungen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes hinterlegt sein können, beispielweise in Form von Tabellen und/oder Dichtekurven, wobei beispielsweise, wie oben beschrieben, die Beziehungen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur bzw. die Dichtekurven in Form von Näherungsgleichungen beschrieben sein können.
  • Die elektronische Steuerung 6 kann ferner dazu konfiguriert sein, das Dosieren bzw. das Abfüllen, beispielsweise ein gravimetrisches oder volumetrisches Abfüllen, des flüssigen Produktes über die mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das Behältnis über die Abfüllanlage / den Abfüller / den Füller 1 bzw. über die Füllorgane / Füllventile 2 zu steuern.
  • Im Folgenden soll beispielhaft eine mögliche spezifische Anordnung / Ausführung der Messensorik 10 bzw. der Messvorrichtungen bzw. Messsensoren 3, 4, 5, 8 beschrieben werden.
  • So kann beispielsweise jedes der Füllorgane / Füllventile 2 der Füllmaschine 1 mit einer Volumen- oder Masse-Messvorrichtung 3 ausgestattet sein.
  • Im Produktvorhaltetank 101 der Füllmaschine 1 kann eine Niveausonde 4 integriert sein, sowie ein Temperaturtransmitter / Temperatursensor 5 zur Erfassung der Produkttemperatur.
  • Sowohl die Volumen- oder Masse-Messvorrichtungen 3 der Füllventile 2, Niveausonde 4 und Temperaturtransmitter können dabei mit der elektronischen Steuerung 6 kommunizieren, und die Steuerung 6 kann die Füllorgane / Füllventile 6 aktiveren und nach Erreichen einer in der Steuerung eingestellten bzw. von der Steuerung berechneten dichteabhängigen Sollabfüllmenge des abzufüllenden Produktes wieder deaktivieren.
  • In der Produktleitung 7 zum Produktvorhaltetank 101 der Füllmaschine 1 kann ein Messvorrichtung 8 integriert sein, welche der Steuerung 6 beispielsweis die Parameter Produktdichte, Temperatur und ggf. auch Flussrate übermitteln kann, z. B. über ein Massedurchflussmesser, und wobei die Messvorrichtung 8 die Messwerte an die Steuerung 6 inline und in Echtzeit weitergeben kann.
  • Die Abfüllmenge in Massen- oder Volumeneinheiten kann dabei von der Steuerung 6 anhand der von der Messvorrichtung 8 in der Produktleitung 7 ermittelten (spezifischen bzw. relativen) Dichte zur aktuellen Produkttemperatur, wie oben beschrieben, auf Grundlage von Berechnungen von mathematischen Annäherungsgleichungen zur Dichtebestimmung, ermittelt werden.
  • Dabei kann die Temperatur im Produktvorhaltetank 101 mit der von der Messvorrichtung 8 in der Produktleitung 7 gemeldeten Temperatur in/von der Steuerung 6 verglichen werden und bei Abweichungen, die signifikante Volumen- bzw. Masseabweichungen nach sich ziehen würden, kann die berechnete abzufüllende Produktmenge entsprechend korrigiert werden.
  • Beispielsweise kann nach längerem Füllmaschinen-Stillstand das Produkt in der Produktleitung 7 und im Produktvorhaltetank 101 unterschiedlich schnell abkühlen und entsprechende Dichteunterschiede aufweisen. Diese Dichteunterschiede können so detektiert werden und entsprechend bei der Berechnung der abzufüllenden Produktmenge berücksichtigt werden.
  • Die Fig. 2 beschreibt beispielhaft und schematisch eine mögliche weiter Vorrichtung 200 zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten in ein Behältnis, welche analog zur Vorrichtung 100 beispielhaft eine Abfüllanlage / eine Füllmaschine / einen Abfüller / einen Füller 1 mit wenigstens einem Füllkessel / Produktvorhaltetank 101 und mit wenigstens einem Füllorgan / Füllventil 2 (hier beispielhaft mit zwei Füllorganen/Füllventilen dargestellt) umfasst.
  • Die beispielhafte Abfüllanlage bzw. Füllmaschine 1 kann dabei analog zur Vorrichtung 100 als rotierende Füllmaschine ausgebildet sein an deren Umfang mehrere Füllorgane / Füllventile 2 angebracht sein können.
  • Der beispielhafte Füllkessel / Produkttank / Produktvorhaltetank 101 kann dabei analog zur Vorrichtung 100 über eine beispielhaft Produktleitung 7 und eine Produktzufuhr 103 mit einem abzufüllenden Produkt 102 befüllt werden.
  • Die Vorrichtung 200 kann zudem eine wie oben beschriebene elektronische Steuerung 6 aufweisen, welche über hier beispielhaft durch eine Punkt-Strich-Kennzeichnung gekennzeichnete Datenleitungen und/oder Signalleitungen 9 zum Austausch bzw. zur Übertragung von Daten und Befehlen in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik 10 bzw. den Messvorrichtungen / Messsensoren 3, 4, 5, 9 stehen kann.
  • Die beispielhafte elektronische Steuerung 6 kann dabei dazu konfiguriert sein, die Vorrichtung bzw. die Abfüllanlage 1 zur Abfüllung des flüssigen Produktes in ein Behältnis auf Grundlage einer, wie oben beschriebenen, bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 in Abhängigkeit der von der Messsensorik 10, 3, 4, 5, 9 gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 zu steuern.
  • Insbesondere kann die beispielhafte elektronische Steuerung 6, wie oben beschrieben, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge, z.B. eine Gewichtsmenge und/oder eine Volumenmenge, des abzufüllenden flüssigen Produktes durchführen auf Grundlage der von der Messsensorik 10 bzw. von den Messvorrichtungen / Messsensoren 3, 4, 5, 6, 9 gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes 102 beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes. Hierzu kann die beispielhafte elektronische Steuerung 6 der Vorrichtung 200 über einen Computerprozessor verfügen.
  • Dabei kann, wie oben beschrieben, die elektronische Steuerung 6 auf einen Datenspeicher zugreifen in dem empirisch und/oder theoretisch bestimmte Beziehungen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes hinterlegt sein können, beispielweise in Form von Tabellen und/oder Dichtekurven, wobei beispielsweise, wie oben beschrieben, die Beziehungen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur bzw. die Dichtekurven in Form von Näherungsgleichungen beschrieben sein können.
  • Die elektronische Steuerung 6 kann ferner dazu konfiguriert sein, das Dosieren bzw. das Abfüllen, beispielsweise ein gravimetrisches oder volumetrisches Abfüllen, des flüssigen Produktes über die mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes in das Behältnis über die Abfüllanlage / den Abfüller / den Füller 1 bzw. über die Füllorgane / Füllventile 2 zu steuern.
  • Im Unterschied zur Vorrichtung 100 finden sich in Vorrichtung 200 jedoch keine Messvorrichtungen in der Produktleitung.
  • Stattdessen können beispielsweise produktspezifische Daten, wie z. B. (spezifische bzw. relative) Dichte und des Produkts bei einer Referenztemperatur in der Prozessseite der Produktaufbereitung durch geeignete Inline-Messvorrichtungen 11, oder im Labor 12 je Produktbatch ermittelt werden und entweder der Steuerung 6 per Signalaustausch, oder durch Eingabe durch den Bediener an die Steuerung 6 übermittelt werden.
  • Analog zur Vorrichtung 100 und wie oben beschrieben, können in der Vorrichtung 200 anhand der bestimmten Daten der spezifischen bzw. relativen Dichte des Produktes bei einer Referenztemperatur, also anhand einer bestimmten Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes in Abhängigkeit der Temperatur, zusammen mit der z. B. in mindestens einem Füllorgan 2 durch einen integrierten Temperatursensor 5 ermittelten Ist-Temperatur des Produkts und, wie oben beschrieben, mittels verschiedener mathematischer Algorithmen (abhängig vom Produkttyp) die temperaturabhängige Dichte des Produktes in der Steuerung 6 berechnet werden.
  • Anhand dieser berechneten / bestimmten Dichte kann nun die elektronische Steuerung wiederum Soll-Volumen bzw. Soll-Masse für das abzufüllende Produkt berechnen und einstellen, damit die Füllmengen bezogen auf eine vorgegebene Referenztemperatur wieder angeglichen werden können.
  • Dieses beispielhafte Verfahren kann sich insbesondere für die Batch-Produktion eignen, da es sich herausgestellt hat, dass innerhalb eines Batches die spezifische Dichte des Produkts relativ konstant ist und nur durch Temperaturänderungen variieren kann.
  • Es folgen 2 Blatt mit 2 Figuren.
  • Die Bezugszeichen sind dabei wie folgt belegt.
    • 1
    Beispiel für Abfüllanlage / Füllmaschine / Abfüller / Füller
    2
    Beispiel für Füllorgane / Füllventile
    3
    Beispiel für Messsensor / Messvorrichtung, beispielhafte Volumen- oder Masse-Messvorrichtungen
    4
    Beispiel für Messsensor / Messvorrichtung, beispielhafte Niveausonde zur Messung des Füllstandes des Produktvorhaltetanks
    5
    Beispiel für Messsensor / Messvorrichtung, beispielhafter Temperatursensor
    6
    Beispiel für elektronische Steuerung
    7
    Beispiel für Produktleitung
    8
    Beispiel für Messsensor / Messvorrichtung zur Messung von Produktdichte, Produkttemperatur, Flussrate des Produkts
    9
    Bezugszeichen für beispielhafte Datenleitung / Signalleitung
    10
    Bezugszeichen für beispielhafte Messsensorik
    11
    Beispiel für Messsensor / Messvorrichtung zur Messung von Produktdichte, Produkttemperatur
    12
    Beispielhaftes Labor in dem produktspezifische Daten, wie z. B. (spezifische bzw. relative) Dichte des Produktes, bei einer Referenztemperatur ermittelt werden können
    100
    Beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten
    101
    Beispielhafter Produktvorhaltetank / Füllkessel
    102
    Beispielhaftes abzufüllendes Produkt
    103
    Beispielhaft Produktzufuhr
    200
    Beispielhafte Vorrichtung zum Abfüllen von flüssigen oder fließfähigen Produkten

Claims (15)

  1. Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend:
    Bestimmen einer Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102),
    Steuern einer Abfüllanlage (1) zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage der bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102), umfassend:
    Messen der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang,
    Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang und Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102),
    und Abfüllen des flüssigen Produktes mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, zusätzlich umfassend: ein Messen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang, und wobei die Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zusätzlich die gemessene Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang berücksichtigt wird.
  3. Verfahren zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend:
    Steuern einer Abfüllanlage (1) zur Abfüllung eines flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis, umfassend:
    Messen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang,
    Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang,
    und Abfüllen des flüssigen Produktes (102) mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, zusätzlich umfassend: ein Bestimmen einer Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102), und wobei die Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zusätzlich die bestimmte Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) berücksichtigt.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4, worin die Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) die spezifische Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) bei einer vorgegebenen Referenztemperatur berücksichtigt.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4 oder 5, worin die Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) empirisch und/oder theoretisch bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4 oder 5 oder 6, worin die Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in wenigstens einer Näherungsgleichung beschrieben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4 oder 5 oder 6 oder 7, worin die Beziehung der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in wenigstens einer Näherungsgleichung beschrieben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 4 oder 5 oder 6 oder 7, worin die Bestimmung der Beziehung zwischen der Dichte eines abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) für eine Vielzahl von verschiedenen Produkttypen durchgeführt wird, wobei besagte verschiedene Produkttypen beispielsweise wenigstens eine der folgenden Produkttypen umfassen: Wässrige Lösungen und/oder Dispersionen, Öle, fließfähige Fette, Öl-in-Wasser-Emulsionen, Alkohol-in-Wasser-Lösungen.
  10. Vorrichtung (100, 200) zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend;
    wenigstens eine Abfüllanlage (1) mit wenigstens einem Produktvorhaltetank (101) und mit wenigstens einem Füllorgan (2),
    wenigstens eine Messsensorik (10), wobei die Messsensorik (10) dazu konfiguriert ist, die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) im Produktvorhaltetank (101) und/oder im Füllorgan (2),
    wenigstens eine elektronische Steuerung (6) in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik (10), wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage einer bestimmen Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der von der Messsensorik (10) gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zu steuern, und
    wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) durchzuführen auf Grundlage der gemessenen Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang und unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung (6) ferner dazu konfiguriert ist, das Abfüllen des flüssigen Produktes (102) mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis zu steuern.
  11. Vorrichtung (100, 200) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die elektronische Steuerung (6) ferner dazu konfiguriert ist, die Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit von verschiedenen Produkttypen durchzuführen, wobei besagte verschiedene Produkttypen beispielsweise wenigstens eine der folgenden Produkttypen umfassen: Wässrige Lösungen und/oder Dispersionen, Öle, fließfähige Fette, Öl-in-Wasser-Emulsionen, Alkohol-in-Wasser-Lösungen.
  12. Vorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Vorrichtungsansprüche, wobei die
    die wenigstens eine Messsensorik (10) zusätzlich dazu konfiguriert ist, die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang zu messen, und wobei die elektronische Steuerung (6) zusätzlich dazu konfiguriert ist, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage der von der Messsensorik (10) gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zu steuern, und
    wobei die elektronische Steuerung (6) zusätzlich dazu konfiguriert ist, eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung (6) zusätzlich dazu konfiguriert ist, das Abfüllen des flüssigen Produktes (102) mit der auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) berechneten abzufüllenden Menge zu steuern
    und/oder
    wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, das Abfüllen des flüssigen Produktes (102) unter Berücksichtigung der bestimmten Beziehung zwischen der Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in Abhängigkeit der Temperatur des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zu steuern.
  13. Vorrichtung (100, 200) zum Abfüllen von flüssigen Produkten in ein Behältnis, insbesondere von flüssigen Produkten in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, umfassend;
    wenigstens eine Abfüllanlage mit wenigstens einem Produktvorhaltetank und mit wenigstens einem Füllorgan,
    wenigstens eine Messsensorik (10), wobei die Messsensorik (10) dazu konfiguriert ist, die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang zu messen, beispielsweise die Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) im Produktvorhaltetank und/oder im Füllorgan,
    wenigstens eine elektronische Steuerung (6) in Kommunikation mit der wenigstens einen Messsensorik (10), wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist, die Abfüllanlage zur Abfüllung des flüssigen Produktes (102) in ein Behältnis auf Grundlage der von der Messsensorik (10) gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) zu steuern, und
    wobei die elektronische Steuerung (6) dazu konfiguriert ist eine Berechnung der in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) auf Grundlage der gemessenen Dichte des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) beim Abfüllvorgang durchzuführen, und wobei die elektronische Steuerung (6) ferner dazu konfiguriert ist, das Abfüllen des flüssigen Produktes (102) mit der berechneten abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102) in das Behältnis zu steuern.
  14. Vorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Vorrichtungsansprüche, wobei die wenigstens eine Messsensorik (10) ferner dazu konfiguriert ist, die Temperatur und/oder Dichte des abzufüllenden Produktes (102) in einer der Abfüllanlage vorgeschalteten Produktzuleitung zu messen.
  15. Vorrichtung (100, 200) nach einem der vorherigen Vorrichtungsansprüche, wobei die wenigstens eine Messsensorik (10) ferner dazu konfiguriert ist eine Durchflussrate des Produktes (102) zu bestimmen, zur Dosierung der berechneten in das Behältnis abzufüllenden Menge des abzufüllenden flüssigen Produktes (102).
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