EP3877317A1 - Verfahren sowie füllsystem zum befüllen von behältern - Google Patents

Verfahren sowie füllsystem zum befüllen von behältern

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EP3877317A1
EP3877317A1 EP19797236.7A EP19797236A EP3877317A1 EP 3877317 A1 EP3877317 A1 EP 3877317A1 EP 19797236 A EP19797236 A EP 19797236A EP 3877317 A1 EP3877317 A1 EP 3877317A1
Authority
EP
European Patent Office
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filling
pressure
container
gas
phase
Prior art date
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Granted
Application number
EP19797236.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3877317B1 (de
Inventor
Ludwig Clüsserath
Jonathan Lorenz
Jochen Ohrem
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.)
KHS GmbH
Original Assignee
KHS GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP3877317A1 publication Critical patent/EP3877317A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3877317B1 publication Critical patent/EP3877317B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/10—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure preliminary filling with inert gases, e.g. carbon dioxide
    • 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
    • B67C3/06—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus using counterpressure, i.e. filling while the container is under pressure
    • B67C3/12—Pressure-control devices
    • 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
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases

Definitions

  • the invention relates to a method for filling containers with liquid contents and to a filling system.
  • the present invention relates to a method and a filling system for pressure filling containers such as bottles or cans or similar containers.
  • the mouth of the container is connected pressure-tight to the filling valve at least during the filling phase, so that the interior of the container can have a different pressure than the ambient pressure.
  • the filling itself can, for example, in the free jet process, in which the liquid filling material flows into the container to be filled from the liquid valve in a free filling jet or filling material jet, without the flow of the filling material through guide elements such as e.g. Discharge screens, swirl bodies, short or long filling pipes are influenced or changed.
  • guide elements such as e.g. Discharge screens, swirl bodies, short or long filling pipes are influenced or changed.
  • the filling can also take place via the inner wall of the container to be filled, the filling material flowing to the container being directed below the liquid valve by deflecting screens or swirl bodies to the inner wall of the container, as a result of which particularly low-foaming filling of the container is achieved.
  • the filling can also take place under-layer by means of a long filling tube protruding into the bottle.
  • pressure-tightly connected to the filling valve in the sense of the present invention means that the container to be filled is pressed in the manner known to the person skilled in the art with its container mouth close to the filling element or to a seal there, surrounding the at least one dispensing opening lies.
  • Filling systems of this type in particular also those in the form of filling machines with a multitude of filling elements on a rotor that can be driven around a vertical machine axis, are known in various designs.
  • the filling material for the filling elements is provided in a filling material kettle which is also provided on the rotor and is partially filled with the filling material.
  • the filling speed at the individual filling elements ie the flow rate at which the filling material flows to the respective container during filling, is basically determined by the geodetic fleas between the filling level in the filling vessel and the level of the discharge opening of a liquid valve of the filling element .
  • a throttle arranged in a return gas path is often used to adjust and / or regulate the filling speed, with which the actual filling speed can then be reduced compared to the filling speed , which can be achieved due to the existing geodesic fleas.
  • the filling material is fed to the filling points from the filling tank partially filled with the filling material, in which the pressure and in particular the level of the filling material level must be regulated within very narrow limits and with very high accuracy , so that the desired filling speed is also achieved. Even minor deviations in the geodesic fleas lead to large undesirable changes in the filling speed.
  • mixed beverages in which a fluff component, which makes up by far the larger part of the volume of each product bottled, is another liquid additional component, for example in the form of a flavor-giving, highly concentrated aroma substance is added.
  • this mixture is generated within a mixing system, which is also referred to as a "mixer" and precedes the filling machine or the filling system in the process sequence, in which the product mixed from the two components is then filled into the containers.
  • mixed beverages include water with liquid flavoring or flavoring additive, water with liquid flavoring or flavoring additive and sugar, water with liquid flavoring or flavoring additive and basic syrup, etc.
  • Mixing beverages produced in this way are examples Fruit juices or cola drinks, also with added carbonic acid.
  • the finished beverage is fed from the storage container of the mixer via a booster pump to the partially filled filling container of the filling system, which is designed as a ring bowl or a central filling container of the filling system.
  • the gas pressure controls of the filler system and mixer work completely independently of each other.
  • the liquid filling material is first fed into a filling machine as a partially filled ring vessel or tubular ring vessel or else as a partially filled central container, which serves both as an intermediate store and as a filling material distributor.
  • the liquid filling material is in turn fed to the individual filling elements from these intermediate stores.
  • the contents are then filled into the containers to be filled through the discharge openings of the liquid valves.
  • a disadvantage of these known procedures is, inter alia, that the mixer or mixing system in which the components forming the mixed drink (water and / or sugar and / or basic syrup and / or flavoring and / or carbonic acid) are mixed, and one by the filling machine represents a spatially and structurally separate unit, and that connecting lines between the mixer and the filling machine are therefore necessary, which represent a considerable cost factor.
  • the filling container of the filling machine which is designed as an intermediate store, also represents a considerable cost factor.
  • the present invention is based on the object of providing a method and a filling system for filling containers with liquid contents, which avoids the aforementioned disadvantages and in particular on a filling container of the filling machine with a gas space designed as a buffer waived above the product level.
  • the method according to the invention is intended to enable the container to be filled with liquid contents even if the level of the contents of a liquid space of a contents container of a mixer is arranged lower than the closing level of an assigned filling valve. Such an arrangement leads to a so-called negative geodesic fleas.
  • the essential aspect of the present invention is to provide a method for filling containers with a liquid filling material using a filling system, in which a delivery opening of a liquid valve of a filling element is arranged around a flea above a level of a filling material of a liquid space of a filling material container of a mixer, in which the container, which is in the sealing position with the filling element of the filling system, is at least temporarily pretensioned to a pretensioning pressure with a tensioning gas which is under an overpressure, the tensioning gas being removed from the gas space of the filling material container of the mixer, and in a time following Filling phase when the liquid valve of the filling element is open is filled with the filling material from the liquid space of the filling material container via a product line of the filling system which is completely filled with the liquid filling material at least during the filling phase, the return gas displaced from the incoming filling material from the container is discharged via a return gas path of the filling element into a collecting duct,
  • the buffer store of the filling machine can be dispensed with and the complex piping is also eliminated.
  • the mixing plant and the filling machine can thus be designed as a process engineering unit, in which the units which were previously independent of one another according to the prior art no longer work completely independently of one another. So far, duplicate functions (electrical and process engineering) can be avoided, which means that the manufacturing costs of such systems can be significantly reduced as a result. Furthermore, the space requirement in a production plant is reduced, which represents another significant advantage.
  • At least part of the tensioning gas is discharged at least temporarily during the prestressing phase into a collecting channel which is at atmospheric pressure.
  • the tensioning gas is controlled and / or regulated to be discharged via its flow path into the collecting duct which is under atmospheric pressure such that an adjustable pressure difference between the overpressure of the gas space of the mixer and the preload pressure is generated in the container.
  • the prestressing pressure in the container is controlled and / or regulated at least during the prestressing phase by means of a second control loop in such a way that it applies
  • P span P boiler— P delta H1— P filling speed— P flow loss due to filling speed
  • P span is the prestressing pressure in the container
  • PKessi is the pressure of the gas in the gas space of the filling material container of the mixer
  • P Delta HI is the pressure required to overcome the height H1
  • PFeed rate is the required negative pressure to accelerate the stationary filling material to the filling speed
  • flow losses by filling speed are the required negative pressure in order to compensate for the pressure losses occurring through the flow of the medium.
  • the return gas is discharged via the flow path into the annular channel which is under atmospheric pressure during the entire duration of the filling phase, and the filling pressure by means of the pressure difference between the excess pressure and the preload pressure generated during the filling phase by means of the second control circuit regulated and / or controlled.
  • a control differential is generated in the respective container by means of control loops during the filling phase, which pressure difference is sufficient to allow the filling material to flow into the container.
  • the filling speed determined by the pressure difference can be set and / or regulated (for example) by two process variants.
  • the gas connection in the clamping gas channel is closed after the liquid valve has been opened.
  • a throttled connection is opened in the unpressurized return gas duct.
  • the amount of gas flowing off and thus the filling speed can be determined or adjusted via the size of the throttle opening. If two filling speeds are required, two control valves with different throttle sizes are also required.
  • the gas valve SV2 can also be designed as a control valve.
  • the filling speed is regulated according to a profile specified for the beverage and the container. In this case, the discharge can also take place after the end of the filling phase via the same throttled gas path as during the filling phase.
  • the further exemplary variant provides for the installation of a control valve in the line from the product distribution channel via the flow meter to the filling valve.
  • the control valve forms, together with the flow meter, a further, third control circuit for regulating the filling speed of the respective filling element.
  • the actual flow rate, in particular the filling rate is formed by the third control circuit, in particular via its control valve and / or flow meter, after the liquid valve has opened.
  • the filling speed is regulated during the filling phase by means of the second control circuit in such a way that after opening the liquid valve, the gas connection in the annular channel designed as a clamping gas channel is closed by means of the first control valve and immediately afterwards a throttled connection in the unpressurized return gas duct is opened by means of the second control valve.
  • the filling speed is regulated during the filling phase by means of a third control circuit which has a control valve, the flow meter and a third regulating and control device.
  • the third control loop can regulate and / or control the filling speed during the filling phase after opening the liquid valve via the control valve and / or the flow meter.
  • the prestressing pressure in the container is controlled and / or regulated by means of the second control loop during the prestressing phase and the filling phase.
  • a constant gas flow is generated from the gas space of the filling material container in the direction of the container to be filled with liquid filling material, and thus the pretensioning pressure, in the annular space under atmospheric pressure Container is also regulated during the filling phase to a pressure level below the excess pressure of the gas space of the filling container of the mixer.
  • the filling pressure under which the containers are filled with liquid filling material during the filling phase, is followed up by the pressure difference generated during the preload phase on the preload pressure.
  • the gas space of the mixer is pressurized with a tension gas which is under excess pressure by means of a first control circuit designed as a pressure control circuit.
  • the gas space of the mixer is regulated to an overpressure which is higher than the CO 2 saturation pressure of the liquid filling material located in the liquid space.
  • liquid filling material is fed to the liquid space of the filling material container in such a way that the fleas of the filling material level of liquid filling material in the liquid space are kept constant or approximately constant.
  • the expression “essentially” or “approximately” means deviations from the respectively exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of insignificant for the function Changes.
  • aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device can also be used as a corresponding method step or as a feature of one Process step is to be understood.
  • aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or feature of a corresponding device.
  • Some or all of the method steps can be carried out by a hardware Apparatus (or using a hardware apparatus) such as B. a microprocessor, a programmable computer or an electronic circuit. In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.
  • FIG. 1 shows a schematic functional representation of an exemplary embodiment variant of a filling system according to the invention for filling containers with liquid contents
  • FIG. 2 shows, as an enlarged detail, the filling element shown in the functional illustration of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic functional representation of an exemplary further embodiment variant of a filling system according to the invention for filling containers with liquid contents
  • the filling system comprises, inter alia, a rotating machine of the circumferential type for filling a liquid filling material into bottles 2 or similar containers and at least one filling material container 50 of a mixer which is otherwise not shown in detail.
  • the filling system 1 can be designed in particular for free steel filling and / or filling via the container wall and / or for the long tube filling.
  • the filling system 1 is preferably used for pressure filling containers 2, which are arranged at least during the actual filling phase in a sealing position on a filling element 1 .1.
  • the filling system 1 includes u. a. Filling elements 1 .1, of which a filling element 1 .1 is only shown by way of example in FIG. 1 and which are provided at uniform angular intervals on the circumference of a rotor 4 of the filling machine which can be driven around a vertical machine axis MA.
  • a product line 5 common to all filling elements 1 .1 and completely filled with the liquid filling material, which is designed, for example, as a ring line and is completely filled with the liquid filling material during the filling operation, that is to say in particular has no gas cushion above a liquid level.
  • channels 30 and 40 on the rotor 4 for all filling elements 1 .1 of the filling machine which channels are preferably in the form of ring channels.
  • the ring channels 30 and 40 can perform different functions depending on the filling method.
  • the ring channel 30 can be used to guide the inert gas under excess pressure, in particular as a clamping gas channel.
  • the ring channel 40 can be designed as a return gas or relief channel for relieving the containers 2 against the atmospheric pressure, and thus have atmospheric pressure.
  • a liquid channel 7 is formed which is connected via a line 8 to the product line 5 completely filled with liquid filling material.
  • a flow meter 8.1 can be assigned to the line 8, by means of which the volume flow of liquid filling material, ie the quantity of filling material per unit of time, supplied to the liquid channel 7 via the line 8 can be detected.
  • Flow meter 8.1 is advantageously designed as a magnetic-inductive flow meter, or MID for short.
  • a liquid valve 9 is provided in the liquid channel 7, specifically for the controlled delivery of the liquid filling material to the container 2.
  • a delivery opening which preferably concentrically surrounds the vertical filling element axis.
  • a seal 12 is provided at the dispensing opening, which surrounds the dispensing opening in a ring and against which the respective container 2 is pressed with its container mouth 2.1 during filling, in particular also during pressure filling, ie. H. lies in the sealing position.
  • a neck ring holder 11 is also provided in the exemplary embodiment shown.
  • the liquid valve 9 essentially consists of a valve body 9. 1 arranged in the liquid channel 7, which cooperates with a valve seat formed on the inner surface of the liquid channel 7.
  • Valve body 9.1 and valve seat form the closing plane of the filling element 1 .1.
  • valve body 9.1 is provided or formed on a valve or gas pipe 13 which is arranged coaxially with the filling element axis FA and is open at both ends, and which also serves as a valve tappet for actuating the liquid valve 9 and for this purpose interacts with an actuating device 14 with which the gas pipe 13 and thus the valve body 9.1 for opening and closing the liquid valve 9 can be moved axially in the filling element axis FA by a predetermined amount.
  • the gas pipe 13 protrudes through the discharge opening through the underside of the housing 6 and thus extends into the interior of the container 2 with this end during the filling. With its upper, likewise open end, the gas pipe 13 extends into a closed gas space 15.
  • a flow path 20 is formed in the filling element 1 .1, which is connected to the container interior via the gas space 15 and via the gas pipe 13.
  • the container interior can be fluidically connected to the ring channel 30 and / or the ring channel 40 via a first and / or a second controllable control valve SV1, SV2.
  • All “control valves” of this invention are designed as “open” and “close” valves, that is to say as control valves with two possible steadily permissible operating states, namely an operating state “open” and an operating state “closed”.
  • the control valve SV 2 can also be designed as a control valve.
  • the flow path 20 is designed for a gaseous and / or liquid medium.
  • the flow path 20 is connected to the interior of the container 2 to be filled during the prestressing phase and / or the filling phase.
  • the container 2 can preferably be charged with an inert gas via the flow path 20 during the pretensioning phase, as a result of which the container 2 is pretensioned with an inert gas via the flow path 20 under a definable pretensioning pressure P sp.
  • the flow path 20 for prestressing during the prestressing phase of the container 2 can be fluidly connected to the annular duct 30 designed as a prestressing gas duct by activating the first control valve SV1.
  • the flow path 20 can be fluidically connected to the annular channel 40, which is designed as a return gas or relief channel and is under atmospheric pressure.
  • the flow path 20 can be designed as a gas path and / or as a gas channel system.
  • the ring channel 30, the ring channel 40 and the product line 8 are guided through a rotary connection 17 between the rotor 4 and a machine frame, the ring channel 40 preferably opening into the atmosphere in the region of the rotary connection 17, while the product channel 8 and the ring channel 30 are each connected via a connecting line 8.2 and 30.1 to the filling container 50 of a mixer, or mixer system, not otherwise shown in detail.
  • a controllable first control valve 30.2 and a controllable second control valve 30.3 can be provided in the connecting line 30.1 for controlling the flow rate of span gas per unit time, that is to say the volume flow of gas. More in detail, the first control valve 30.2 is provided in a fluid-tight manner between the gas space 50.1 and the annular channel 30 in the connecting line 30.1, while the second Control valve 30.3 is arranged as a branch in the connecting line 30.1, the branch opening into the atmospheric environment, that is to say against atmospheric pressure.
  • the mixer or the mixing system can in particular be a device for producing mixed products, and preferably also for producing carbonized or carbonated mixed products, as is known to the person skilled in the art, for example, from the prior art.
  • the liquid base or base component which, for. B. is formed by beverage water, first degassed and then mixed with at least one preferably flavor-forming additional component (z. B. syrup) to the required final concentration. If the mixed drink is a carbonated drink, then the mixed drink is carbonated and buffered with CO 2 gas until it is filled into containers or bottles. Mixing products of this type are processed in mixing systems consisting of several components, which are often referred to as mixers.
  • the carbonized mixed product or mixed drink that can be produced with the mixing system can then be filled into container 2 in the manner described in more detail below with the at least one filling element 1 .1 of the filling system.
  • Mixing systems of this type generally have a buffer store or tank for buffering between the mixing system and filler, which can have a relatively large volume, for example a volume of up to 1000 liters.
  • the filling container 50 of the mixer is such a buffer storage of a mixing plant.
  • the mixed product accommodated in the filling material container 50 is overlaid in the filling material container 50 with a CO 2 gas cushion, the pressure of which is higher than the CO 2 saturation pressure in the mixing product.
  • an upper gas space 50.1 loaded with CO 2 gas and a lower liquid space 50.2 filled with the completely mixed liquid filling material are thus formed in the filling material container 50.
  • the filling system 1 is preferably used for the pressure filling of the liquid filling material into the containers or bottles 2, in which the container 2, which is in the sealing position with the filling element 1 .1 of the filling system 1, at least temporarily also in a prestressing phase a gas is prestressed to a prestressing pressure P span, the gas used for the prestressing being the gas space under the excess pressure P boiler
  • the filling system 1 has a first control circuit RK1 assigned to the product container 50, which comprises a pressure sensor 52 for detecting the pressure in the gas space 50.1, a controllable control valve 53 and a first regulating and control device 54.
  • the control circuit RK1 is used for supply line 55 to the gas space
  • controllable gas preferably C02 gas
  • the overpressure P boiler is higher than the C02 saturation pressure of the mixed product located in the liquid space 50.2.
  • the gas space 50.1 can therefore be pressurized with a gas under pressure by means of the first control circuit RK1 designed as a pressure control circuit.
  • the gas supplied to the gas space 50.1 via the feed line 55 can be supplied from a gas source, for example a separate gas source.
  • the liquid filling material that is to say the mixed product, is fed to the filling material container 50, in particular the liquid space 50.2 of the filling material container 50, in a manner controlled and / or regulated, in particular level-controlled, via a supply line (not shown in detail), so that the fleas of the filling material level turn on liquid filling material in the liquid space 50.2 is kept constant or approximately constant.
  • the closing plane of the liquid valve 9 of the filling element 1 .1 is arranged around a flea (FH1) above the level of the filling material in the liquid space 50.2 of the filling material container 50 of the mixer.
  • a negative geodetic flea (FH 1) is thus formed in the filling system 1 in that the closing level of the liquid valve 9 lies above the level of the filling material in the liquid space 50.2.
  • the container 2 which is in the sealing position with the filling element 1 .1 of the filling system 1, is pretensioned at least temporarily with a pretensioning gas to a pretensioning pressure P sp in a pretensioning phase, the gas used for the pretensioning being the boiler under the excess pressure P Gas space
  • the container 2 is filled with the filling material from the liquid space 50.2 of the filling material container 50 of the mixer via a product line 8 of the filling system 1 which is completely filled with the liquid filling material.
  • the return gas displaced from the incoming filling material from the container 2 is discharged via a return gas path 20 of the filling element 1 .1 into an annular channel 40 serving as a return gas channel.
  • a pretensioning pressure P span is generated in the container 2 at least before the start of the subsequent filling phase, which is at a pressure level below the overpressure P boiler of the gas space 50.1 of the filling material container 50 of the mixer.
  • the filling system 1 has a second control circuit RK2 for controlling and / or regulating the pretensioning pressure P span that is formed in the container 2 at least during the pretensioning phase.
  • the second control circuit RK2 can be designed as a pressure control circuit and for this purpose, for example, a first sensor device 56.1 and / or a second sensor device 56.2 for detecting a filling pressure, the first control valve 30.2 and / or the second control valve 30.3 and one in the connection line 30.1 between the second control valve 30.3 and the annular channel 30 provided third sensor device 56.3 for detecting the clamping gas pressure and a second regulating and control device 57.
  • the second control circuit RK2 is preferably designed to generate a prestressing pressure P span in the container 2 during the prestressing phase, at least before the beginning of the subsequent filling phase, which is at a pressure level below the excess pressure P boiler of the gas space 50.1 of the filling material container 50 of the mixer.
  • the prestressing gas is at least temporarily and / or partially discharged into the annular channel 40, which is under atmospheric pressure, during the prestressing phase.
  • This can also be done by releasing the tension gas supplied from the gas space 50.1 to the container 2 into the annular channel 40, which is under atmospheric pressure, during the entire duration of the prestressing phase.
  • the prestressing gas or prestressing gas is controlled and / or discharged via the flow path 20 into the annular channel 40, which is under atmospheric pressure, in such a way that an adjustable pressure difference DF between the overpressure P boiler of the gas space 50.1 and the prestressing pressure P tension in the container 2 is thereby achieved is generated at least during the preload phase, the pressure difference DF being regulated and / or controlled by means of the second control circuit RK2.
  • a setpoint pressure difference DF between the excess pressure P boiler of the gas space 50.1 and the pretensioning pressure P span in the container 2 can form a controlled variable of the second control circuit RK2.
  • the regulation of the pre-tensioning pressure P tension can be integrated by means of the second control circuit RK2 by integrating the first sensor device 56.1 arranged between the flow meter 8.1 and the filling element 1 .1 and / or the second sensor device 56.2 arranged inside the filling element 1 .1 take place, the first and / or second sensor device 56.1, 56.2 detecting the actual values required for regulation.
  • the pretensioning pressure P span can be regulated at least during the pretensioning phase such that
  • PKessei corresponds to the pressure, in particular the excess pressure of the gas in the gas space 50.1 of the product container 50 of the mixer.
  • P Delta HI corresponds to the suppression required to overcome fleas H1.
  • PFC ill speed corresponds to the - purely mathematically - required suppression in order to accelerate the stationary filling material to the filling speed.
  • the second control loop RK2 has a fast dynamic leadership behavior, i. H. After specifying a reference variable or change of reference variable (change of target value), a fast dynamic behavior is desired with which the control variable approaches the target value of the reference variable.
  • a typical time interval for a dynamic adaptation of the command variable of the second control circuit RK2 is in the range between 10 ms and 500 ms, particularly preferably in the range between 20 ms and 200 ms.
  • the amount of gas flowing off via the first and / or second control valve SV1, SV2 corresponds primarily to a filling rate of 50-400 ml / s.
  • the second control circuit RK2 can also be designed to regulate the pressure of the filling material, also called filling pressure control, during the filling phase.
  • the containers 2 to be filled with liquid filling material are prestressed in a prestressing phase with a gas removed from the gas space 50.1 of the filling material container 50 of the mixer. If an already prestressed container 2 is now filled with liquid filling material in the subsequent filling phase, the biasing gas located in container 2 is displaced by the filling material flowing into container 2 and as so-called return gas from container 2 via the return gas path formed flow path 20 of the filling element 1 .1 into the annular channel 40 designed as a return gas channel, preferably during the entire duration of the filling phase.
  • the return gas is discharged through the flow path 20 into the annular channel 40, which is under atmospheric pressure, during the entire duration of the filling phase, and the filling pressure due to the pressure difference DF generated during the filling phase between the overpressure P boiler and the preload pressure P span by means of the second Control circuit RK2 regulated and / or controlled.
  • the pressure difference DF between the overpressure P boiler of the gas space 50.1 and the pretensioning pressure P span in the container 2 can be regulated here during the filling phase by means of the second control circuit RK2 and in this way to a filling speed between 300-1000 mm WS (0.03-0. 1 bar) can be generated.
  • the pressure difference DF is regulated approximately constant by means of the second control circuit RK2 both during the pretensioning phase and during the subsequent filling phase.
  • a pressure difference DF is generated in the respective container 2 during the filling phase, which pressure difference is sufficient to allow the filling material to flow into the corresponding container 2.
  • This adjustable pressure difference DF determines the filling speed with which the respective container 2 is filled with liquid contents during the actual filling phase.
  • the maximum possible filling speed during the filling phase can be set and / or regulated (for example) by means of the second control circuit RK2.
  • the gas connection in the annular channel 30, which is designed as a clamping gas channel is closed by means of the first control valve SV1.
  • a throttled connection is opened in the unpressurized return gas duct 40 by means of the second control valve SV2.
  • the amount of gas flowing off and thus the filling speed can be determined or adjusted by including the second control circuit RK2 via the size of the throttle opening, in particular of the second control valve SV2. If two filling speeds are required, two control valves with different throttle sizes are required. In this case, the discharge can also take place after the end of the filling phase via the same throttled gas path as during the filling phase.
  • the filling speed during the filling phase can also be set and / or regulated by means of a third control circuit RK3, which is indicated schematically in FIG. 3.
  • the third control circuit RK3 can have a control valve 41, the flow meter 8.1 and a third regulating and control device 42.
  • the control valve 41 which is infinitely adjustable, is in any position by means of the third control circuit RK3 between the operating positions “open” and / or “closed” (ie open position and / or closed position)
  • the intermediate position can be controlled as a permissible operating position and thus adjustable, and preferably continuously. These arbitrary intermediate positions can also be controlled as permissible stationary operating positions.
  • control valve 41 is installed in more detail in the line 8 from the product distribution channel 5 to the flow meter 8.1, namely between the product distribution channel 5 and the flow meter 8.1.
  • the control valve 41 thus forms, together with the flow meter 8.1, the third control circuit RK3 for regulating and / or controlling the filling speed during the filling phase of the respective filling element 1 .1.
  • the pressure difference DZ prevails in the respective container 2, which is sufficient to ensure a flow in the direction of the respective container 2.
  • the actual flow rate, in particular the filling rate is regulated and / or controlled by the third control circuit RK3, in particular via its control valve 41 and / or flow meter 8.1, after opening the liquid valve 9.
  • This last-mentioned variant has the advantage that the return gas can flow back into the annular channel 40 designed as a clamping gas channel and is thus available for reuse in the next filling.
  • the second control circuit RK2 is designed to achieve a steady gas flow from the gas space 50.1 of the filling material container 50 in the direction of the container 50 to be filled with liquid filling material by continuously discharging the return gas into the annular channel 40 which is under atmospheric pressure. testify so that the prestressing pressure P span in the container 2 can be regulated to a value below the excess pressure P boiler of the gas space 50.1 of the filling material container 50 of the mixer even during the filling phase.
  • the filling pressure under which the containers 2 are filled with liquid contents during the filling phase, can be tracked to the pressure difference DF generated during the preloading phase at the preloading pressure P span.
  • the product line 5 is not completely, but only almost completely filled with the liquid filling material, the space not filled with the liquid filling material being filled with a gas.
  • the gas volume in the product line 5 must be significantly smaller than the total volume of the product line 5.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern (2) mit flüssigen Füllgut sowie auf ein Füllsystem (1). Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füllsystems bereitzustellen, bei dem eine Abgabeöffnung eines Flüssigkeitsventils (9) eines Füllelementes (1.1) um eine Höhe (H1) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeordnet liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement des Füllsystems befindliche Behälter in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem unter einem Überdruck P Kessel stehenden Spanngas eines Gasraums des Füllgutbehälters des Mixers auf einen Vorspanndruck P Spann vorgespannt wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffneten Flüssigkeitsventil des Füllelementes mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung des Füllsystems gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg des Füllelementes in einen Ringkanal abgeführt wird, und bei dem in dem Behälter während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks des Gasraumes des Füllgutbehälters des Mixers liegt.

Description

Verfahren sowie Füllsystem zum Befüllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit flüssigen Füllgut sowie auf ein Füllsystem.
Verfahren zum Füllen von Behältern flüssigen Füllgut sowie derartige Füllsysteme bzw. Füllmaschinen hierfür, insbesondere auch zum Druckfüllen, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Füllsystem zur Druckfüllung von Behältern wie beispielsweise Flaschen oder Dosen oder ähnlichen Behältern. Dabei ist die Mündung des Behälters zumindest während der Füllphase druckdicht mit dem Füllventil verbunden, so dass der Innenraum des Behälters einen anderen Druck aufweisen kann als den Umgebungsdruck.
Die Füllung selbst kann beispielsweise im Freistrahlverfahren, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter ab dem Flüssigkeitsventil in einem freien Füll strahl oder Füllgutstrahl zuströmt, ohne dass dabei die Strömung des Füllgutes durch Leitelemente wie z.B. Ableitschirme, Drallkörper, kurze oder lange Füllrohre beein- flusst oder verändert wird, erfolgen.
Alternativ kann die Füllung auch über die Innenwandung des zu befüllenden Behälters erfolgen, wobei das dem Behälter zuströmende Füllgut unterhalb des Flüssigkeitsven- tils durch Ableitschirme oder Drallkörper an die Innenwandung des Behälters gelenkt wird, wodurch ein besonders schaumarmes Befüllen des Behälters erzielt wird.
In einer weiteren Variante kann die Füllung auch unterschichtend über ein langes in die Flasche hineinragendes Füllrohr erfolgen.
Die Formulierung„Druckdicht mit dem Füllventil verbunden“ bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann bekannten Art und Weise mit seiner Behältermündung dicht an das Füllelement bzw. an eine dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung umgebende Dichtung angepresst liegt. Derartige Füllsysteme, insbesondere auch solche in Form von Füllmaschinen umlau- fender Bauart mit einer Vielzahl von Füllelementen an einem um eine vertikale Ma- schinenachse umlaufend antreibbaren Rotor sind in verschiedenen Ausführungen be- kannt. Bei diesen bekannten Füllsystemen wird das Füllgut für die Füllelemente in ei- nem ebenfalls am Rotor vorgesehenen und mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel bereitgestellt. Die Füllgeschwindigkeit an den einzelnen Füllelementen, d.h. die Strö- mungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut an den Füllelementen während des Füllens dem jeweiligen Behälter zufließt, ist dabei grundsätzlich von der geodätischen Flöhe zwischen dem Füllgutspiegel im Füllgutkessel und dem Niveau der Abgabeöffnung eines Flüssigkeitsventils des Füllelementes bestimmt.
Speziell bei Füllsystemen für ein Druck- oder Gegendruckfüllen von in Dichtlage an den Füllelementen angeordneten Behältern wird vielfach zur Einstellung und/oder Re- gelung der Füllgeschwindigkeit auch eine in einem Rückgasweg angeordnete Drossel verwendet, mit der dann die tatsächliche Füllgeschwindigkeit gegenüber derjenigen Füllgeschwindigkeit reduziert werden kann, die aufgrund der vorhandenen geodäti- schen Flöhe maximal erzielbar ist. Auch bei diesen Füllsystemen für ein Druck- oder Gegendruckfüllen erfolgt die Zufuhr des Füllgutes an die Füllstellen aus dem mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel, in dem der Druck und insbesondere das Niveau des Füllgutspiegels in sehr engen Grenzen und mit sehr hoher Genauigkeit geregelt wer- den müssen, damit die gewünschte Füllgeschwindigkeit auch erreicht wird. Bereits kleinere Abweichungen der geodätischen Flöhe führen zu großen unerwünschten Ver- änderungen der Füllgeschwindigkeit.
Dabei sind die mittels dieser Füllsysteme in Behältern als flüssiges Füllgut abgefüllten Getränke zum Großteil Mischgetränke, bei denen eine Flauptkomponente, die den vo- lumenmäßig weitaus größeren Teil des jeweils abgefüllten Produktes ausmacht eine weitere flüssige Zusatz-Komponente z.B. in Form eines geschmacksgebenden hoch- konzentrierten Aromastoffs beigemischt ist. Diese Mischung wird in der Praxis inner- halb einer Mischanlage erzeugt, die auch als "Mixer" bezeichnet wird und der Füllma- schine bzw. dem Füllsystem im Prozessablauf vorausgeht, in der dann das aus den beiden Komponenten gemischte Produkt in die Behälter abgefüllt wird. Beispiele für derartige Mischgetränke sind u.a. Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksgebender Zusatz, Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksbil- dender Zusatz und Zucker, Wasser mit flüssigem Aromastoff bzw. geschmacksgeben- der Zusatz und Grundsirup usw. Auf diese Weise hergestellte Mischgetränke sind bei spielsweise Fruchtsäfte oder Colagetränke, auch mit Zusatz von Kohlensäure.
Bei der Abfüllung von karbonisierten Erfrischungsgetränken (CSD) werden heute Füll maschine und Mixer als jeweils eigenständige Prozesseinheiten eines Füllsystems über entsprechende verfahrenstechnische und elektrische Schnittstellen miteinander verbunden und signaltechnisch verknüpft.
In der Regel wird dabei das Fertiggetränk aus dem Vorratsbehälter des Mixers über eine Druckerhöhungspumpe dem teilgefüllten Füllgutbehälter des Füllsystems, der als Ringkessel- oder einem Füllgut-Zentralbehälter des Füllersystems ausgebildet ist, zu- geführt. Die Gasdruckregelungen von Füllersystem und Mixer arbeiten dabei völlig un- abhängig voneinander.
Gemäß dem Stand der Technik wird das flüssige Füllgut innerhalb einer Füllmaschine zunächst einem als teilgefüllten Ringkessel oder Rohrringkessel oder aber einem als ebenfalls teilgefülltem Zentralbehälter ausgebildeten Füllgutbehälter zugeführt, wel- cher sowohl als Zwischenspeicher, als auch als Füllgutverteiler dient. Aus diesen Zwi- schenspeichern wiederum wird das flüssige Füllgut den einzelnen Füllelementen zu- geführt. Durch die Abgabeöffnungen der Flüssigkeitsventile wird das Füllgut dann in die zu befüllenden Behältern abgefüllt.
Nachteilig ist bei diesen bekannten Verfahrensweisen u.a., dass der Mixer bzw. Misch- anlage, in welchem die das Mischgetränk bildenden Komponenten (Wasser und/oder Zucker und/oder Grundsirup und/oder Aromastoff und/oder Kohlensäure) gemischt werden eine von der Füllmaschine auch räumlich und baulich getrennte Einheit dar- stellt, und dass daher Verbindungsleitungen zwischen dem Mixer und der Füllma- schine notwendig sind, die einen erheblichen Kostenfaktor darstellen. Neben dieser Verrohrung stellt auch der als Zwischenspeicher ausgebildete Füllgutbehälter der Füll- maschine einen erheblichen Kostenfaktor dar. Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Ver- fahren und ein Füllsystem zum Füllen von Behältern mit flüssigen Füllgut bereitzustel- len, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und hierbei insbesondere auf einen als Zwischenspeicher ausgebildeten Füllgutbehälter der Füllmaschine mit einem Gas- raum oberhalb des Füllgutspiegels verzichtet.
Dabei soll das erfindungsgemäße Verfahren ein Füllen des Behälters mit flüssigem Füllgut selbst dann ermöglichen, wenn der Füllgutspiegel eines Flüssigkeitsraumes eines Füllgutbehälters eines Mixers tiefer angeordnet ist als die Schließebene eines zugeordneten Füllventils. Eine solche Anordnung führt zu einer sogenannten negativen geodätischen Flöhe.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteran- sprüche betreffen dabei besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung.
Der wesentliche Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, ein Verfahren zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut unter Verwendung eines Füll systems bereitzustellen, bei dem eine Abgabeöffnung eines Flüssigkeitsventils eines Füllelementes um eine Flöhe oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes eines Füllgutbehälters eines Mixers angeordnet liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement des Füllsystems befindliche Behälter in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem unter einem Überdruck stehenden Spanngas auf einen Vorspann- druck vorgespannt wird, wobei das Spanngas aus dem Gasraum des Füllgutbehälters des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöff- neten Flüssigkeitsventil des Füllelementes mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produkt- leitung des Füllsystems gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter verdrängte Rückgas über einen Rück- gasweg des Füllelementes in einen Sammelkanal abgeführt wird, und bei dem in dem Behälter während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füll phase ein Vorspanndruck erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks des Gasraumes des Füllgutbehälters des Mixers liegt. Erfindungsgemäß kann dabei auf den Zwischenspeicher der Füllmaschine verzichtet werden und zudem die aufwändige Verrohrung entfallen. Ferner können die Mischan- lage und die Füllmaschine damit als verfahrenstechnische Einheit ausgebildet sein, bei welcher die gemäß dem Stand der Technik bislang voneinander unabhängigen Einheiten nicht mehr völlig unabhängig voneinander arbeitet. Dabei können bisher doppelt vorhandene Funktionen (elektrisch u. verfahrenstechnisch) vermieden wer- den, was dazu führt, dass als Resultat die Herstellkosten solcher Anlagen signifikant reduziert werden können. Weiterhin reduziert sich der Platzbedarf in einer Produkti- onsanlage, was einen weiteren, wesentlichen Vorteil darstellt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil des Spanngases zumindest zeitweise während der Vorspannphase in einen unter Atmosphärendruck stehenden Sammelkanal abgeführt wird.
Nach einer nochmals bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass zumindest während der Vorspannphase das Spanngas über seinen Strömungsweg derart gesteuert- und/oder geregelt in den unter Atmosphärendruck stehenden Sam- melkanal abgeführt wird, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz zwischen dem Überdruck des Gasraumes des Mixers und dem Vorspanndruck in dem Behälter er- zeugt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Vorspanndruck in dem Behälter zumindest während der Vorspannphase mittels eines zweiten Regelkreises derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass gilt
P Spann— P Kessel— P Delta H1— P Füllgeschwindigkeit— P Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit, wobei P spann der Vorspanndruck im Behälter, PKessei der Druck des Gases im Gas- raum des Füllgutbehälters des Mixers, P Delta HI der erforderliche Unterdrück zur Überwindung der Höhe H1 , PFüiigeschwindigkeit der erforderliche Unterdrück, um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen, und Pströmungsveriuste durch Füllgeschwindigkeit der erforderliche Unterdrück, um die durch die Strömung des Füll- gutes auftretenden Druckverluste auszugleichen, sind. Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strömungsweg in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal abgeführt und der Fülldruck durch die auch während der Füllphase erzeugte Druckdifferenz zwischen dem Überdruck und dem Vorspanndruck mittels des zweiten Regelkreises geregelt und/oder gesteuert wird.
Dabei wird mittels Regelkreisen während der Füllphase in dem jeweiligen Behälter eine Druckdifferenz erzeugt, die ausreicht, um eine Einströmung des Füllgutes in das Behältnis zu ermöglichen. Die durch die Druckdifferenz bestimmte Füllgeschwindig- keit kann dabei beispielsweise durch zwei Verfahrensvarianten eingestellt und/oder (ein)geregelt werden.
Gemäß einer ersten Variante wird nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils die Gas- verbindung in den Spanngaskanal geschlossen. Unmittelbar danach wir eine gedros- selte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal geöffnet. Über die Größe der Dros- selöffnung kann dabei die abfließende Gasmenge und damit die Füllgeschwindigkeit bestimmt, bzw. eingestellt werden. Bei zwei erforderlichen Füllgeschwindigkeiten be- nötigt man entsprechend auch zwei Steuerventile mit unterschiedlichen Drosselgrö- ßen. In einer weiteren Variante kann das Gasventil SV2 auch als Regelventil ausge- bildet werden. Dabei wird die Füllgeschwindigkeit entsprechend einem für Getränk und Behältnis vorgegebenen Profil geregelt. Dabei kann auch die Entlastung nach Ende der Füllphase über den selben gedrosselten Gasweg erfolgen, wie dem während der Füllphase.
Die weitere beispielhafte Variante sieht die Installation eines Regelventils in die Lei- tung vom Produktverteilerkanal über den Durchflussmesser zum Füllventil vor. Das Regelventil bildet dabei zusammen mit dem Durchflussmesser einen weiteren, dritten Regelkreis zur Regelung der Füllgeschwindigkeit des jeweiligen Füllelementes aus. Nach dem Vorspannen herrscht in dem jeweiligen Behälter eine Druckdifferenz, die ausreicht, um eine Strömung in Richtung des jeweiligen Behälters sicherzustellen. Die eigentliche Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere Füllgeschwindigkeit, wird dabei nach Öffnung des Flüssigkeitsventils vom dem dritten Regelkreis insbesondere über dessen Regelventil und/oder Durchflussmesser gebildet. Diese letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass das Rückgas wieder in den Spanngaskanal zurückfließen kann und damit für eine Wiederverwendung bei der nächsten Füllung zur Verfügung steht.
Mehr im Detail kann also gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels des zweiten Regel- kreises derart geregelt wird, dass nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils die Gas- verbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal mittels des ersten Steuerventils geschlossen und unmittelbar danach eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal mittels des zweiten Steuerventils geöffnet wird.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Füllgeschwindigkeit wäh- rend der Füllphase mittels eines dritten Regelkreises geregelt wird, der ein Regelventil, den Durchflussmesser sowie eine dritte Regel- und Steuereinrichtung aufweist. Hier- bei kann der dritte Regelkreis die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase nach Öffnung des Flüssigkeitsventils über das Regelventil und/oder den Durchflussmesser regeln und/oder steuern.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Vorspanndruck in dem Behälter während der Vorspannphase und der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises gesteuert und/oder geregelt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal ein stetiger Gasstrom aus dem Gasraum des Füllgutbehälters in Richtung des mit flüssigen Füllgutes abzufüllenden Behälters erzeugt wird und damit der Vorspanndruck in dem Behälter auch während der Füllphase auf ein Druckniveau unterhalb des Überdrucks des Gasraums des Füll gutbehälters des Mixers geregelt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass mittels des zweiten Regelkreises der Fülldruck, unter dem die Behälter wäh- rend der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der, während der Vorspann- phase erzeugten Druckdifferenz auf dem Vorspanndruck nachgeführt wird. Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Gasraum des Mixers mittels eines, als Druckregelkreis ausgebildeten, ersten Regelkreises druckgesteuert mit einem unter dem Überdruck stehenden Spanngas beaufschlagt wird.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass der Gasraum des Mixers auf einen Überdruck geregelt wird, der höher ist, als der C02-Sättigungsdruck des in dem Flüssigkeitsraum befindlichen flüssigen Füll- gutes.
Nach einer nochmals weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass das flüssige Füllgut dem Flüssigkeitsraum des Füllgutbehälters derart ni- veaugeregelt zugeführt wird, dass die Flöhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum konstant oder näherungsweise konstant gehalten wird.
Der Ausdruck„im Wesentlichen“ bzw.„etwa“ bedeutet im Sinne der Erfindung Abwei- chungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abwei- chungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wur- den, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechen- den Verfahrens darstellen, so dass ein Block- oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrens- schrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vor- richtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Flardware- Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparates) wie z. B. einen Mikro- prozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung aus- geführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften Aus- führungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllsystems zum Fül- len von Behältern mit flüssigem Füllgut,
Fig. 2 als vergrößerter Ausschnitt das in der Funktionsdarstellung der Fi- gur 1 dargestellte Füllelement.
Fig. 3 eine schematische Funktionsdarstellung einer beispielhaften wei- teren Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Füllsystems zum Füllen von Behältern mit flüssigem Füllgut,
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren iden- tische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Be- zugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jewei- ligen Figur erforderlich sind. Auch ist die Erfindung in den Figuren nur als schemati- sche Ansicht zur Erläuterung der Arbeitsweise dargestellt. Insbesondere dienen die Darstellungen in den Figuren nur der Erläuterung des grundlegenden Prinzips der Er- findung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit darauf verzichtet, alle Bestandteile der Vor- richtung zu zeigen.
Das in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem umfasst u.a. eine Füllma- schine umlaufender Bauart zum Abfüllen eines flüssigen Füllgutes in Flaschen 2 oder dergleichen Behälter sowie zumindest einen Füllgutbehälter 50 eines ansonsten nicht nähergehend dargestellten Mixers. Das Füllsystem 1 kann insbesondere zur Freistahl füllung und/oder Füllung über die Behälterwandung und/oder für die Langrohrfüllung ausgebildet sein. Vorzugsweise dient das Füllsystem 1 zum Druckfüllen von Behältern 2, die sich hierfür zumindest während der eigentlichen Füllphase in Dichtlage an einem Füllelement 1 .1 angeordnet befinden.
Das Füllsystem 1 umfasst hierfür u. a. Füllelemente 1 .1 , von denen in der Fig. 1 nur exemplarisch ein Füllelement 1 .1 gezeigt ist und die in gleichmäßigen Winkelabstän- den am Umfang eines um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotors 4 der Füllmaschine vorgesehen sind. An dem nur teilweise dargestellten Rotor 4 befindet sich eine für sämtliche Füllelemente 1 .1 gemeinsame und vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung 5, die beispielsweise als Ringleitung aus- gebildet ist, und während des Füllbetriebes vollständig mit dem flüssigen Füllgut gefüllt ist, also insbesondere kein Gaspolster oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels aufweist. Neben der Produktleitung 5 befinden sich an dem Rotor 4 auch für sämtliche Füllele- mente 1 .1 der Füllmaschine gemeinsame Kanäle 30 und 40, welche bevorzugt als Ringkanäle ausgebildet.
Die Ringkanäle 30 und 40 können je nach Füllverfahren unterschiedliche Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann der Ringkanal 30 zur Führung des Inertgases unter Über- druck, insbesondere als Spanngaskanal, verwendet werden.
Alternativ oder ergänzend kann der Ringkanal 40 als Rückgas- oder Entlastungskanal zum Entlasten der Behälter 2 gegen den Atmosphärendruck ausgebildet sein, und so- mit Atmosphärendruck aufweisen.
In einem Gehäuse 6 des Füllelementes 1 .1 ist u. a. ein Flüssigkeitskanal 7 ausgebildet, der über eine Leitung 8 mit der vollständig mit flüssigem Füllgut befüllten Produktlei- tung 5 in Verbindung steht. Der Leitung 8 kann dabei ein Durchflussmesser 8.1 zuge- ordnet sein, mittels dem der über die Leitung 8 dem Flüssigkeitskanal 7 zugeführte Volumenstrom an flüssigen Füllgut, also die Füllgutmenge pro Zeiteinheit, erfassbar ist. Vorteilhaft ist der Durchflussmesser 8.1 als magnetisch- induktiver Durchflussmes- ser, kurz MID, ausgebildet.
Ferner ist im Flüssigkeitskanal 7 ein Flüssigkeitsventil 9 vorgesehen, und zwar zur gesteuerten Abgabe des flüssigen Füllgutes an den Behälter 2. An der Unterseite des Füllelementes 1 .1 befindet sich eine, die vertikale Füllele- mentachse vorzugsweise konzentrisch umschließende Abgabeöffnung.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Abgabeöffnung eine Dichtung 12 vor- gesehen, die die Abgabeöffnung ringförmig umschließt und gegen die der jeweilige Behälter 2 während des Füllens, insbesondere auch während des Druckfüllens mit seiner Behältermündung 2.1 angepresst ist, d. h. in Dichtlage anliegt.
Ebenfalls ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Neckringhalter 1 1 vorgesehen.
Das Flüssigkeitsventil 9 besteht im Wesentlichen aus einem im Flüssigkeitskanal 7 angeordneten Ventilkörper 9.1 , der mit einem an der Innenfläche des Flüssigkeitska- nals 7 ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Ventilkörper 9.1 und Ventilsitz bilden die Schließebene des Füllelements 1 .1 .
Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Ventilkörper 9.1 an einem achsgleich mit der Füllelementachse FA angeordneten und beidendig offenen Ventil- oder Gasrohr 13 vorgesehen oder ausgebildet, welches zugleich als Ventilstößel zur Betätigung des Flüssigkeitsventils 9 dient und hierfür mit einer Betätigungseinrichtung 14 zusammen- wirkt, mit der das Gasrohr 13 und damit der Ventilkörper 9.1 zu Öffnen und Schließen des Flüssigkeitsventils 9 um einen vorgegebenen Flub axial in der Füllelementachse FA bewegbar sind.
Mit dem unteren, offenen Ende steht das Gasrohr 13 durch die Abgabeöffnung hin durch über die Unterseite des Gehäuses 6 vor und reicht somit während des Füllens mit diesem Ende in den Innenraum des Behälters 2 hinein. Mit seinem oberen, eben- falls offenen Ende reicht das Gasrohr 13 in einen geschlossenen Gasraum 15 hinein.
Ferner ist in dem Füllelement 1 .1 ein Strömungsweg 20 ausgebildet, der über den Gasraum 15 und über das Gasrohr 13 mit den Behälterinnenraum verbunden ist. Durch den Strömungsweg 20 ist der Behälterinnenraum über ein erstes und/oder ein zweites regelbares Steuerventil SV1 , SV2 mit dem Ringkanal 30 und/oder dem Ring- kanal 40 fluidisch verbindbar. Sämtliche„Steuerventile“ dieser Erfindung sind dabei als„Auf“ und„Zu“- Ventile ausgebildet, also als Steuerventile mit zwei möglichen sta- tionär zulässigen Betriebszuständen, nämlich einem Betriebszustand „Offen“ und einem Betriebszustand„Geschlossen“. Das Steuerventil SV 2 kann auch als Regel- ventil ausgebildet sein.
Der Strömungsweg 20 ist dabei für ein gasförmiges und/oder flüssiges Medium aus- gebildet.
Der Strömungsweg 20 steht während der Vorspannphase und/oder der Füllphase mit dem Innenraum des zu befüllenden Behälters 2 in Verbindung.
Vorzugsweise ist der Behälter 2 während der Vorspannphase über den Strömungsweg 20 mit einem Inertgas beaufschlagbar, wodurch der Behälter 2 über den Strömungs- weg 20 mit einem Inertgas unter einem definierbaren Vorspanndruck P spann vorge- spannt wird.
Weiterhin kann über den Strömungsweg 20 auch während der Füllphase aus dem Be- hälter 2 verdrängtes Rückgas abgeführt werden. Mehr im Detail ist der Strömungsweg 20 zum Vorspannen während der Vorspannphase des Behälters 2 durch Aktivierung des ersten Steuerventils SV1 mit dem als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 30 fluidisch verbindbar. Zudem ist der Strömungsweg 20 durch Aktivierung des zweiten Steuerventils SV2 (auch) während der Füllphase mit dem, als Rückgas- oder Entlas- tungskanal ausgebildeten und unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 flui disch verbindbar. Der Strömungsweg 20 kann dabei als Gasweg und/oder als Gaska- nalsystem ausgebildet sein.
Dabei sind der Ringkanal 30, der Ringkanal 40, als auch die Produktleitung 8 durch eine Drehverbindung 17 zwischen dem Rotor 4 und einem Maschinegestell geführt, wobei der Ringkanal 40 im Bereich der Drehverbindung 17 bevorzugt in die Atmo- sphäre mündet, während der Produktkanal 8 sowie der Ringkanal 30 jeweils über eine Verbindungsleitung 8.2 und 30.1 mit dem Füllgutbehälter 50 eines ansonsten nicht nähergehend dargestellten Mixers, oder auch Mischanlage genannt, verbunden sind.
In der Verbindungsleitung 30.1 können ein regelbares erstes Steuerventil 30.2 und regelbares zweites Steuerventil 30.3 zur Steuerung der Durchflussmenge an Spann- gas pro Zeiteinheit, also des Volumenstroms an Gas, vorgesehen sein. Mehr im Detail ist das erste Steuerventil 30.2 fluidisch dicht zwischen dem Gasraum 50.1 und dem Ringkanal 30 in der Verbindungsleitung 30.1 vorgesehen, während das zweite Steuerventil 30.3 als Abzweigung in der Verbindungsleitung 30.1 angeordnet ist, wobei die Abzweigung in die atmosphärische Umgebung, also gegen Atmosphärendruck, mündet. Dabei kann es sich bei dem Mixer bzw. der Mischanlage insbesondere um eine Vorrichtung zum Herstellen von Misch Produkten handeln, und dabei vorzugs- weise auch zum Herstellen von karbonisierten bzw. kohlesäurehaltige Mischprodukte, wie diese dem Fachmann beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Hierfür kann in dem Mixer die flüssige Grund- oder Basiskomponente, die z. B. von Getränkewasser gebildet ist, zunächst entgast und dann mit wenigstens einer vorzugs- weise geschmacksbildenden Zusatzkomponente (z. B. Sirup) auf die erforderliche Endkonzentration ausgemischt werden. Handelt es sich bei dem Mischgetränk um ein kohlensäurehaltiges Getränk, so erfolgen auch eine Karbonisierung und eine Puffe- rung des Mischgetränks mit C02-Gas bis zum Abfüllen in Behälter oder Flaschen. Die Aufbereitung derartiger Mischprodukte erfolgt in aus mehreren Komponenten beste- henden Mischanlagen, die vielfach als Mixer bezeichnet wird.
Das mit der Mischanlage herstellbare karbonisierte Mischprodukt oder Mischgetränk kann dann in der nachstehend noch näher beschriebenen Art und Weise mit dem we- nigstens einen Füllelement 1 .1 des Füllsystems in Behälter 2 abgefüllt werden. Derar- tige Mischanlagen weisen in der Regel zur Pufferung zwischen Mischanlage und Füller einen Pufferspeicher oder -tank auf, der ein relativ großes Volumen, beispielsweise ein Volumen bis 1000 Liter aufweisen kann. Insbesondere haltet es sich bei dem Füll gutbehälter 50 des Mixers um einen derartigen Pufferspeicher einer Mischanlage. Das in dem Füllgutbehälter 50 aufgenommene Mischprodukt wird in dem Füllgutbehälter 50 mit einem C02-Gaspolster überlagert, dessen Druck höher ist als der C02-Sätti- gungsdruck im Mischprodukt.
In anderen Worten ist also in dem Füllgutbehälter 50 somit ein oberer, mit C02-Gas beaufschlagter Gasraum 50.1 und ein unterer, mit dem fertig ausgemischten flüssigen Füllgut befüllter Flüssigkeitsraum 50.2 ausgebildet.
Vorzugsweise dient das Füllsystem 1 zum Druckabfüllen des flüssigen Füllgutes in die Behälter bzw. Flaschen 2, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement 1 .1 des Füll- systems 1 befindliche Behälter 2 in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck P spann vorgespannt wird, wobei das für das Vor- spannen verwendete Gas dem, unter dem Überdruck P Kessel stehenden Gasraums
50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers entnommen wird.
Das Füllsystem 1 weist dabei einen dem Füllgutbehälter 50 zugeordneten ersten Re- gelkreis RK1 auf, der einen Drucksensor 52 zur Erfassung des Drucks im Gasraum 50.1 , ein regelbares Steuerventil 53 sowie eine erste Regel- und Steuereinrichtung 54, umfasst. Der Regelkreis RK1 dient dazu, dass über eine Zuleitung 55 in den Gasraum
50.1 zuführbare Gas, vorzugsweise C02-Gas, auf einen Überdruck P Kessel zu regeln. Dabei ist der Überdruck P Kessel höher als der C02-Sättigungsdruck des in dem Flüs- sigkeitsraum 50.2 befindlichen Misch produkts.
Der Gasraum 50.1 ist also mittels des ersten als Druckregelkreis ausgebildeten Re- gelkreises RK1 druckgesteuert mit einem unter Überdruck stehenden Gas beauf- schlagbar. Das über die Zuleitung 55 dem Gasraum 50.1 zugeführte Gas kann dabei aus einer Gasquelle, beispielsweise einer separaten Gasquelle, zugeführt werden.
Das flüssige Füllgut, also das Mischprodukt, wird dem Füllgutbehälter 50, insbeson- dere dem Flüssigkeitsraum 50.2 des Füllgutbehälters 50, über eine nicht nähergehend dargestellte Versorgungsleitung derart gesteuert und/oder geregelt, insbesondere ni- veaugeregelt, zugeführt, so dass die Flöhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum 50.2 konstant oder näherungsweise konstant gehalten wird.
Dabei ist die Schließebene des Flüssigkeitsventils 9 des Füllelementes 1 .1 um eine Flöhe (FH1 ) oberhalb des Füllgutspiegels des Flüssigkeitsraumes 50.2 des Füllgutbe hälters 50 des Mixers angeordnet. In anderen Worten ist also bei dem Füllsystem 1 eine negative geodätische Flöhe (FH 1 ) ausgebildet, indem die Schließebene des Flüs- sigkeitsventils 9 oberhalb des Füllgutspiegels des Flüssigkeitsraums 50.2 liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der in Dichtlage mit dem Füllelement 1 .1 des Füllsystems 1 befindliche Behälter 2 in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Spanngas auf einen Vorspanndruck P spann vorgespannt, wobei das für das Vorspannen verwendete Gas dem, unter dem Überdruck P Kessel stehenden Gasraum
50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers entnommen wird. Ferner wird der Behälter 2 in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffneten Flüssigkeitsventil 9 des Füllelementes 1 .1 mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum 50.2 des Füllgutbehälters 50 des Mixers über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung 8 des Füllsystems 1 gefüllt. Zumindest während der Füllphase wird das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter 2 verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg 20 des Füllelementes 1 .1 in einen als Rückgaskanal dienenden Ringkanal 40 abgeführt.
Dabei wird in dem Behälter 2 während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck P spann erzeugt, der auf einem Druckni- veau unterhalb des Überdrucks P Kessel des Gasraumes 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers liegt.
Flierzu weist das Füllsystem 1 einen zweiten Regelkreis RK2 zur Steuerung- und/oder Regelung des zumindest während der Vorspannphase in dem Behälter 2 ausgebilde- ten Vorspanndruckes P spann auf. Der zweite Regelkreis RK2 kann als Druckregelkreis ausgebildet sein und hierfür beispielsweise eine erste Sensoreinrichtung 56.1 und/o- der eine zweite Sensoreinrichtung 56.2 zur Erfassung eines Fülldrucks, das erste Steuerventil 30.2, und/oder das zweite Steuerventil 30.3 sowie eine in der Verbin- dungsleitung 30.1 zwischen dem zweiten Steuerventil 30.3 und dem Ringkanal 30 vor- gesehene dritte Sensoreinrichtung 56.3 zur Erfassung des Spanngasdrucks sowie eine zweite Regel- und Steuereinrichtung 57 aufweisen.
Vorzugsweise ist der zweite Regelkreis RK2 dabei dazu ausgebildet, in dem Behälter 2 während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase einen Vorspanndruck P spann zu erzeugen, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks P Kessel des Gasraumes 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers liegt.
Dies kann erfolgen, indem das Vorspanngas während der Vorspannphase zumindest zeitweise und/oder teilweise in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 abgeführt wird. Weiterhin kann dies erfolgen, indem das aus dem Gasraum 50.1 dem Behälter 2 zugeführte Spanngas während der gesamten Zeitdauer der Vorspannphase in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 entlassen wird. Insbesondere wird hierfür das Spanngas bzw. Vorspanngas über den Strömungsweg 20 in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 derart gesteuert- und/oder geregelt abgeführt, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P spann im Behälter 2 zumindest während der Vorspannphase erzeugt wird, wobei die Druckdifferenz DF mittels des zweiten Regelkreises RK2 geregelt und/oder gesteuert wird. Dabei kann eine Soll-Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P spann im Behälter 2 eine Regelgröße des zweiten Regelkreises RK2 ausbilden.
Dabei kann die Regelung des Vorspanndrucks P spann unter Einbindung der ersten, zwischen dem Durchflussmesser 8.1 und dem Füllelement 1 .1 angeordneten Sen- soreinrichtung 56.1 und/oder der zweiten, innerhalb des Füllelementes 1 .1 angeord- neten Sensoreinrichtung 56.2 mittels des zweiten Regelkreises RK2 erfolgen, wobei die erste und/oder zweite Sensoreinrichtung 56.1 , 56.2 die für eine Regelung erforder- lichen Ist-Werte erfassen.
Insbesondere kann mittels des zweiten Regelkreises RK2 der Vorspanndruck P spann zumindest während der Vorspannphase derart geregelt werden, dass gilt,
P Spann— P Kessel— P Delta H1— P Füllgeschwindigkeit— P Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit
PKessei entspricht dabei dem Druck, insbesondere dem Überdruck des Gases im Gas- raum 50.1 des Füllgutbehälters 50 des Mixers.
P Delta HI entspricht dabei dem erforderlichen Unterdrück zur Überwindung der Flöhe H1 .
PFC illgeschwindigkeit entspricht dabei dem - rein rechnerisch - erforderliche Unterdrück um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen.
P Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit entspricht dabei dem erforderlichen Unterdrück, U GP die durch die Strömung des Füllgutes auftretenden Druckverluste auszugleichen. Dabei ist Wesentlich, dass die jeweilige Abfüllleistung die Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes und somit auch die Strömungsverluste bedingt, so dass sich die Strö- mungsverluste permanent ändern.
Der zweite Regelkreis RK2 weist dabei ein schnelles dynamisches Führungsverhalten auf, d. h. nach Vorgabe einer Führungsgröße bzw. Führungsgrößenänderung (Soll- wertänderung) wird ein schnelles dynamisches Verhalten erwünscht, mit dem die Re- gelgröße sich dem Sollwert der Führungsgröße annähert.
Ein typisches Zeitintervall für eine dynamische Anpassung der Führungsgröße des zweiten Regelkreises RK2 liegt dabei im Bereich zwischen 10 ms und 500 ms, beson- dere bevorzugt im Bereich zwischen 20 ms und 200ms.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die über das erste und/oder zweite Steuerventil SV1 , SV2 abfließende Gasmenge vorrangig einer Füllgeschwindigkeit von 50-400 ml/s entspricht.
Der zweite Regelkreis RK2 kann weiterhin zur Regelung des Drucks des Füllgutes, auch Fülldruckregelung benannt, während der Füllphase ausgebildet sein. Hierbei werden die mit flüssigem Füllgut zu befüllenden Behälter 2 in einer Vorspannphase mit einem aus dem Gasraum 50.1 des Füllgutbehälter 50 des Mixers entnommenen Gas vorgespannt. Wird nun ein bereits vorgespannter Behälter 2 in der zeitlich nachgela- gerten Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt, so wird das in dem Behälter 2 befindliche Vorspanngas durch das in den Behälter 2 einströmende Füllgut verdrängt und als so genanntes Rückgas aus dem Behälter 2 über den als Rückgasweg ausgebildeten Strö- mungsweg 20 des Füllelementes 1 .1 in den als Rückgaskanal ausgebildeten Ringka- nal 40 vorzugsweise während der gesamten Zeitdauer der Füllphase abgeführt.
Insbesondere wird dabei das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strömungsweg 20 in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal 40 abgeführt und der Fülldruck durch die auch während er Füllphase erzeugte Druckdif- ferenz DF zwischen dem Überdruck P Kessel und dem Vorspanndruck P spann mittels des zweiten Regelkreises RK2 geregelt und/oder gesteuert. Hierbei kann die Reglung der Druckdifferenz DF zwischen dem Überdruck P Kessel des Gasraums 50.1 und dem Vorspanndruck P spann im Behälter 2 während der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises RK2 erfolgen und dabei auf eine Füllgeschwindigkeit zwischen 300- 1000 mm WS (0,03 - 0,1 bar) erzeugt werden. Die Druckdifferenz DF wird mittels des zweiten Regelkreises RK2 sowohl während der Vorspannphase als auch der zeitlich nachfolgenden Füllphase näherungsweise konstant ausgeregelt.
Wie bereits erläutert wird insbesondere mittels des zweiten Regelkreises RK2 auch während der Füllphase in dem jeweiligen Behälter 2 eine Druckdifferenz DF erzeugt, die ausreicht, um eine Einströmung des Füllgutes in das entsprechende Behältnis 2 zu ermöglichen. Durch diese einstellbare Druckdifferenz DF wird die Füllgeschwindig- keit bestimmt, mit dem das jeweilige Behältnis 2 während der eigentlichen Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt wird. Die maximal mögliche Füllgeschwindigkeit während der Füllphase kann dabei beispielsweise mittels des zweiten Regelkreises RK2 einge- stellt und/oder (ein)geregelt werden.
Demgemäß wird hierfür nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 9 die Gasverbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 30 mittels des ersten Steuerventils SV1 geschlossen. Unmittelbar danach wir eine gedrosselte Verbindung in den druck- losen Rückgaskanal 40 mittels des zweiten Steuerventils SV2 geöffnet. Über die Größe der Drosselöffnung insbesondere des zweiten Steuerventils SV2 kann dabei die abfließende Gasmenge und damit die Füllgeschwindigkeit unter Einbindung des zweiten Regelkreises RK2 bestimmt, bzw. eingestellt werden. Bei zwei erforderlichen Füllgeschwindigkeiten benötigt man entsprechend auch zwei Steuerventile mit unter- schiedlichen Drosselgrößen. Dabei kann auch die Entlastung nach Ende der Füllphase über den selben gedrosselten Gasweg erfolgen, wie dem während der Füllphase.
Alternativ oder zusätzlich kann die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase auch mittels eines dritten Regelkreises RK3 eingestellt und/oder (ein)geregelt werden, der in der Figur 3 schematisch andeutet ist. Der dritten Regelkreis RK3 kann dabei ein Regelventil 41 , den Durchflussmesser 8.1 sowie eine dritte Regel- und Steuereinrich- tung 42 aufweisen. Das als stufenlos einstellbares Regelventil 41 ist mittels des dritten Regelkreises RK3 zwischen den Betriebsstellungen„Offen“ und/oder„Geschlossen“ (d.h. Offenstellung und/oder Geschlossenstellung) in jeder beliebigen Zwischenstellung als zulässige Betriebsstellung ansteuerbar und damit einstellbar und zwar vorzugsweise stufenlos. Diese beliebigen Zwischenstellungen können auch als zulässige stationäre Betriebsstellungen angesteuert werden.
Mehr im Detail ist in dieser Ausführungsvariante der Figur 3 das Regelventil 41 in der Leitung 8 vom Produktverteilerkanal 5 zu dem Durchflussmesser 8.1 installiert und zwar zwischen Produktverteil kanal 5 und Durchflussmesser 8.1 . Das Regelventil 41 bildet also zusammen mit dem Durchflussmesser 8.1 den dritten Regelkreis RK3 zur Regelung und/oder Steuerung der Füllgeschwindigkeit während der Füllphase des je- weiligen Füllelementes 1 .1 aus. Nach dem Vorspannen herrscht in dem jeweiligen Be- hälter 2 die Druckdifferenz DZ, die ausreicht, um eine Strömung in Richtung des je- weiligen Behälters 2 sicherzustellen. Die eigentliche Strömungsgeschwindigkeit, ins- besondere Füllgeschwindigkeit, wird dabei nach Öffnung des Flüssigkeitsventils 9 von dem dritten Regelkreis RK3 insbesondere über dessen Regelventil 41 und/oder Durch- flussmesser 8.1 geregelt und/oder gesteuert. Diese letztgenannte Variante hat den Vorteil, dass das Rückgas wieder in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal 40 zurückfließen kann und damit für eine Wiederverwendung bei der nächsten Füllung zur Verfügung steht.
Weiterhin ist der zweite Regelkreis RK2 dazu ausgebildet, während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck ste- henden Ringkanal 40 einen stetigen Gasstrom aus dem Gasraum 50.1 des Füllgutbe hälters 50 in Richtung des mit flüssigen Füllgutes abzufüllenden Behälters 50 zu er- zeugen, damit der Vorspanndruck P spann in dem Behälter 2 auch während der Füll- phase auf einen Wert unterhalb des Überdrucks P Kessel des Gasraums 50.1 des Füll gutbehälters 50 des Mixers eingeregelt werden kann.
Auch kann mittels des zweiten Regelkreises RK2 der Fülldruck, unter welchem die Behälter 2 während der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der während der Vorspannphase erzeugten Druckdifferenz DF auf dem Vorspanndruck P spann nachgeführt werden. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es ver- steht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die Produktleitung 5 nicht voll- ständig, sondern lediglich fast vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllt ist, wobei der nicht mit dem flüssigen Füllgut befüllte Raum mit einem Gas befüllt ist.
Dabei ist allerdings zu beachten, dass das Gas sein Volumen bei Druckschwankungen stark ändert, was sich negativ auf den Füllprozess auswirken kann.
Wesentlich ist dabei, dass das Gasvolumen so gering ist, dass die Auswirkungen der Volumenänderung des Gases auf den Füllprozess so gering sind, dass das Ergebnis des Füllprozesses, beispielsweise die Füllhöhengenauigkeit, nicht in unzulässiger Weise beeinflusst oder verschlechtert wird. Um dieses zu gewährleisten, muss das Gasvolumen in der Produktleitung 5 wesentlich kleiner sein, als das Gesamtvolumen der Produktleitung 5.
Die Patentansprüche werden zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Bezugszeichenliste
1 Füllsystem
1 .1 Füllelement
2 Behälter
2.1 Behältermündung
4 Rotor
5 Produktleitung
6 Gehäuse
7 Flüssigkeitskanal
8 Leitung
8.1 Durchflussmesser
8.2 Verbindungsleitung
9 Flüssigkeitsventil
9.1 Ventilkörper
10 Schließebene
1 1 Neckringhalter
12 Dichtung
13 Gasrohr
15 Gasraum
17 Drehverbindung
20 Strömungsweg
30 Ringkanal
30.1 Verbindungsleitung
30.2 erstes Steuerventil
30.3 zweites Steuerventil
40 Sammelkanal / Ringkanal
50 Füllgutbehälter
50.1 Gasraum
50.2 Flüssigkeitsraum
52 Drucksensor 53 Steuerventil
54 erste Regel- und Steuereinrichtung
55 Zuleitung
56.1 erste Sensoreinrichtung
56.2 zweite Sensoreinrichtung
56.3 dritte Sensoreinrichtung
57 zweite Regel- und Steuereinrichtung
FA Füllelementachse
SV1 Steuerventil
SV2 Steuerventil
P Spann Vorspanndruck
P Kessel Überdruck Gasraum Kessel
RK1 erster Regelkreis
RK2 zweiter Regelkreis
H1 Höhe
DF Druckdifferenz

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut unter Verwen- dung eines Füllsystems (1 ), bei dem eine Schließebene (10) eines Flüssigkeitsven- tils (9) eines Füllelementes (1.1 ) um eine Flöhe (FH1 ) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeord- net liegt, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement (1.1 ) des Füllsystems (1 ) befindliche Behälter (2) in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck (P spann) vorgespannt wird, wobei das zum Vorspan- nen verwendete Gas einem, unter einem Überdruck (P Kessel) stehenden Gasraums (50.2) des Füllgutbehälters (50) des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffneten Flüssigkeitsventil (9) des Füllelementes (1.1 ) mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) über eine bevorzugt vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktleitung (5) des Füllsystems (1.1 ) gefüllt wird, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter (2) verdrängte Rückgas über einen Rückgasweg (20) des Füllelementes (1.1 ) in einen Sammelkanal (40) abge- führt wird, und bei dem in dem Behälter (2) während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck (P spann) erzeugt wird, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P Kessel) des Gasraumes (50.2) des Füllgutbehälters (50) des Mixers liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spanngas zumin- dest zeitweise während der Vorspannphase in den unter Atmosphärendruck ste- henden Ringkanal (40) abgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest während der Vorspannphase das Spanngas über den Strömungsweg (20) derart ge- steuert- und/oder geregelt in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) abgeführt wird, dass dadurch eine einstellbare Druckdifferenz (DF) zwischen dem Überdruck (P Kessel) des Gasraumes (50.2) und dem Vorspanndruck (P spann) in dem Behälter (2) erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Vorspanndruck (P spann) in dem Behälter (2) zumindest während der Vor- spannphase mittels eines zweiten Regelkreises (RK2) derart gesteuert und/oder gere- gelt wird, dass gilt
P Spann— P Kessel— P Delta H1— P Füllgeschwindigkeit— P Strömungsverluste durch Füllgeschwindigkeit, wobei (P spann) der Vorspanndruck im Behälter (2), (PKessei) der Druck des Gases im Gasraum (50.1 ) des Füllgutbehälters (50) des Mixers, P Delta m der erforderliche Un- terdruck zur Überwindung der Höhe (H1 ), (PFüiigeschwindigkeit) der erforderliche Unter- druck, um das ruhende Füllgut auf die Füllgeschwindigkeit zu beschleunigen, und (Pströmungsveriuste durch Füllgeschwindigkeit) der erforderliche Unterdrück, um die durch die Strömung des Füllgutes auftretenden Druckverluste auszugleichen, sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das Rückgas während der gesamten Zeitdauer der Füllphase über den Strö- mungsweg (20) in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) abgeführt und der Fülldruck durch die auch während der Füllphase erzeugte Druckdifferenz (DF) zwischen dem Überdruck (P Kessel) und dem Vorspanndruck (P spann) mittels des zwei- ten Regelkreises (RK2) geregelt und/oder gesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Vorspanndruck (P spann) in dem Behälter (2) während der Vorspannphase und der Füllphase mittels des zweiten Regelkreises (RK2) gemäß Anspruch 4 gesteu- ert und/oder geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass während der Füllphase durch ein anhaltendes Abführen des Rückgases in den unter Atmosphärendruck stehenden Ringkanal (40) ein stetiger Gasstrom aus dem Gasraum (50.1 ) des Füllgutbehälters (50) in Richtung des mit flüssigen Füllgutes abzufüllenden Behälters (50) erzeugt wird und damit der Vorspanndruck (P spann) in dem Behälter 2 auch während der Füllphase auf ein Druckniveau unterhalb des Über- drucks (P Kessel) des Gasraums (50.1 ) des Füllgutbehälters (50) des Mixers geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels des zweiten Regel- kreises (RK2) derart geregelt wird, dass nach dem Öffnen des Flüssigkeitsventils (9) die Gasverbindung in den als Spanngaskanal ausgebildeten Ringkanal (30) mittels des ersten Steuerventils (SV1 ) geschlossen und unmittelbar danach eine gedrosselte Verbindung in den drucklosen Rückgaskanal (40) mittels des zweiten Steuerventils (SV2) geöffnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase mittels eines dritten Regelkreises (RK3) geregelt wird, der ein Regelventil (41 ), den Durchflussmesser (8.1 ) sowie eine dritte Regel- und Steuereinrichtung (42) aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Regelkreis (RK3) die Füllgeschwindigkeit während der Füllphase nach Öffnung des Flüssigkeits- ventils (9) über das Regelventil (41 ) und/oder den Durchflussmesser (8.1 ) regelt und/o- der steuert.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass mittels des zweiten Regelkreises (RK2) der Fülldruck, mit dem die Behälter (2) während der Füllphase mit flüssigem Füllgut befüllt werden, der während der Vor- spannphase erzeugten Druckdifferenz (DF) auf dem Vorspanndruck (P spann) nachge- führt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Gasraum (50.1 ) mittels eines als Druckregelkreis ausgebildeten ersten Regelkreises (RK1 ) druckgesteuert mit einem unter dem Überdruck (P Kessel) stehen- den Spanngas beaufschlagt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass der Gasraum (50.1 ) auf einen Überdruck (P Kessel) geregelt wird, der höher ausgebildet ist, als der C02-Sättigungsdruck des in dem Flüssigkeitsraum (50.2) be- findlichen flüssigen Füllgutes.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass das flüssige Füllgut dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füllgutbehälters (50) derart niveaugeregelt zugeführt wird, dass die Flöhe des Füllgutspiegels an flüssigem Füllgut in dem Flüssigkeitsraum (50.2) konstant oder näherungsweise konstant gehal- ten wird.
15. Füllsystems (1 ) zum Füllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut, bei dem die Schließebene (10) eines Flüssigkeitsventils (9) eines Füllelementes (1 .1 ) um eine Flöhe (FH 1 ) oberhalb eines Füllgutspiegels eines Flüssigkeitsraumes (50.2) eines Füllgutbehälters (50) eines Mixers angeordnet ist, bei dem der in Dichtlage mit dem Füllelement (1 .1 ) des Füllsystems (1 ) befindliche Behälter (2) in einer Vorspannphase zumindest zeitweise mit einem Gas auf einen Vorspanndruck (P spann) vorspannbar ist, wobei das zum Vorspannen verwendete Gas einem, unter einem Überdruck (P Kessel) stehenden Gasraums (50.2) des Füllgutbehälters (50) des Mixers entnommen wird, und in einer zeitlich nachfolgenden Füllphase bei geöffneten Flüssigkeitsventil (9) des Füllelementes (1 .1 ) mit dem Füllgut aus dem Flüssigkeitsraum (50.2) des Füll gutbehälters (50) über eine vollständig mit dem flüssigen Füllgut befüllte Produktlei- tung (5) des Füllsystems (1 .1 ) füllbar ist, bei dem zumindest während der Füllphase das von dem einlaufenden Füllgut aus dem Behälter (2) verdrängte Rückgas über ei- nen Rückgasweg (20) des Füllelementes (1 .1 ) in einen Ringkanal (40) abführbar ist, und bei dem in dem Behälter (2) während der Vorspannphase zumindest vor Beginn der nachfolgenden Füllphase ein Vorspanndruck (P spann) erzeugbar ist, der auf einem Druckniveau unterhalb des Überdrucks (P Kessel) des Gasraumes (50.2) des Füllgutbe hälters (50) des Mixers liegt.
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