EP4311804A1 - Verfahren zum befüllen von behältern sowie füllanlage - Google Patents

Verfahren zum befüllen von behältern sowie füllanlage Download PDF

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Publication number
EP4311804A1
EP4311804A1 EP23183204.9A EP23183204A EP4311804A1 EP 4311804 A1 EP4311804 A1 EP 4311804A1 EP 23183204 A EP23183204 A EP 23183204A EP 4311804 A1 EP4311804 A1 EP 4311804A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filling
pressure
filling material
boiler
valve device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23183204.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ludwig Clüsserath
Dieter-Rudolf Krulitsch
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KHS GmbH filed Critical KHS GmbH
Publication of EP4311804A1 publication Critical patent/EP4311804A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves

Definitions

  • the present invention relates to a method for filling containers in a filling arrangement with a filling material boiler for receiving a liquid filling material, at least one valve device via which the liquid filling material can be introduced into the corresponding container and in each case a filling material line connecting the valve device to the filling material boiler.
  • the valve device is opened and the liquid filling material is poured from the filling material vessel into the containers. If there are several valve devices, a separate product line is usually provided for each valve device in order to connect the valve device to the product vessel.
  • Such filling arrangements are in particular part of filling systems, with the scope of the invention referring in particular to filling systems which are used in the food industry.
  • These are preferably filling systems for filling drinks into the containers.
  • the containers are therefore preferably designed as beverage containers, which z. B. can be provided in the form of cans or bottles. If they are bottles, they can be made of glass or plastic.
  • bottles made of polyethylene terephthalate (PET) are particularly common. These bottles are usually produced in a preliminary step by blow molding and can then be fed to the filling system.
  • the boiler pressure is determined from the sum of the static pressure of the filling material and the gas pressure.
  • such filling systems are often designed as so-called rotary machines and have a rotating filling arrangement, so that the containers are moved along a curved path during the filling step.
  • the time available for filling is therefore limited by the rotation speed of the filling arrangement.
  • the valve devices and also the filling material boiler also rotate, so that the boiler pressure applied to the filling material line and thus also the filling pressure present in the valve device are influenced due to the centrifugal forces.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a filling system suitable for the method, which takes into account the influences explained above and enables the introduction of a constant amount of filling material into the containers within a predefined period of time.
  • a filling pressure present in the valve device is determined, for example by measuring the filling pressure, and is regulated by adjusting a boiler pressure present on the filling material line with the proviso that the filling pressure lies within a predefined setpoint range.
  • the inventors have recognized that it can be of crucial importance for the control if an explicit measurement of the filling pressure is carried out behind the filling material line in front of the filling valve in order to be able to regulate the amount of filling material to be introduced into a container within the time interval or for each container and at to keep each filler performance at a constant level can.
  • the predefined setpoint range is not subject to any restrictions and is based in particular on the filling material to be introduced and the required filling speed, with the maximum possible filling speed often also depending on the type of filling material.
  • the filling material is in particular drinks, e.g. B. still water, carbonated water, juices, soft drinks, milk, milk drinks or beer.
  • the setpoint range lies within a range of max. 15%, preferably max. 10%, particularly preferably max. 5%, of a predefined filling pressure setpoint.
  • the setpoint range would be between 475 and 525 mm WS or between 487.5 and 512.5 mm WS.
  • the valve device consists of a valve stamp arranged in a housing, which can be brought into contact with a valve seat formed in the housing. To open the valve, the valve stamp is moved so that the filling material arranged within the housing can be introduced into the container through the filling material stamp. Consequently, a certain amount of liquid filling material is arranged within the housing of the valve device.
  • valve devices are preferably connected to the filling material vessel in order to be able to fill several containers at the same time, this does not necessarily require that each valve device also has a corresponding filling pressure measuring device, e.g. B. has a pressure measuring sensor to determine the filling pressure.
  • the filling pressure at the filling valve is regulated by adjusting the boiler pressure or the boiler level.
  • the fill level is adjusted in order to change the boiler pressure in the product boiler.
  • the static pressure caused by the filling material is decisive for the boiler pressure and therefore also for the filling pressure behind the filling material line. Accordingly, if the filling pressure is too low, the filling level and thus the boiler pressure in the filling material boiler can be increased. If the filling pressure is too high, the filling level is reduced accordingly.
  • Such a lowering can be provided in particular if the filling arrangement is designed to be rotatable about an axis of rotation, since the centrifugal force then causes an increase in the filling pressure, which can be compensated for by a corresponding reduction in the filling level.
  • filling material is usually continuously fed into the filling material vessel in order to be able to ensure a substantially constant filling level in the filling material vessel and thus also a constant filling speed. Since filling material is constantly poured into the containers from the filling material vessel during the filling step, it is also necessary to replenish filling material into the filling material vessel.
  • This tracked amount of filling material can be used within the scope of the invention so that, deviating from a constant filling level within the filling material boiler, a change can take place depending on the measured filling pressure depending on a filling pressure setpoint. This can be achieved, for example, by adjusting the supply of the filling material via at least one inlet valve.
  • the boiler pressure may also be necessary to determine the boiler pressure directly. This is particularly advantageous if there is a certain gas pressure that is present on the filling material line Boiler pressure influenced. This gas pressure can also be subject to certain fluctuations depending on the ventilation of the fluid boiler, so that determining the boiler pressure can be of crucial importance for regulating the filling pressure.
  • This pressure measuring sensor is then usually arranged directly in the vicinity of the fluid line in the filling material vessel.
  • the filling material line is usually arranged in a bottom section of the filling material vessel, so that the corresponding pressure measuring sensor can also be arranged on the floor or at least in a floor area.
  • the boiler pressure can then be determined on the basis of this measurement.
  • the boiler pressure can be determined based on the filling level and knowing the density of the filling material. If there is a certain gas pressure that is above atmospheric pressure, it may also be necessary to determine this, since the boiler pressure can only be determined in combination with a level measurement.
  • the measurement of the gas pressure usually takes place in an upper area of the filling material vessel, in particular on an upper wall.
  • a pressure measuring sensor is also preferably considered here.
  • the level can be measured using known measuring devices. In this context, a non-contact measurement is preferred, e.g. B. by measuring the transit time of a signal.
  • the method according to the invention can be used for different types of filling arrangements, it is preferably provided that the filling arrangement is designed to be rotatable about an axis of rotation. As already explained above, the method according to the invention can be used to compensate for the centrifugal force caused by the rotation.
  • the filling arrangement preferably rotates in a range between 4 and 15 rpm.
  • the filling arrangement can in particular have an annular filling container.
  • the valve devices can also be arranged in a ring shape relative to one another.
  • the invention furthermore relates to a filling system according to claim 10, which is set up in particular to carry out the method according to the invention.
  • the filling system has a filling arrangement with a filling material boiler, at least one valve device and in each case a filling material line connecting the valve device to the filling material boiler, the valve device having a filling pressure measuring device and a control device being provided which is set up to control the filling pressure within the valve device on the basis of the to regulate the pressure determined by the filling pressure measuring device by adjusting the boiler pressure applied to the filling material line.
  • the filling material line preferably connects to the filling material vessel at the floor or at a floor area. It is preferably provided that the distance between the filling material line and the bottom of the valve device is not greater than 10 mm, preferably not greater than 8 mm.
  • a corresponding filling pressure measuring device can be provided in each valve device.
  • the filling devices are only partially designed with a filling pressure measuring device. For example, only every second, third or fourth valve device can have a corresponding fill level measuring device.
  • the valve device has a valve stamp, which can be moved in an open state for a filling step and into a closed state after the filling step.
  • the movement of the filling stamp can be time-controlled.
  • position control can take place, with an opening movement of the valve stamp taking place at a starting position and a closing movement of the valve stamp taking place at an end position.
  • the control can be effected electronically via a control unit, for example.
  • curve control it is also possible to use curve control to be provided, in which case the valve devices are guided along a cam and a movement of the valve stamp is made possible by the design and shaping of the cam.
  • the control unit required for this can be combined with the control device.
  • the filling material vessel has at least one inlet line and in each case an inlet valve connected to the inlet line and connected to the control device, the inlet valve being adjustable to regulate the filling pressure.
  • the filling arrangement has a boiler pressure measuring device for measuring the boiler pressure.
  • the boiler pressure measuring device and/or the filling pressure measuring device can have at least one pressure measuring sensor.
  • the boiler pressure measuring device has a measuring probe for determining the fill level.
  • a pressure sensor for measuring the gas pressure can then be arranged within the filling material vessel.
  • the filling arrangement is designed to be rotatable about an axis of rotation, with the filling material vessel and the valve devices being arranged at different radii with respect to the axis of rotation. It has already been explained previously that in such a case the filling material vessel is particularly annular and the valve devices are also arranged annular.
  • the valve devices are usually arranged radially on the outside of the product container, with a certain distance in the radial direction. This radial distance is preferably between 100 and 3000 mm.
  • the filling material container is preferably also arranged above the valve device, with the filling material container and the valve device preferably being spaced apart in the vertical direction between 200 and 1500 mm.
  • the Fig. 1 shows a filling system for carrying out the method according to the invention in a schematic representation or the filling arrangement required for the method as part of a filling system in the beverage industry.
  • the filling arrangement has a filling material vessel 1, which is annular and which is intended to accommodate a liquid filling material 2.
  • the liquid filling material 2 is in particular a drink.
  • a filling material line 3 connects to the filling material boiler 1 in a lower region of the filling material boiler 1, via which the liquid filling material 2 can be fed to a valve device 4.
  • valve devices 4 are arranged next to one another, each of which is connected to the filling material boiler 2 via a filling material line 3.
  • the valve device 4 has a housing 5 and a valve stamp 6 guided in the housing 5, which is shown in an open state in the example shown. Accordingly, the valve stamp 6 does not rest on a valve seat 7, so that a corresponding gap is formed through which the liquid filling material 2 can be introduced into the container 8.
  • the container 8 is a beverage bottle either made of glass or plastic e.g. B. polyethylene terephthalate (PET) can be formed.
  • a filling pressure measuring device 9 is also provided, which is set up to determine a filling pressure p 2 .
  • this can be a pressure measuring sensor which directly determines the filling pressure p 2 present in the housing 5.
  • the filling pressure measuring device 9 is also connected to a control device 10 via a corresponding signal cable 11, the control device 10 being set up to regulate a boiler pressure p 1 applied to the filling material line 3 so that the filling pressure p 2 is kept within a predefined filling pressure setpoint range can be.
  • the boiler pressure p 1 is essentially dependent on the filling level of the liquid filling material 2 in the filling material boiler 1, so that the filling level can be adjusted accordingly via the control device 10 in order to be able to ensure a constant filling pressure p 2 .
  • control device 10 is connected to an inlet valve 12, which is set up to change the inlet of liquid filling material 2 into the filling material vessel 1 by adjusting the cross section of the inlet line 13.
  • inlet valve 12 which is set up to change the inlet of liquid filling material 2 into the filling material vessel 1 by adjusting the cross section of the inlet line 13.
  • the filling material boiler 1 and also the valve devices 4 are part of a rotatable filling arrangement, so that as a result of the rotation, centrifugal forces act on the liquid filling material 2, which increase the boiler pressure p 1 and, as a result, the filling pressure p 2 .
  • the filling pressure p 2 can then be adjusted, which ensures that a predetermined amount of filling material can always be introduced into the container 8.
  • the filling material vessel 1 is arranged above the valve device 4 and in particular above the outlet opening into the container 8.
  • the filling material vessel 1 and the valve device 4 are also spaced apart from one another in the radial direction, with the valve device 4 being arranged radially on the outside.
  • Fig. 1 refers in particular to configurations in which the container 8 is filled solely due to the gravity of the filling material 2
  • Fig. 2 and 3 to configurations in which there is already a certain gas pressure p 0 above the liquid filling material 2 in the filling material vessel 1, so that one can no longer speak of a pressureless filling.
  • the gas pressure p 0 is also determined in order to be able to achieve the most precise control possible.
  • This is done in accordance with the Fig. 2 by measuring the filling level within the filling material vessel 1 by means of a filling level measuring device 14 and by measuring the gas pressure p 0 via a gas pressure measuring device 15 in the form of a pressure measuring sensor.
  • the boiler pressure p 2 is then determined from the sum of the gas pressure p 0 and by deriving a static pressure based on the filling level determined by the measuring probe 14.
  • the density of the liquid filling material 2 is particularly crucial for this, but this is known depending on the filling material 2 used.
  • the boiler pressure p 1 is determined directly by a boiler pressure measuring device 16 arranged at the bottom of the filling material boiler 1. This is preferably a pressure measuring sensor.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von Behältern (8), insbesondere Getränkebehältern, in einer Füllanordnung mit einem Füllgutkessel (1) zur Aufnahme eines flüssigen Füllgutes (2), zumindest einer Ventileinrichtung (4) und jeweils einer die Ventileinrichtung (4) mit den Füllgutkessel (1) verbindenden Füllgutleitung (3), wobei in einem Füllschritt die Ventileinrichtung (4) geöffnet und das flüssige Füllgut (2) aus dem Füllgutkessel (1) in die Behälter (8) eingefüllt wird. Erfindungsgemäß wird zumindest während des Füllschritts ein in der Ventileinrichtung (4) anliegender Fülldruck (p<sub>2</sub>) bestimmt und durch Einstellung eines an der Füllgutleitung (3) anliegender Kesseldruckes (p<sub>1</sub>) mit der Maßgabe geregelt, dass der Fülldruck (p<sub>2</sub>) innerhalb eines vordefinierten Sollwertbereichs liegt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen von Behältern in einer Füllanordnung mit einem Füllgutkessel zur Aufnahme eines flüssigen Füllgutes, zumindest einer Ventileinrichtung, über die das flüssige Füllgut in den entsprechenden Behälter eingebracht werden kann und jeweils einer die Ventileinrichtung mit dem Füllgutkessel verbindenden Füllgutleitung. In einem Füllschritt wird die Ventileinrichtung geöffnet und das flüssige Füllgut aus dem Füllgutkessel in die Behälter eingefüllt. Üblicherweise ist bei mehreren Ventileinrichtungen für jede Ventileinrichtung eine separate Füllgutleitung vorgesehen, um die Ventileinrichtung an den Füllgutkessel anzuschließen.
  • Derartige Füllanordnungen sind insbesondere Teil von Füllanlagen, wobei sich im Rahmen der Erfindung insbesondere auf Füllanlagen bezogen wird, welche in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich um Füllanlagen zum Einfüllen von Getränken in die Behälter. Die Behälter sind folglich bevorzugt als Getränkebehälter ausgebildet, welche z. B. in Form von Dosen oder Flaschen bereitgestellt werden können. Sofern es sich um Flaschen handelt, können diese aus Glas oder aus Kunststoff hergestellt sein. Im Bereich der Getränketechnik sind insbesondere Flaschen aus Polyethylenterephthalat (PET) verbreitet. Üblicherweise werden diese Flaschen in einem vorgelagerten Schritt durch Blasformen hergestellt und können sodann der Füllanlage zugeführt werden.
  • Aus der Praxis sind grundsätzlich unterschiedliche Arten und Ausgestaltungen von Füllanlagen bekannt, wobei sich die Art der Verfahrensführung zum Befüllen unterscheiden kann. Insbesondere wird unterschieden zwischen einer sogenannten drucklosen und einer druckgestützten Befüllung. Im Falle einer drucklosen Füllung erfolgt das Einbringen des Füllgutes allein aufgrund eines statischen Druckes, welcher im Rahmen der Erfindung als Kesseldruck bezeichnet wird. Dieser Kesseldruck ist im Wesentlichen abhängig von dem Füllstand innerhalb des Füllgutkessels, wobei der Füllgutkessel oberhalb der Ventileinrichtung angeordnet ist, sodass allein aufgrund der Schwerkraft des Füllgutes ein Einbringen in die Behälter ermöglicht wird. Entsprechend richtet sich auch die Füllgeschwindigkeit nach dem Füllstand innerhalb des Füllgutkessels. Alternativ ist es auch bekannt, den Füllgutkessel mit einem gewissen Gasdruck zu beaufschlagen, wobei sich dieser Gasdruck in einem oberen Bereich des Füllgutkessels oberhalb des Füllgutes einstellt. In einem solchen Fall bestimmt sich der Kesseldruck aus einer Summe aus dem statischen Druck des Füllgutes und dem Gasdruck.
  • Derartige Lösungen haben sich in der Praxis grundsätzlich bewährt, wobei sich allerdings gezeigt hat, dass die Befüllung der Behälter durch Druckschwankungen innerhalb der Füllanordnung variieren kann. Dies hat zur Folge, dass geringfügige Abweichungen in der innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls in die Behälter eingebrachten Füllgutmengen vorliegen können, welche aber verständlicherweise nicht gewünscht sind. Diese ist insbesondere dann problematisch, wenn es sich um vergleichsweise große Füllanlagen handelt, welche für eine Leistung von 1.000 l/min. oder mehr eingerichtet sind. Derartige Füllanlagen weisen dann auch üblicherweise Füllgutkessel mit einem Volumen von bis zu 1,0 m3 auf, welche über entsprechend lange Füllgutleitungen mit der entsprechenden Ventileinrichtung verbunden sind.
  • Bei solchen Füllanlagen ist es bekannt, dass der an den Behältern innerhalb der Ventileinrichtung anliegende Fülldruck von dem Kesseldruck abweichen kann. Dieser Unterschied erklärt sich im Wesentlichen aufgrund der Leitungsverluste innerhalb der Füllgutleitung, wobei diese Verluste neben der Länge der Füllgutleitung auch von dem Volumenstrom des durchströmenden Füllgutes abhängig sind. Sofern die Füllanlage für einen durchweg gleichmäßigen Betrieb ausgelegt ist, ist diese Druckdifferenz von untergeordneter Bedeutung, da nach einmaligem Einrichten keine weiteren Schwankungen zu erwarten sind. In der Praxis ist es aber üblich, dass dieselben Füllanlagen für unterschiedliche Füllgüter und unterschiedliche Füllgeschwindigkeiten eingesetzt werden können und sollen. Diese unterschiedlichen Füllgeschwindigkeiten und auch unterschiedliche Viskositäten der verschiedenen Füllgüter können dafür sorgen, dass bei jedem Wechsel des Betriebspunktes eine aufwändige Einrichtung der Füllanlage erforderlich ist.
  • Darüber hinaus sind derartige Füllanlagen auch häufig als sogenannte Rundläufermaschinen ausgebildet und weisen eine rotierende Füllanordnung auf, sodass entsprechend die Behälter während des Füllschrittes entlang einer Kurvenbahn bewegt werden. Die zur Verfügung stehende Zeitdauer für das Befüllen ist somit durch die Rotationsgeschwindigkeit der Füllanordnung beschränkt. Neben dem Behälter rotieren aber auch die Ventileinrichtungen und auch der Füllgutkessel, sodass der an der Füllgutleitung anliegende Kesseldruck und somit auch der in der Ventileinrichtung vorliegende Fülldruck aufgrund der Zentrifugalkräfte beeinflusst werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine für das Verfahren geeignete Füllanlage anzugeben, welche die zuvor erläuterten Einflüsse berücksichtigt und das Einbringen einer konstanten Füllgutmenge innerhalb eines vordefinierten Zeitraumes in die Behälter ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest während des Füllschritts ein in der Ventileinrichtung anliegender Fülldruck beispielsweise durch Messung des Fülldruckes bestimmt und durch Einstellung eines an der Füllgutleitung anliegenden Kesseldruckes mit der Maßgabe geregelt wird, dass der Fülldruck innerhalb eines vordefinierten Sollwertbereichs liegt.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass es für die Regelung von entscheidender Bedeutung sein kann, wenn eine explizite Messung des Fülldruckes hinter der Füllgutleitung vor dem Füllventil erfolgt, um die innerhalb des Zeitintervalls einzubringenden Füllgutmenge in einen Behälter regeln zu können bzw. für jeden Behälter und bei jeder Füllerleistung auf einem konstanten Niveau halten zu können. Der vordefinierte Sollwertbereich ist hierbei keinen Einschränkungen unterlegen und richtet sich insbesondere nach dem einzubringenden Füllgut und der erforderlichen Füllgeschwindigkeit, wobei sich häufig auch die maximal mögliche Füllgeschwindigkeit nach der Art des Füllgutes richtet.
  • Bei dem Füllgut handelt es sich insbesondere um Getränke, z. B. stilles Wasser, karbonisiertes Wasser, Säfte, Softdrinks, Milch, Milchgetränke oder Bier.
  • Selbstverständlich unterliegt der tatsächliche Fülldruck innerhalb der Ventileinrichtung auch bei einer geeigneten Regelung gewissen Druckschwankungen, welche sich aus der Latenz zwischen Bestimmung des Fülldruckes und der Regelung des Kesseldrucks ergeben. Im Rahmen der Erfindung ist jedoch bevorzugt vorgesehen, dass der Sollwertbereich innerhalb eines Bereiches von max. 15 %, bevorzugt max. 10 %, besonders bevorzugt max. 5 %, um einen vordefinierten Fülldruck-Sollwert liegt. Bei einem beispielhaften Sollwert von 500 mm WS (Millimeter Wassersäule) läge der Sollwertbereich entsprechend zwischen 475 und 525 mm WS bzw. zwischen 487,5 und 512,5 mm WS.
  • Die Messung des Fülldruckes erfolgt bevorzugt durch Einbinden eines Druckmesssensors innerhalb der Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung besteht hierbei gemäß üblicher Ausgestaltung aus einem in einem Gehäuse angeordneten Ventilstempel, welcher mit einem in dem Gehäuse ausgebildeten Ventilsitz in Anlage gebracht werden kann. Zum Öffnen des Ventils wird der Ventilstempel bewegt, sodass das innerhalb des Gehäuses angeordnete Füllgut durch den Füllgutstempel in den Behälter eingebracht werden kann. Folglich ist eine gewisse Menge an flüssigem Füllgut innerhalb des Gehäuses der Ventileinrichtung angeordnet.
  • Wenngleich bevorzugt mehrere Ventileinrichtungen an den Füllgutkessel angeschlossen sind, um zeitgleich mehrere Behälter füllen zu können, so setzt dies nicht zwingend voraus, dass auch jede Ventileinrichtung eine entsprechende Fülldruckmesseinrichtung, z. B. einen Druckmesssensor, zur Bestimmung der des Fülldruckes aufweist.
  • Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es von besonderer Bedeutung, dass der Fülldruck am Füllventil durch Einstellung des Kesseldrucks bzw. des Kesselniveaus geregelt wird. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn zur Änderung des Kesseldrucks in dem Füllgutkessel der Füllstand eingestellt wird. Wie bereits zuvor erläutert, ist der von dem Füllgut bewirkte statische Druck maßgeblich für den Kesseldruck und damit auch für den hinter der Füllgutleitung anliegenden Fülldruck. Entsprechend kann im Falle eines zu niedrigen Fülldruckes der Füllstand und damit der Kesseldruck in dem Füllgutkessel erhöht werden. Im Falle eines zu hohen Fülldruckes ist entsprechend eine Absenkung des Füllstandes vorgesehen. Eine solche Absenkung kann insbesondere dann vorgesehen sein, wenn die Füllanordnung um eine Rotationsachse rotierbar ausgebildet ist, da dann infolge der Zentrifugalkraft eine Erhöhung des Fülldruckes bewirkt wird, welche durch eine entsprechende Verringerung des Füllstandes ausgeglichen werden kann.
  • Zur Änderung des Füllstandes in dem Füllgutkessel ist bevorzugt vorgesehen, dass die zugeführte Menge an flüssigem Füllgut eingestellt wird. Hierbei ist zu beachten, dass üblicherweise kontinuierlich Füllgut in den Füllgutkessel nachgeführt wird, um einen im Wesentlichen konstanten Füllstand in dem Füllgutkessel und damit auch eine konstante Füllgeschwindigkeit gewährleisten zu können. Da während des Füllschrittes ständig Füllgut aus dem Füllgutkessel in die Behälter eingefüllt wird, ist entsprechend auch eine Nachführung von Füllgut in den Füllgutkessel erforderlich. Diese nachgeführte Menge an Füllgut kann im Rahmen der Erfindung dazu genutzt werden, dass abweichend von einem konstanten Füllstand innerhalb des Füllgutkessels eine Änderung je nach gemessenem Fülldruck in Abhängigkeit eines Fülldruck-Sollwertes erfolgen kann. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Zufuhr des Füllgutes über zumindest ein Zulaufventil eingestellt wird.
  • Im Rahmen der Erfindung kann es darüber hinaus auch erforderlich sein, den Kesseldruck unmittelbar zu bestimmen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein gewisser Gasdruck vorliegt, welcher den an der Füllgutleitung anliegenden Kesseldruck beeinflusst. Dieser Gasdruck kann je nach Belüftung des Fluidkessels auch gewissen Schwankungen unterliegen, sodass für die Regelung des Fülldruckes die Bestimmung des Kesseldruckes von maßgeblicher Bedeutung sein kann.
  • Eine Möglichkeit hierfür besteht in der unmittelbaren Messung des Kesseldruckes, z. B. durch Einbinden eines Druckmesssensors. Dieser Druckmesssensor wird dann üblicherweise unmittelbar in der Umgebung der Fluidleitung in dem Füllgutkessel angeordnet. Üblicherweise ist die Füllgutleitung in einem Bodenabschnitt des Füllgutkessels angeordnet, sodass auch der entsprechende Druckmesssensor am Boden oder aber zumindest in einem Bodenbereich angeordnet sein kann.
  • Alternativ ist es auch denkbar, eine Messung des Füllstandes vorzunehmen, wobei dann der Kesseldruck auf Basis dieser Messung bestimmt werden kann. Bei einer drucklosen Messung kann über den Füllstand und unter Kenntnis der Dichte des Füllgutes auf den Kesseldruck geschlossen werden. Sofern ein gewisser Gasdruck vorliegt, welcher oberhalb des Atmosphärendruckes liegt, kann es darüber hinaus erforderlich sein, auch diesen zu bestimmen, da nur dann in Kombination mit einer Füllstandsmessung eine Bestimmung des Kesseldruckes möglich ist. Die Messung des Gasdruckes erfolgt üblicherweise in einem oberen Bereich des Füllgutkessels, insbesondere an einer oberen Wandung. Bevorzugt kommt auch hier ein Druckmesssensor in Betracht. Die Messung des Füllstands kann mit den bekannten Messeinrichtungen erfolgen. Bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine berührungslose Messung, z. B. durch Laufzeitmessung eines Signals.
  • Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren für unterschiedliche Arten von Füllanordnungen eingesetzt werden kann, so ist bevorzugt vorgesehen, dass die Füllanordnung um eine Rotationsachse rotierbar eingerichtet ist. Wie bereits zuvor erläutert, kann gerade durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Ausgleich der durch die Rotation hervorgerufenen Zentrifugalkraft bewirkt werden. Die Füllanordnung rotiert bevorzugt in einem Bereich zwischen 4 und 15 U/min.
  • Die Füllanordnung kann insbesondere einen ringförmigen Füllgutkessel aufweisen. Auch die Ventileinrichtungen können ringförmig zueinander eingerichtet sein.
  • Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Füllanlage gemäß Patentanspruch 10, welche insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Füllanlage weist eine Füllanordnung mit einem Füllgutkessel, zumindest einer Ventileinrichtung und jeweils einer die Ventileinrichtung mit dem Füllgutkessel verbindenden Füllgutleitung auf, wobei die Ventileinrichtung eine Fülldruckmesseinrichtung aufweist und wobei eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Fülldruck innerhalb der Ventileinrichtung auf Basis des von der Fülldruckmesseinrichtung ermittelten Druckes durch Einstellen des an der Füllgutleitung anliegenden Kesseldruckes zu regeln.
  • Die Füllgutleitung schließt bevorzugt am Boden oder aber an einem Bodenbereich an den Füllgutkessel an. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Abstand der Füllgutleitung zum Boden der Ventileinrichtung nicht größer als 10 mm, bevorzugt nicht größer als 8 mm ist. Darüber hinaus kann zwar grundsätzlich bei mehreren Ventileinrichtungen in jeder Ventileinrichtung eine entsprechende Fülldruckmesseinrichtung vorgesehen sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Fülleinrichtungen nur teilweise mit einer Fülldruckmesseinrichtung ausgebildet sind. Beispielsweise kann nur jede zweite, dritte oder vierte Ventileinrichtung eine entsprechende Füllstandsmesseinrichtung aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Ventileinrichtung einen Ventilstempel auf, welcher für ein Füllschritt in einem geöffneten Zustand und nach dem Füllschritt in einen geschlossenen Zustand bewegbar ist. Die Bewegung des Füllstempels kann hierbei zeitgesteuert erfolgen. Insbesondere kann eine Positionssteuerung erfolgen, wobei an einer Startposition eine Öffnungsbewegung des Ventilstempels und an einer Endposition eine Schließbewegung des Ventilstempels erfolgt. Die Steuerung kann beispielsweise elektronisch über eine Steuereinheit bewirkt werden. Alternativ ist es auch möglich, eine Kurvensteuerung vorzusehen, wobei dann die Ventileinrichtungen entlang einer Kurvenscheibe geführt werden und durch Ausbildung und Ausformung der Kurvenscheibe eine Bewegung des Ventilstempels ermöglicht wird. Im Falle einer elektronischen Steuerung kann die hierfür erforderliche Steuereinheit mit der Regeleinrichtung kombiniert werden.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Füllgutkessel zumindest eine Zulaufleitung und jeweils ein an die Zulaufleitung angeschlossenes und mit der Regeleinrichtung verbundenes Zulaufventil auf, wobei das Zulaufventil zur Regelung des Fülldruckes einstellbar ist.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Füllanordnung eine Kesseldruckmesseinrichtung zur Messung des Kesseldruckes aufweist. Die Kesseldruckmesseinrichtung und/oder die Fülldruckmesseinrichtung können zumindest einen Druckmesssensors aufweisen.
  • Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Kesseldruckmesseinrichtung eine Messsonde zur Bestimmung des Füllstands aufweist. Ergänzend kann dann ein Drucksensor zur Messung des Gasdrucks innerhalb des Füllgutkessels angeordnet sein.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Füllanordnung um eine Rotationsachse rotierbar eingerichtet, wobei der Füllgutkessel und die Ventileinrichtungen bezüglich der Rotationsachse an unterschiedlichen Radien angeordnet sind. Bereits zuvor wurde erläutert, dass in einem solchen Fall der Füllgutkessel insbesondere ringförmig ausgebildet ist und auch die Ventileinrichtungen ringförmig angeordnet sind. Die Ventileinrichtungen sind üblicherweise radial außenliegend zum Füllgutkessel angeordnet, wobei sich in radialer Richtung ein gewisser Abstand ergibt. Dieser radiale Abstand beträgt bevorzugt zwischen 100 und 3000 mm.
  • Darüber hinaus ist der Füllgutkessel bevorzugt auch oberhalb der Ventileinrichtung angeordnet, wobei der Füllgutkessel und die Ventileinrichtung in vertikaler Richtung bevorzugt zwischen 200 und 1500 mm beabstandet sind.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Füllanlange für eine drucklose Befüllung,
    Fig. 2, 3
    alternative Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Füllanlange für eine druckgestützte Befüllung.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Füllanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung bzw. die für das Verfahren erforderliche Füllanordnung als Teil einer Füllanlage in der Getränkeindustrie.
  • Die Füllanordnung weist einen Füllgutkessel 1 auf, welcher ringförmig ausgebildet ist und welcher dazu vorgesehen ist, ein flüssiges Füllgut 2 aufzunehmen. Bei dem flüssigen Füllgut 2 handelt es sich insbesondere um ein Getränk.
  • An den Füllgutkessel 1 schließt in einem unteren Bereich des Füllgutkessels 1 eine Füllgutleitung 3 an, über die das flüssige Füllgut 2 einer Ventileinrichtung 4 zugeführt werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere Ventileinrichtungen 4 nebeneinander angeordnet sind, welche jeweils über eine Füllgutleitung 3 an den Füllgutkessel 2 angeschlossen sind.
  • Die Ventileinrichtung 4 weist einen Gehäuse 5 sowie ein in dem Gehäuse 5 geführten Ventilstempel 6 auf, welcher in dem gezeigten Beispiel in einem geöffneten Zustand dargestellt ist. Entsprechend liegt der Ventilstempel 6 nicht an einem Ventilsitz 7 an, sodass ein entsprechender Spalt gebildet wird, durch den das flüssige Füllgut 2 in den Behälter 8 eingeführt werden kann. Bei dem Behälter 8 handelt es sich in dem gezeigten Beispiel um eine Getränkeflasche, welche entweder aus Glas oder aber auch aus Kunststoff z. B. Polyethylenterephthalat (PET) gebildet sein kann.
  • Erfindungsgemäß ist ferner eine Fülldruckmesseinrichtung 9 vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, einen Fülldruck p2 zu ermitteln. Beispielsweise kann es sich hierbei um einen Druckmesssensor handeln, welcher unmittelbar den in dem Gehäuse 5 anliegenden Fülldruck p2 ermittelt.
  • Die Fülldruckmesseinrichtung 9 ist darüber hinaus mit einer Regeleinrichtung 10 über ein entsprechendes Signalkabel 11 verbunden, wobei die Regeleinrichtung 10 dazu eingerichtet ist, einen an der Füllgutleitung 3 anliegenden Kesseldruck p1 so zu regeln, dass der Fülldruck p2 innerhalb eines vordefinierten Fülldruck-Sollwertbereiches gehalten werden kann.
  • Der Kesseldruck p1 ist hierbei im Wesentlichen von dem Füllstand des flüssigen Füllgutes 2 in dem Füllgutkessel 1 abhängig, sodass entsprechend über die Regeleinrichtung 10 der Füllstand eingestellt werden kann, um einen konstanten Fülldruck p2 gewährleisten zu können.
  • Hierzu schließt die Regeleinrichtung 10 an ein Zulaufventil 12 an, welches dazu eingerichtet ist, den Zulauf an flüssigem Füllgut 2 in den Füllgutkessel 1 durch Einstellung des Querschnittes der Zulaufleitung 13 zu ändern. Hierdurch ist es möglich, dass in Abhängigkeit von der in die Behälter 8 eingeführte Menge an flüssigem Füllgut 2 der Füllstand innerhalb des Füllgutkessels 1 variiert werden kann, wobei bei einem zu hohen Fülldruck p2 der Füllstands verringert und infolge eines zu niedrigen Fülldruckes p1 der Füllstand erhöht wird.
  • Der Füllgutkessel 1 und auch die Ventileinrichtungen 4 sind Teil einer rotierbar eingerichteten Füllanordnung sind, sodass infolge der Rotation Zentrifugalkräfte auf das flüssige Füllgut 2 einwirken, welche den Kesseldruck p1 und infolge dessen den Fülldruck p2 erhöhen. Durch Reduzierung des Füllstandes in dem Füllgutkessel 1 kann dann eine Anpassung des Fülldruckes p2 bewirkt werden, wodurch sichergestellt wird, dass stets eine vorbestimmte Füllgutmenge in die Behälter 8 eingebracht werden kann.
  • Darüber hinaus ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass der Füllgutkessel 1 oberhalb der Ventileinrichtung 4 und insbesondere oberhalb der Auslauföffnung in den Behälter 8 angeordnet ist. Darüber hinaus sind der Füllgutkessel 1 und die Ventileinrichtung 4 auch in radialer Richtung zueinander beabstandet, wobei die Ventileinrichtung 4 radial außen gelegen angeordnet ist.
  • Während die Fig. 1 sich insbesondere auf Ausgestaltungen bezieht, bei der allein aufgrund der Schwerkraft des Füllgutes 2 ein Befüllen des Behälters 8 bewirkt wird, handelt es sich bei den Fig. 2 und 3 um Ausgestaltungen, in denen bereits ein gewisser Gasdruck p0 oberhalb des flüssigen Füllgutes 2 im Füllgutkessel 1 vorliegt, sodass nicht mehr von einer drucklosen Befüllung gesprochen werden kann.
  • Bei einer solchen Ausgestaltung ist es erforderlich, dass auch der Gasdruck p0 bestimmt wird, um eine möglichst genaue Regelung bewirken zu können. Dies erfolgt gemäß der Fig. 2 durch Messung des Füllstandes innerhalb des Füllgutkessels 1 mittels einer Füllstandsmesseinrichtung 14 sowie durch Messung des Gasdruckes p0 über eine Gasdruckmesseinrichtung 15 in Form eines Druckmesssensor. Der Kesseldruck p2 bestimmt sich dann aus der Summe des Gasdruckes p0 sowie durch Ableitung eines statischen Druckes aufgrund der von der Messsonde 14 ermittelten Füllhöhe. Hierfür ist insbesondere die Dichte des flüssigen Füllgutes 2 entscheidend, welches aber je nach verwendetem Füllgut 2 bekannt ist.
  • Gemäß der Fig. 3 wird der Kesseldruck p1 unmittelbar durch eine am Boden des Füllgutkessels 1 angeordnete Kesseldruckmesseinrichtung 16 ermittelt. Hierbei handelt es sich bevorzugt um einen Druckmesssensor.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Füllgutkessel
    2
    Füllgut
    3
    Füllgutleitung
    4
    Ventileinrichtung
    5
    Gehäuse
    6
    Ventilstempel
    7
    Ventilsitz
    8
    Behälter
    9
    Fülldruckmesseinrichtung
    10
    Regeleinrichtung
    11
    Signalkabel
    12
    Zulaufventil
    13
    Zulaufleitung
    14
    Füllstandsmesseinrichtung
    15
    Gasdruckmesseinrichtung
    16
    Kesseldruckmesseinrichtung
    p0
    Gasdruck
    p1
    Kesseldruck
    p2
    Fülldruck

Claims (18)

  1. Verfahren zum Befüllen von Behältern (8), insbesondere Getränkebehältern, in einer Füllanordnung mit einem Füllgutkessel (1) zur Aufnahme eines flüssigen Füllgutes (2), zumindest einer Ventileinrichtung (4) und jeweils einer die Ventileinrichtung (4) mit den Füllgutkessel (1) verbindenden Füllgutleitung (3), wobei in einem Füllschritt die Ventileinrichtung (4) geöffnet und das flüssige Füllgut (2) aus dem Füllgutkessel (1) in die Behälter (8) eingefüllt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest während des Füllschritts ein in der Ventileinrichtung (4) anliegender Fülldruck (p2) bestimmt und durch Einstellung eines an der Füllgutleitung (3) anliegender Kesseldruckes (p1) mit der Maßgabe geregelt wird, dass der Fülldruck (p2) innerhalb eines vordefinierten Sollwertbereichs liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwertbereich innerhalb eines Bereiches von maximal 5 % um einen vordefinierten Fülldruck-Sollwert liegt.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung des Kesseldrucks (p1) in dem Füllgutkessel (1) der Füllstand eingestellt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Änderung des Füllstandes die dem Füllgutkessel (1) zugeführte Menge an flüssigem Füllgut (2) eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kesseldruck (p1) unmittelbar durch eine Druckmessung gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dass der Kesseldruck (p1) durch Messung des Füllstands bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Gasdruck (p0) in einem oberhalb des flüssigen Füllgutes (2) angeordneten Bereich innerhalb des Füllgutkessels (1) bestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dass die Füllanordnung rotiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (8) in einer ersten Winkelstellung der Füllanordnung zugeführt und in einer zweiten Winkelstellung entnommen werden, wobei der Füllschritt zwischen der ersten und der zweiten Winkelstellung erfolgt.
  10. Füllanlange, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Füllanordnung, die einen Füllgutkessel (1), zumindest eine Ventileinrichtung (4) und jeweils eine die Ventileinrichtung (4) mit dem Füllgutkessel (1) verbindende Füllgutleitung (3) aufweist, wobei die Ventileinrichtung (4) eine Fülldruckmesseinrichtung (9) aufweist und wobei eine Regeleinrichtung (10) vorgesehen ist, welche dazu eingerichtet ist, den Fülldruck (p2) innerhalb der Ventileinrichtung (4) auf Basis des von der Fülldruckmesseinrichtung (9) ermittelten Druckes durch Einstellung des an der Füllgutleitung (3) anliegenden Kesseldruckes (p1) zu regeln.
  11. Füllanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ventileinrichtung (4) einen Ventilstempel (6) aufweist, welcher für einen Füllschritt in einen geöffneten Zustand und nach dem Füllschritt in einen geschlossenen Zustand bewegbar ist.
  12. Füllanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel (1) zumindest eine Zulaufleitung (13) und jeweils ein an die Zulaufleitung (13) angeschlossenes und mit der Regeleinrichtung (9) verbundenes Zulaufventil (12) aufweist, wobei das Zulaufventil (12) zur Regelung des Fülldruckes (p2) einstellbar ist.
  13. Füllanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllanordnung eine Kesseldruckmesseinrichtung (16) zur Messung des Kesseldruckes (p1) aufweist.
  14. Füllanalage nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesseldruckmesseinrichtung (16) und/oder die Fülldruckmesseinrichtung (9) zumindest einen Druckmesssensor aufweisen.
  15. Füllanlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kesseldruckmesseinrichtung (16) eine Messsonde zur Bestimmung des Füllstands aufweist.
  16. Füllanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllanordnung um eine Rotationsachse rotierbar ausgebildet ist, wobei der Füllkessel (1) und die Ventileinrichtungen (4) bezüglich der Rotationsachse an unterschiedlichen Radien angeordnet sind.
  17. Füllanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel (1) und die Ventileinrichtung (4) in radialer Richtung zwischen 100 und 3000 mm voneinander beabstandet sind.
  18. Füllanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllgutkessel (1) und die Ventileinrichtung (4) in vertikaler Richtung zwischen 200 und 1500 mm voneinander beabstandet sind.
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