WO2017009091A1 - Verfahren sowie füllsystem zum befüllen von behältern - Google Patents

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WO2017009091A1
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PCT/EP2016/065741
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Ludwig Clüsserath
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Khs Gmbh
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    • B67C3/287—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow control using predetermined or real-time calculated parameters

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a filling system according to the preamble of claim 13.
  • Filling systems in particular those in the form of filling machines of rotating design with a plurality of filling points on a rotatable about a vertical axis of the machine rotor are known in various designs.
  • the filling material for the filling stations is provided in a filling vessel also provided on the rotor and partially filled with the filling material.
  • the filling speed at the individual filling points i. the
  • Flow rate at which the filling material flows at the filling points during filling of the respective container is basically of the
  • three-chamber filling systems in which the filling material is provided for delivery at the filling points in a boiler which is completely filled with the filling material, ie not in the above the filling material, a gas volume is available.
  • These three-chamber filling systems are fundamentally intended for a pressure or counter-pressure filling of the containers arranged in a sealing position at the filling locations.
  • the problem and disadvantage is that the biasing pressure, ie the pressure to which the arranged in sealing position at the filling container before the filling phase, ie are biased before the introduction of the contents in the respective container, and the filling pressure, ie the pressure with the the contents in the filling phase enters the respective container, must be generated independently. This means that, for example, the biasing pressure over a complicated scheme the
  • the object of the invention is to provide a method and a filling system for filling containers, in which the filling speed regardless of the geodesic height, i. regardless of the height difference between the level of the product level in a product vessel and the level of the product
  • a method according to claim 1 is formed.
  • a filling system is the subject of claim 13.
  • An essential feature of the invention is that the
  • Filling speed i. the flow rate at which the filling material flows to the respective container during filling or in the filling phase
  • a control loop wherein the pressure of the filling material in the
  • the control loop includes, inter alia, at least one volume flow control element, which flows through the filling material flowing at at least one filling point continuously or in steps and with which controlled by an electric or electronic controller of the
  • volume flow of the contents i. the per unit time the volume flow control element flowing through amount of contents can be changed, and a
  • Sensor signal as actual value of the filling speed to the controller supplies.
  • the adjustment of the volume flow control element and thus the control of the volume flow are then carried out by processing, for example by comparing the respective actual value with at least one desired value of the filling speed.
  • the actual value, i. the actual flow velocity of the filling material can be calculated from the data supplied by the sensor device or that from the
  • the setpoint preferably takes into account the nature of the respective contents and / or the type of container to be filled, i. et al the container volume, the
  • Container size, the container shape, etc., and / or the nature of the filling process at least when different filling methods are possible with one and the same filling system, such as pressure filling, pressureless filling,
  • Free-jet filling, filling method using Langrohr Stahlllsystemen and / or filling systems in which the filling material is passed as a flow film over the container inner wall into the container.
  • the setpoint is so far a product and / or container and / or process-specific profile.
  • the nominal value of the filling rate is not constant over the entire duration of each filling phase, but changes according to a time characteristic or according to a time profile.
  • the volume flow control element is for example a controllable throttle or preferably a flow control valve.
  • Sensor device is preferably a perfused by the medium
  • Flow meter preferably a magnetic-inductive flow meter (MID) or mass flow meter.
  • MID magnetic-inductive flow meter
  • the pressure of the supplied filling material is preferably adjusted so that it is above the filling pressure, for example by 0.5 to 3.0 bar above the filling pressure with which the filling material at the respective filling point is introduced into the container.
  • the biasing pressure or filling pressure of a container used in a pressure filling of the container is preferably adjusted so that it is above the filling pressure, for example by 0.5 to 3.0 bar above the filling pressure with which the filling material at the respective filling point is introduced into the container.
  • Biasing gas is below the pressure of the supplied filling material.
  • Biasing pressure in particular also be dispensed with at the individual filling stations forming filling or Greecken in the control loop.
  • Biasing pressure in particular also be dispensed with at the individual filling stations forming filling or Greecken in the control loop.
  • the filling system according to the invention is in the flow direction of the filling material in front of the mouth or at least one Cortabgabeö réelle each filling a liquid valve, which, for example. is designed as open / close valve and opens at the initiation of the filling phase and at the end of the filling phase, i.
  • the respective filling point associated liquid valve is opened and at the same time or with little delay, for example with a delay of 25-80 milliseconds or with a delay of 25- 50 milliseconds and in the flow direction of the contents before the
  • Liquid valve arranged volume flow control element, if this was before introducing the filling phase in a the filling material blocking. Basically, there is also the possibility of the respective liquid valve as
  • Volume flow control element to use and form this as a flow control valve, which in turn allows a control of the flow rate continuously or in steps.
  • the respective control circuit or the elements forming this control circuit are provided separately, for example, for each filling station or at least partially together for a plurality of filling stations and then form, for example, with additional controllable gas paths which are also provided separately for each filling station or jointly for a plurality of filling stations.
  • Filling devices or filling blocks. can then be mounted and / or replaced, for example, as fully functional assemblies on the filling system, for example on a rotating rotor.
  • Containers in the sense of the invention are in particular cans and bottles, in each case made of metal, glass and / or plastic, but also other packaging materials which are suitable for filling liquid or viscous products. "In a sealing position with the filling station located container” means in Sense of
  • free-jet filling is to be understood as meaning a process in which the liquid product flows into the container to be filled in a free filling jet, the container having its container mouth or opening being able to be pressed against the filling location or not resting against the filling location is spaced from this or from a local Gregutauslass.
  • the expression “essentially” or “approximately” in the sense of the invention means deviations from the exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes that are insignificant for the function.
  • FIGS. 1-3 show different embodiments of the filling system according to the invention for filling containers with a liquid product.
  • the generally designated 1 in Figure 1 filling system is used for pressure filling of containers 2, which are exemplified as bottles, with a liquid product.
  • containers 2 which are exemplified as bottles
  • a liquid product Shown in FIG. 1 are two filling blocks or filling devices 3, each with a filling station 4, by means of which the liquid product is controlled in the manner described in more detail below in the filling phase to the respective container 2, which is arranged in a sealed position at the filling station 2, namely in the illustrated embodiment via a filling tube 5 with Golfgutabgabeöffung.
  • the filling system 1 comprises a plurality of such
  • Each filling point 4 is associated with the filling system 1, a separate product channel 6, which is located between a common for all filling devices 3 product supply line 7 and the discharge opening of the filling station 4, i. in the
  • a Volume flow control element in the form of a flow control valve 8, with which the
  • Flow rate of the product channel 6 flowing through the filling material can be controlled continuously or in steps, a flow meter 9 which detects the product channel 6 per unit time flowing through Medgutmenge and provides a dependent electrical signal, and a liquid valve 10 is arranged, for example, as opening and closing valve is formed and in the open state allows the delivery of the liquid filling material and in the closed state, the delivery of the liquid filling material blocks.
  • the flow control valve 8 assumes the function of a
  • Each filling device 3 or each filling point 4 are further assigned to the filling system 1, three controlled gas paths 1 1 - 13, which are also in the sealing position at the filling station 4 arranged container 2 with its interior in combination.
  • the gas path 1 1 is connected via a control valve 1 1 .1 with an annular channel 14, the gas path 12 via a control valve 12.1 with an annular channel 15 and the gas path 13 via a control valve 13.1 with an annular channel 16.
  • In the gas channel 12 is a
  • Throttle 17 is provided.
  • the ring channels 14-16 are provided common to all filling devices 3 and 4 filling points.
  • the common for all filling positions 3 product supply line 7 is provided via a pressure regulator 7.1 with a filling material under pressure
  • the annular channel 14 leads a vacuum or a
  • the annular channel 15 carries a relief pressure, which is usually slightly above the atmosphere or Ambient pressure is or corresponds to the atmospheric or ambient pressure, for example when vented to the environment annular channel 15.
  • the annular channel 16 performs a biasing gas, preferably inert gas, such as CO2 gas under a biasing pressure which is slightly below the pressure in the supply line 7 for this purpose is the annular channel 16 via a pressure regulator 16.1 with a biasing gas, preferably inert gas, such as CO2 gas under a biasing pressure which is slightly below the pressure in the supply line 7 for this purpose is the annular channel 16 via a pressure regulator 16.1 with a
  • Biasing gas is connected under pressure to the available span gas source.
  • the product source, the source of the supply gas and the vacuum pump are located outside the rotor and do not run with it.
  • the corresponding connections to the annular channels 14-16 therefore extend through a rotary joint 21 between the rotor and a machine frame.
  • the container interior is connected to the biasing gas (air and / or inert gas, e.g., CO2 gas) under biasing pressure leading annular channel 16 so that biasing gas can enter the evacuated vessel interior and the vessel interior is pressurized with biasing pressure.
  • the biasing gas air and / or inert gas, e.g., CO2 gas
  • This evacuation and rinsing of the container interior with the clamping gas from the annular channel 16 can also be repeated several times, but in any case so that the container interior before the subsequent filling phase with the
  • the liquid valve 10 is opened, so then adjusts the prevailing in the container 2, previously freely selected biasing pressure in the product line 6. Simultaneously with the opening of the liquid valve 10 or only slightly delayed is the
  • Flow control valve 8 is opened, which is part of this valve, the flow meter 9 and a control electronics or the controller 18 enclosing control loop, with which the flow rate of the container 2 inflowing contents and thus the filling speed can be controlled in the manner described above, namely, for example the product and / or container and / or
  • Measuring signal as actual value is stored, for example, in the controller 18 or in a cooperating with the controller 18 process computer of the filling system 1.
  • control valve 13.1 is open, so that from the
  • the filling phase is terminated at the respective filling position 4 of the filling system designed for volumetric filling in that the liquid valve 10 is closed on the basis of a measuring signal of the flow meter 9 when the required quantity of filling material has flowed into the container 2.
  • the filling speed is preferably reduced via the control loop.
  • control electronics for example via a not shown
  • FIG. 2 shows a filling system 1 a which extends from the filling system 1 in FIG.
  • the product channel 6 is formed branched, with a section 6.1, which is shot at the product supply line 7, and with two sections 6.2, which lead to the respective filling point 4 and to the local liquid valve 10.
  • Each section 6.2 has the flow meter 9 and the liquid valve 10.
  • the two sections 6.2 are on the section 6.1 with the common flow control valve 8 with the
  • a flow meter 9 and the controller 18 which controls the flow control valve 8 in response to the target value of the filling speed and the actual value, which is formed from the output signals of the two flow meters 9, e.g. by averaging.
  • a filling rate predetermined by the desired value is achieved.
  • Process steps are carried out only simultaneously for both filling stations 4 1, at least in relation to the opening and closing of the control valves 1 1 .1 - 13.1.
  • the filling system 1a like the filling system 1, is designed for volumetric filling of the containers 2, i.
  • the closing of the liquid valves 10 takes place in each case depending on the signal of the respective filling point 4
  • FIG. 3 shows, as a further embodiment, a filling system 1b, in which, in turn, two filling stations 4 each become a double filling element are summarized, ie part of a single filling device 3b and which differs from the filling system 1 a substantially characterized in that the closing of the respective filling element 10 to complete the filling phase filling level or probe controlled, ie in response to the signal in the container interior In filling electrically operable filling height probe 19.
  • Double filling element are common, the above for the filling system. 1
  • the essential core of the above-described filling systems 1, 1 a and 1 b or carried out with these systems method is thus that during filling the filling speed is monitored and regulated with the control loop, so that at any time of the filling phase, the desired filling speed exactly is complied with, although the contents of the individual filling stations 4 not from a partially filled Gregutkessel, but from a product supply, namely
  • Product supply line 7 or from a completely filled with the filling material boiler or annular channel is supplied under pressure, and that in this case the pressure in the Product supply to an independent and / or freely selectable
  • the filling system according to the invention with the active control of the filling speed is also suitable for pressureless filling of containers and in particular for free-jet filling.
  • the filling points 4 of such a filling system then have, for example, the same structure as has been described for the filling systems 1, 1 a, 1 b, but without the controlled gas paths 1 1, 12, 13 and the associated control valves 1 1 .1, 12.1 and 13.1, which are basically not needed for jet filling.
  • the flow meter 9 which are components of the control loop for controlling the filling speed, at the same time the signal for the final closing of the respective filling point 4 or of the respective liquid valve I O deliver.
  • an additional sensor system for example in the form of an additional flow meter or another measuring system for detecting the amount of product flowing to the respective container 2 and for completing the filling phase, for example in the form of a weighing system, in particular even if the relevant Filling system for the free jet filling of the container 2 is formed.

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Abstract

Verfahren zum Befüllen von Behältern (2) mit einem über eine Produktversorgung (7) zugeführten flüssigen Füllgut unter Verwendung wenigstens einer Füllstelle (4) über die das Füllgut während einer Füllphase gesteuert durch wenigstens ein Ventil (8, 10) in den an der Füllstelle (4) angeordneten Behälter (2) eingebracht wird, und bei dem die Strömungsgeschwindigkeit des dem jeweiligen Behälter (2) während der Füllphase zufließenden Füllgutes und damit die Füllgeschwindigkeit mit Hilfe eines Regelkreises geregelt wird, und zwar durch Verarbeiten oder Vergleich eines Sollwertes der Füllgeschwindigkeit mit einem Istwert, der der tatsächlichen Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes entspricht und von einer Sensorik (9) ermittelt wird, die die Strömungsgeschwindigkeit des den Behälter (2) zufließenden Füllgutes erfasst, wobei für einen Füllvorgang ein Sperr-oder Flüssigkeitsventil (10) geöffnet wird und zeitgleich oder mit geringer zeitlicher Verzögerung ein Volumenstromregelelement (8), das bezogen auf die Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Sperr- oder Flüssigkeitsventil (10) angeordnet ist, zum Einleiten der Füllphase geöffnet wird, wobei das Volumenstromregelelement (8) derart geregelt wird, dass die Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druck des Füllgutes in der Produktversorgung (7) und dem im zu befüllenden Behälter (2) eingestellten Fülldruck ist.

Description

Verfahren sowie Füllsystem zum Befüllen von Behältern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Füllsystem gemäß Oberbegriff Patentanspruch 13.
Füllsysteme, insbesondere auch solche in Form von Füllmaschinen umlaufender Bauart mit einer Vielzahl von Füllstellen an einem um eine vertikale Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Bei diesen bekannten Füllsystemen wird das Füllgut für die Füllstellen in einem ebenfalls am Rotor vorgesehenen und mit dem Füllgut teilgefüllten Füllgutkessel bereitgestellt. Die Füllgeschwindigkeit an den einzelnen Füllstellen, d.h. die
Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut an den Füllstellen während des Füllens dem jeweiligen Behälter zufließt, ist dabei grundsätzlich von der
geodätischen Höhe zwischen dem Füllgutspiegel im Füllgutkessel und dem Niveau des Mündungsquerschnitts oder der Füllgutabgabeöffnung der jeweiligen Füllstelle bestimmt.
Speziell bei Füllsystemen für ein Druck- oder Gegendruckfüllen von in Dichtlage an den Füllstellen angeordneten Behältern wird vielfach zur Einstellung und/oder Regelung 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 geodätischen Höhe 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 werden müssen, damit die gewünschte Füllgeschwindigkeit auch erreicht wird. Bereits kleinere Abweichungen der geodätischen Höhe führen zu großen unerwünschten Veränderungen der Füllgeschwindigkeit.
Bekannt sind weiterhin sogenannte Dreikammerfüllsysteme, bei denen das Füllgut für die Abgabe an den Füllstellen in einem Kessel bereitgestellt wird, der vollständig mit dem Füllgut gefüllt ist, d.h. in dem oberhalb des Füllgutes ein Gasvolumen nicht vorhanden ist. Diese Dreikammerfüllsysteme sind grundsätzlich für eine Druck- oder Gegendruckfüllung der in Dichtlage an den Füllstellen angeordneten Behälter bestimmt. Problematisch und nachteilig ist, dass der Vorspanndruck, also der Druck, auf den die in Dichtlage an den Füllstellen angeordneten Behälter vor der Füllphase, d.h. vor dem Einleiten des Füllgutes in den jeweiligen Behälter vorgespannt werden, und der Fülldruck, d.h. der Druck, mit dem das Füllgut in der Füllphase in den jeweiligen Behälter eintritt, unabhängig voneinander erzeugt werden müssen. Dies bedeutet, dass z.B. der Vorspanndruck über eine komplizierte Regelung dem
Fülldruck sehr genau nachgeführt werden muss, um so u.a. eine gewünschte
Füllgeschwindigkeit einzuhalten. Um diese komplizierte Regelung beispielsweise des Vorspanndruckes überhaupt zu ermöglichen, wurde in der Regel auch bei
Dreikammerfüllsystemen in der Praxis auf ein minimales Gaspolster im Füllgutkessel nicht verzichtet. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Füllsystem zum Befüllen von Behältern aufzuzeigen, bei dem die Füllgeschwindigkeit unabhängig von der geodätischen Höhe, d.h. unabhängig vom Höhenniveauunterschied zwischen dem Niveau des Füllgutspiegels in einem Füllgutkessel und dem Niveau der
Füllgutabgabeöffnung an der Füllstelle sowie insbesondere auch unabhängig von Druck in einer Produkt- oder Füllgutzuführung ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Füllsystem ist Gegenstand des Patentanspruchs 13. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht dabei darin, dass die
Füllgeschwindigkeit, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Füllgut dem jeweiligen Behälter beim Füllen bzw. in der Füllphase zufließt, unter Verwendung eines Regelkreises geregelt wird, wobei der Druck des Füllgutes in der
Produktzuführung oder -Versorgung bzw. eine Druckdifferenz zwischen dem Druck des Füllgutes in der Produktzuführung oder -Versorgung und dem Druck im Behälter, d.h. dem Fülldruck oder Vorspanndruck keinen Einfluss auf die Regelung nimmt. Der Druck des Füllgutes in der Produktzuführung oder -Versorgung wird auf einen hiervon unabhängigen und/oder frei wählbaren Fülldruck im Behälter abgebaut, der dann bevorzugt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Füllverfahren und/oder in Abhängigkeit von der Art des Füllgutes und/oder der Behälter optimal gewählt werden kann. Die geodätische Höhe spielt für die Füllgeschwindigkeit keine oder im Wesentlichen keine Rolle. Der Regelkreis umfasst u.a. zumindest ein Volumenstromregelelement, welches von dem an wenigstens eine Füllstelle fließenden Füllgut durchströmt eine Regelung des Volumenstroms kontinuierlich oder in Schritten ermöglicht und mit welchem gesteuert durch einen elektrischen oder elektronischen Regler der
Volumenstrom des Füllgutes, d.h. die je Zeiteinheit das Volumenstromregelelement durchströmende Menge an Füllgut geändert werden kann, sowie eine
Sensoreinrichtung, mit der der Volumenstrom des der wenigstens einen Füllstelle tatsächlich zugeführten Füllgutes erfasst wird und die ein entsprechendes
Sensorsignal als Istwert der Füllgeschwindigkeit an den Regler liefert. Die Einstellung des Volumenstromregelelementes und damit die Regelung des Volumenstroms erfolgen dann durch Verarbeitung, beispielsweise durch Vergleich des jeweiligen Istwertes mit wenigstens einem Sollwert der Füllgeschwindigkeit. Der Istwert, d.h. die tatsächliche Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes kann anhand der von der Sensoreinrichtung gelieferten Daten errechnet werden oder die von der
Sensoreinrichtung gelieferten Daten ergeben bereits die Geschwindigkeit des
Füllgutes, d.h. diesen Istwert.
Der Sollwert berücksichtigt vorzugsweise die Art des jeweiligen Füllgutes und/oder die Art der zu befüllenden Behälter, d.h. u.a. das Behältervolumen, die
Behältergröße, die Behälterform usw., und/oder auch die Art des Füllprozesses, letzteres zumindest dann, wenn mit ein und demselben Füllsystem unterschiedliche Füllverfahren möglich sind, wie beispielsweise Druckfüllen, druckloses Füllen,
Freistrahlfüllen, Füllverfahren unter Verwendung von Langrohrfüllsystemen und/oder Füllsystemen, bei denen das Füllgut als Fließfilm über die Behälterinnenwand in den Behälter geleitet wird. Der Sollwert ist insoweit also ein produkt- und/oder behälterund/oder verfahrensspezifisches Profil. Es kann insbesondere auch vorteilhaft sein, wenn der Sollwert der Füllgeschwindigkeit nicht über die gesamte Dauer jeder Füllphase konstant ist, sondern sich entsprechend einer zeitlichen Kennlinie oder entsprechend einem zeitlichen Profil verändert. Durch die Regelung wird die jeweils gewünschte oder erforderliche
Füllgeschwindigkeit sehr exakt eingehalten. Weiterhin lässt sich insbesondere auch durch die Berücksichtigung der Art des Füllgutes und/oder der Behälter und/oder des Füllverfahrens eine wesentliche Verbesserung der Füllleistung (Anzahl der je
Zeiteinheit befüllten Behälter) erreichen. Eventuelle Druckänderungen im Füllgut und/oder in einem Vorspanngas können die Füllgeschwindigkeit grundsätzlich nicht beeinträchtigen, vielmehr werden derartige Änderungen und Abweichungen durch die Regelung kompensiert. Aus dem Druckunterschied zwischen dem Druck des zugeführten Füllgutes und dem Druck im Inneren des Behälters (Fülldruck) resultieren bei der Erfindung die
Strömungsgeschwindigkeit des den Behälter zufließenden Füllgutes und damit die Füllgeschwindigkeit. Das Volumenstromregelelement ist beispielsweise eine steuerbare Drossel oder aber bevorzugt ein Stromregelventil. Die den Volumenstrom erfassende
Sensoreinrichtung ist bevorzugt ein von dem Füllgut durchströmter
Durchflussmesser, vorzugsweise ein magnetisch-induktiver Durchflussmesser (MID) oder Massedurchflussmesser.
Ein ganz entscheidender Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei dem
Füllsystem trotz exakter Einhaltung einer vorgegebenen oder gewünschten
Füllgeschwindigkeit auf einem Füllgutkessel und dabei insbesondere auch auf einem teilgefüllten Füllgutkessel vollständig verzichtet werden kann, es vielmehr möglich ist, das Füllgut unter Druck den einzelnen Füllstellen oder den diese Füllstellen bildenden Fülleinrichtungen oder Füllblöcken über eine gemeinsame
Produktversorgungsleitung oder einen gemeinsamen Produktversorgungskanal zuzuführen, wobei in dieser Versorgungsleitung bzw. in diesem Versorgungskanal ein Gasvolumen oder -polster nicht vorhanden ist. Da mit der Erfindung auf einen Füllgutkessel verzichtet werden kann, ergibt sich u.a. eine konstruktive
Vereinfachung und Kosteneinsparung für das Füllsystem, insbesondere wird aber auch die Gefahr einer Kontamination des Füllgutes durch Keime insbesondere an einem freiliegenden Füllgutspiegel vermieden. Um eine Regelung mit einem ausreichend großen Regelbereich zu ermöglichen, ist der Druck des zugeführten Füllgutes bevorzugt so eingestellt, dass er über dem Fülldruck, beispielsweise um 0,5 - 3,0 bar über den Fülldruck liegt, mit dem das Füllgut an der jeweiligen Füllstelle in den Behälter eingeleitet wird. Der bei einem Druckfüllen der Behälter verwendete Vorspanndruck bzw. Fülldruck eines
Vorspanngases liegt dabei unterhalb des Druckes des zugeführten Füllgutes.
Da Druckschwankungen durch die Regelung kompensiert werden und sich somit grundsätzlich nicht auf die Füllgeschwindigkeit auswirken, kann auf Drucksensoren zur Überwachung und/oder Regelung des Fülldruckes und/oder des
Vorspanndruckes insbesondere auch an den die einzelnen Füllstellen bildenden Fülleinrichtungen oder Füllblöcken im Regelkreis verzichtet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Füllsystems befindet sich in Strömungsrichtung des Füllgutes vor der Mündung oder wenigstens einer Füllgutabgabeöffnung jeder Füllstelle ein Flüssigkeitsventil, welches z.B. als Auf/Zu-Ventil ausgebildet ist und bei der Einleitung der Füllphase öffnet und am Ende der Füllphase, d.h. nach Erreichen der gewünschten Füllguthöhe oder Füllgutmenge im Behälter schließt, und zwar beispielsweise aufgrund eines Signals einer beim Füllen in den Behälter hineinreichenden Sonde und/oder einer das Gewicht der Behälter erfassenden Wägeeinrichtung und/oder eines Durchflussmessers, der dann beispielsweise auch der Durchflussmesser des Regelkreises ist. Für die Einleitung der Füllphase wird dann das der jeweiligen Füllstelle zugeordnete Flüssigkeitsventil geöffnet und zugleich oder mit geringer Verzögerung, beispielsweise mit einer Verzögerung von 25 - 80 Millisekunden oder mit einer Verzögerung von 25 - 50 Millisekunden auch das in Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem
Flüssigkeitsventil angeordnete Volumenstromregelelement, sofern dieses sich vor Einleiten der Füllphase in einem den Füllgut sperrenden befand. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, das jeweilige Flüssigkeitsventil als
Volumenstromregelelement zu nutzen und hierfür als Stromregelventil auszubilden, welches wiederum eine Regelung des Volumenstroms kontinuierlich oder in Schritte ermöglicht. Der jeweilige Regelkreis bzw. die diesen Regelkreis bildenden Elemente sind beispielsweise für jede Füllstelle gesondert oder aber zumindest teilweise für mehrere Füllstellen gemeinsam vorgesehen und bilden dann beispielsweise mit zusätzlichen, steuerbaren Gaswegen, die ebenfalls für jede Füllstelle gesondert oder aber für mehrere Füllstellen gemeinsam vorgesehen sind, Fülleinrichtungen oder Füllblöcke. Diese können dann beispielsweise als vollfunktionsfähige Baugruppen am Füllsystem, beispielsweise an einem umlaufenden Rotor montiert und/oder ausgetauscht werden. Insbesondere auch bei Ausbildung dieser Fülleinrichtungen als Mehrfachfülleinrichtungen, d.h. als Fülleinrichtungen mit jeweils wenigstens zwei Füllstellen je Mehrfachfülleinrichtung, bei der u.a. die Elemente des Regelkreises zumindest teilweise für sämtlichen Füllstellen einer Mehrfachfülleinrichtung gemeinsam verwendet sind, lässt sich eine kostensparende und sehr kompakte Ausbildung erreichen.
„Behälter" sind im Sinne der Erfindung insbesondere Dosen und Flaschen, jeweils aus Metall, Glas und/oder Kunststoff, aber auch andere Packmittel, die zum Abfüllen von flüssigen oder viskosen Produkten geeignet sind. „In Dichtlage mit der Füllstelle befindlicher Behälter" bedeutet im Sinne der
Erfindung, dass der jeweils zu füllende Behälter in der dem Fachmann bekannten Weise mit seiner Behältermündung dicht an der Füllstelle bzw. an eine dortige, die wenigstens eine Abgabeöffnung der Füllstelle umgebende Dichtung angepresst anliegt.
Unter Freistrahlfüllen ist im Sinne der Erfindung ein Verfahren zu verstehen, bei dem das flüssige Füllgut dem zu befüllenden Behälter in einem freien Füllstrahl zuströmt, wobei der Behälter mit seiner Behältermündung oder -Öffnung an die Füllstelle angepresst sein kann oder nicht an der Füllstelle anliegt, sondern von dieser bzw. von einem dortigen Füllgutauslass beabstandet ist. Der Ausdruck„im Wesentlichen" bzw.„etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen 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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 - 3, die jeweils verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Füllsystems zum Füllen von Behältern mit einem flüssigen Füllgut zeigen, näher erläutert.
Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Füllsystem dient zum Druckfüllen von Behältern 2, die beispielhaft als Flaschen dargestellt sind, mit einem flüssigen Füllgut. Dargestellt sind in der Figur 1 zwei Füllblöcke oder Fülleinrichtungen 3 mit jeweils einer Füllstelle 4, über welche in der Füllphase das flüssige Füllgut in der nachsehend noch näher beschriebenen Weise gesteuert dem jeweiligen, an der Füllstelle 4 in Dichtlage angeordneten Behälter 2 zugeführt wird, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform über ein Füllrohr 5 mit Füllgutabgabeöffung. In seiner praktischen Ausführung umfasst das Füllsystem 1 eine Vielzahl derartiger
Fülleinrichtungen 3 bzw. Füllstellen 4, die dann beispielsweise bei einem Füllsystem umlaufender Bauart an einem um eine vertikale Maschinenachse MA umlaufend antreibbaren Rotor vorgesehen sind.
Jeder Füllstelle 4 ist bei dem Füllsystem 1 ein eigener Produktkanal 6 zugeordnet, der sich zwischen einer für sämtliche Fülleinrichtungen 3 gemeinsamen Produkt- Versorgungsleitung 7 und der Abgabeöffnung der Füllstelle 4, d.h. bei der
dargestellten Ausführungsform zwischen der Versorgungsleitung 7 und dem Füllrohr 5 erstreckt. Ausgehend von der Versorgungsleitung 7 sind in dem Produktkanal 6 ein Volumenstromregelelement in Form eines Stromregelventils 8, mit dem die
Strömungsgeschwindigkeit des den Produktkanal 6 durchströmenden Füllgutes kontinuierlich oder in Schritten geregelt werden kann, ein Durchflussmesser 9, der die den Produktkanal 6 je Zeiteinheit durchströmende Füllgutmenge erfasst und ein hiervon abhängiges elektrisches Signal liefert, sowie ein Flüssigkeitsventil 10 angeordnet, welches beispielsweise als Öffnungs- und Schließventil ausgebildet ist und im geöffneten Zustand die Abgabe des flüssigen Füllgutes ermöglicht und im geschlossenen Zustand die Abgabe des flüssigen Füllgutes sperrt. Im weitesten Sinne übernimmt das Stromregelventil 8 hierbei die Funktion einer
gesteuerten/geregelten und in einen Regelkreis eingebundenen Drossel, da an dem Stromregelventil 8 bei einem vorgegebenen Volumenstrom des Füllgutes eine vorhandene Druckdifferenz zwischen dem Druck im jeweiligen Behälter 2 und dem Druck in der Produktversorgungsleitung 7 oder in einem anderen das Füllgut zuführenden oder bereitstellenden Element des Füllsystems besteht.
Jeder Fülleinrichtung 3 oder jeder Füllstelle 4 sind bei dem Füllsystem 1 weiterhin drei gesteuerte Gaswege 1 1 - 13 zugeordnet, die bei in Dichtlage an der Füllstelle 4 angeordnetem Behälter 2 ebenfalls mit dessen Innenraum in Verbindung stehen. Der Gasweg 1 1 ist über ein Steuerventil 1 1 .1 mit einem Ringkanal 14, der Gasweg 12 über ein Steuerventil 12.1 mit einem Ringkanal 15 und der Gasweg 13 über ein Steuerventil 13.1 mit einem Ringkanal 16 verbunden. Im Gaskanal 12 ist eine
Drossel 17 vorgesehen. Die Ringkanäle 14 - 16 sind für sämtliche Fülleinrichtungen 3 und Füllstellen 4 gemeinsamen vorgesehen. Die für sämtliche Füllpositionen 3 gemeinsame Produkt-Versorgungsleitung 7 ist über einen Druckregler 7.1 mit einer das Füllgut unter Druck bereitstellenden
Füllgutquelle verbunden, sodass während des Füllbetriebes in der
Versorgungsleitung 7 ein konstanter oder im wesentlicher konstanter Füllgutdruck herrscht.
Während des Füllbetriebes führt der Ringkanal 14 ein Vakuum oder einen
Unterdruck und ist hierfür mit einer Vakuumpumpe 14.1 verbunden. Der Ringkanal 15 führt einen Entlastungsdruck, der in der Regel leicht über dem Atmosphären- oder Umgebungsdruck liegt oder dem Atmosphären- oder Umgebungsdruck entspricht, beispielsweise bei zur Umgebung hin entlüftetem Ringkanal 15. Der Ringkanal 16 führt ein Vorspanngas, vorzugsweise Inert-Gas, beispielsweise CO2-Gas unter einem Vorspanndruck, der geringfügig unter dem Druck in der Versorgungsleitung 7 liegt Hierfür ist der Ringkanal 16 über einen Druckregler 16.1 mit einer das
Vorspanngas unter Druck bereitstehenden Spanngasquelle verbunden. Die
Füllgutquelle, die Spanngasquelle und die Vakuumpumpe befinden sich außerhalb des Rotors und laufen mit diesem nicht um. Die entsprechenden Verbindungen zu den Ringkanälen 14 - 16 erstrecken sich daher durch eine Drehverbindung 21 zwischen Rotor und einem Maschinengestell.
Mit dem Füllsystem 1 ist an jeder Füllstelle 4 ein Füllprozess möglich, der
beispielsweise die nachfolgend angegebenen Verfahrensschritte aufweist, wobei sich der jeweilige Behälter 2 in Dichtlage an der Füllstelle 4 befindet und solche Ventile, die in dem jeweiligen Verfahrensschritt nicht ausdrücklich als geöffnet angegeben sind, sich im geschlossenen Zustand befinden.
1 . Evakuieren des Behälterinnenraums
Durch Öffnen des Steuerventils 1 1 .1 wird der Innenraum des Behälters 2 über den Gasweg 1 1 mit dem das Vakuum führenden Ringkanal 14 verbunden.
2. Spülen und/oder Vorspannen des Behälterinnenraumes mit dem Vorspann-Gas oder Inert-Gas
Durch Öffnen des Steuerventils 13.1 wird der Behälterinnenraum mit dem Spanngas (Luft und/oder Inertgas, z.B. CO2-Gas) unter Vorspanndruck führenden Ringkanal 16 verbunden, sodass Spanngas in den evakuierten Behälterinnenraum eintreten kann und der Behälterinnenraum mit dem Vorspanndruck beaufschlagt ist.
Dieses Evakuieren und Spülen des Behälterinnenraumes mit dem Spanngas aus dem Ringkanal 16 kann auch mehrfach wiederholt erfolgen, in jedem Fall aber so, dass der Behälterinnenraum vor der anschließenden Füllphase mit dem
Vorspanndruck des Spanngases beaufschlagt ist. 3. Füllen
Zur Einleitung des eigentlichen Füllens, d.h. der Füllphase wird das Flüssigkeitsventil 10 geöffnet, sodass sich dann auch in der Produktleitung 6 der im Behälter 2 herrschende, vorher frei gewählte Vorspanndruck einstellt. Gleichzeitig mit dem Öffnen des Flüssigkeitsventils 10 oder aber nur geringfügig verzögert wird das
Stromregelventil 8 geöffnet, welches Teil des dieses Ventil, den Durchflussmesser 9 und eine Steuerelektronik oder den Regler 18 einschließenden Regelkreises ist, mit dem die Strömungsgeschwindigkeit des dem Behälter 2 zufließenden Füllgutes und damit die Füllgeschwindigkeit in der eingangs beschriebenen Weise geregelt werden, und zwar beispielsweise nach dem produkt- und/oder behälter- und/oder
verfahrensspezifischen Profil als Sollwert und mit dem von dem Durchflussmesser 9 gelieferten und von der Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes abhängigen
Messsignal als Istwert. Das Profil ist beispielsweise im Regler 18 oder in einem mit dem Regler 18 zusammenwirkenden Prozessrechner des Füllsystems 1 abgelegt.
Während des Füllens ist das Steuerventil 13.1 geöffnet, sodass das vom
zufließenden Füllgut aus dem Behälterinnenraum verdrängte Spanngas in den Ringkanal 16 zurückgeführt wird. Die Füllphase wird an der jeweiligen Füllposition 4 des für eine volumetrische Füllung ausgebildeten Füllsystems dadurch beendet, dass das Flüssigkeitsventil 10 aufgrund eines Messsignals des Durchflussmessers 9 dann geschlossen wird, wenn die erforderliche Füllgutmenge in den Behälter 2 eingeströmt ist. Vor der Beendigung der Füllphase wird die Füllgeschwindigkeit bevorzugt über den Regelkreis reduziert.
4. Beruhigen und Entlasten
Zum Beruhigen des dem Behälter 2 zugeflossen Füllgutes bleiben das
Flüssigkeitsventil 10 und/oder das Steuerventil 13.1 geschlossen. Nach Ablauf einer vorgegebenen Beruhigungszeit wird das das Steuerventil 12.1 geöffnet und der Druck im Behälter 2 auf den im Ringkanal 15 eingeregelten Entlastungsdruck abgesenkt. Die Steuerung der Steuerventil 1 1 .1 , 12.1 und 13.1 erfolgt über eine nicht
dargestellte Steuerelektronik, beispielsweise über einen nicht dargestellten
Prozessrechner des Füllsystems 1 . Die Figur 2 zeigt ein Füllsystem 1 a, welches sich von dem Füllsystem 1 im
Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass die beiden Füllstellen 4 zu einem Zweifach-Füllelement zusammengefasst sind, d.h. Bestandteil einer einzigen
Fülleinrichtung 3a sind und hierdurch die Steuerventile 1 1 .1 , 12.1 und 13.1 für beide Füllstellen 4 gemeinsam vorgesehen sind. Der Produktkanal 6 ist verzweigt ausgebildet, und zwar mit einem Abschnitt 6.1 , der an die Produktversorgungsleitung 7 angeschossen ist, und mit zwei Abschnitten 6.2, die an die jeweilige Füllstelle 4 bzw. an das dortige Flüssigkeitsventil 10 führen. Jeder Abschnitt 6.2 weist den Durchflussmesser 9 und das Flüssigkeitsventil 10 auf. Die beiden Abschnitte 6.2 sind über den Abschnitt 6.1 mit dem gemeinsamen Stromregelventil 8 mit der
Produktversorgungsleitung 7 verbunden. Das Stromregelventil 8 ist wiederum
Bestandteil des Regelkreises, der u.a. die beiden in je einem Abschnitt 6.2
angeordneten Durchflussmesser 9 sowie den Regler 18 umfasst, welcher das Stromregelventil 8 in Abhängigkeit von dem Sollwert der Füllgeschwindigkeit und dem Istwert steuert, der aus den Ausgangssignalen der beiden Durchflussmesser 9 gebildet wird, z.B. durch Mittelwertbildung. Während der Füllphase wird wiederum eine durch den Sollwert vorgegebene Füllgeschwindigkeit erreicht.
Es versteht sich, dass mit dem Füllsystem 1 a dieselben Verfahrensschritte möglich, wie sie vorstehend für das Füllsystem 1 beschrieben wurden, wobei diese
Verfahrensschritte lediglich zeitgleich für beide Füllstellen 4 1 durchgeführt werden, zumindest in Bezug auf das Öffnen und Schließen der Steuerventile 1 1 .1 - 13.1 . Das Füllsystem 1 a ist ebenso wie das Füllsystem 1 für ein volumetrisches Füllen der Behälter 2 ausgebildet, d.h. das Schließen der Flüssigkeitsventile 10 erfolgt jeweils in Abhängigkeit von dem Signal des der jeweiligen Füllstelle 4 zugeordneten
Durchflussmessers 9.
Die Figur 3 zeigt als weitere Ausführungsform ein Füllsystem 1 b, bei welchem wiederum jeweils zwei Füllstellen 4 zu einem Zweifach-Füllelement zusammengefasst sind, d.h. Bestandteil einer einzigen Fülleinrichtung 3b sind und welches sich von dem Füllsystem 1 a im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass das Schließen des jeweiligen Füllelementes 10 zur Beendigung der Füllphase füllhöhen- oder sondengesteuert erfolgt, d.h. in Abhängigkeit von dem Signal einer in dem Behälterinnenraum hineinreichenden elektrisch auswertbaren Füllhöhen-Sonde 19. Bei dem Füllsystem 1 b sind die beiden Flüssigkeitsventile 10 der beiden
Füllstellen 4 in dem Abschnitt 6.2 des verzweigten Produktkanal 6 vorgesehen, während ein für beide Füllstellen 4 gemeinsamer Durchflussmesser 9 und ein ebenfalls für beide Füllstellen 4 gemeinsames Stromregelventil 8 im Abschnitt 6.1 vorgesehen sind. Das Stromregelventil 8 bildet wiederum zusammen mit dem
Durchflussmesser 9 und dem Regler 18 den Regelkreis der mit dem Stromregelventil 8 die Geschwindigkeit des den Behältern 2 zufließenden Füllgutes und damit die Füllgeschwindigkeit durch Vergleich des vom Durchflussmesser 9 gelieferten
Istwertes mit einem Sollwert der Füllgeschwindigkeit so regelt, dass ein vorgeplanter Füllgeschwindigkeitsverlauf exakt eingehalten bzw. abgefahren wird.
Auch mit dem Füllsystem 1 b sind durch entsprechende Ansteuerung der
Steuerventile 1 1 .1 , 12.1 und 13.1 , die wiederum für beide Füllstellen 4 dieses
Doppelfüllelementes gemeinsam sind, die vorstehend für das Füllsystem 1
beschriebenen Verfahrensschritte möglich, wobei dann ebenfalls mit Ausnahme des endgültigen Schließens der Flüssigkeitsventile 10, das für beide Füllstellen 4 jeweils individuell in Abhängigkeit von dem Signal der Füllhöhen-Sonde 19 erfolgt, die übrigen Verfahrensschritte zeitgleich erfolgen. Der wesentliche Kern auch der vorbeschriebenen Füllsysteme 1 , 1 a und 1 b bzw. der mit diesen Systemen durchgeführten Verfahren besteht also darin, dass während des Füllens die Füllgeschwindigkeit mit dem Regelkreis überwacht und geregelt wird, sodass zu jedem Zeitpunkt der Füllphase die gewünschte Füllgeschwindigkeit exakt eingehalten wird, obwohl das Füllgut den einzelnen Füllstellen 4 nicht aus einem teilgefüllten Füllgutkessel, sondern aus einer Produktversorgung, nämlich
Produktversorgungsleitung 7 oder aus einem vollständig mit dem Füllgut gefüllten Kessel oder Ringkanal unter Druck zugeführt wird, und dass hierbei der Druck in der Produktversorgung auf einen hiervon unabhängigen und/oder frei wählbaren
Fülldruck im Behälter 2 abgebaut wird.
Vorstehend wurden Füllsysteme zum Füllen der Behälter 2 beschrieben, die während des Füllverfahrens und dabei insbesondere auch während der Füllphase in
Dichtlage, an der jeweiligen Füllstelle 4 angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Füllsystem mit der aktiven Regelung der Füllgeschwindigkeit ist aber auch für ein druckloses Füllen von Behältern sowie insbesondere für ein Freistrahlfüllen geeignet. Die Füllstellen 4 eines solchen Füllsystems weisen dann beispielsweise den selben Aufbau auf, wie er für die Füllsysteme 1 , 1 a, 1 b beschrieben wurde, allerdings ohne die gesteuerten Gaswege 1 1 , 12, 13 und die zugehörigen Steuerventile 1 1 .1 , 12.1 und 13.1 , die für das Freistrahlfüllen grundsätzlich nicht benötigt werden.
Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, dass bei den Füllsystemen 1 und 1 a, die für ein volumetrisches Füllen ausgebildet sind, die Durchflussmesser 9, die Bestandteile des Regelkreises zum Regeln der Füllgeschwindigkeit sind, zugleich auch das Signal zum endgültigen Schließen der jeweiligen Füllstelle 4 bzw. des jeweiligen Flüssigkeitsventilsl O liefern. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, zur Erfassung der dem jeweiligen Behälter 2 zufließenden Füllgutmenge und zum Abschließen der Füllphase eine zusätzliche Sensorik, beispielsweise in Form eines zusätzlichen Durchflussmessers oder ein anderes Messsystem vorzusehen, beispielsweise in Form eines Wägesystems, und zwar insbesondere auch dann, wenn das betreffende Füllsystem für das Freistrahlfüllen der Behälter 2 ausgebildet ist.
Es kann beispielsweise zweckmäßig sein, im Produktkanal 6 vor dem Ventil, mit dem der Füllvorgang beendet wird, d.h. bei den Füllsystemen 1 , 1 a und 1 b vor dem jeweiligen Flüssigkeitsventil 10 eine Drosselstrecke vorzusehen, in der ein definierter und kontrollierter Druckabbau des Füllgutes stattfindet, wie dies in der Figur 1 bei 20 angedeutet ist. Diese Drosselstrecke ist dann so gestaltet, dass der Druck des Füllgutes entlang der Drosselstrecke langsam, gleichmäßig und ohne Bildung von Strömungsturbulenzen abnimmt, insbesondere auch ohne Turbulenzbereiche, in denen der statische Druck in Randzonen des Volumenstromes deutlich abfällt und bei einem CO2 enthaltenden Füllgut zur Entbindung von CO2 führt. In Verbindung mit einer Freistrahlfüllung kann dadurch ein Einschlagen von Mikroblasen in den zu füllenden Behälter beim Abfüllen von karbonisierten Getränken signifikant reduziert werden. Die Dosierung solcher Blasen und Mikroblaseneinschläge in das bereits abgefüllt Füllgut schafft auch die Möglichkeit, den Fülldruck deutlich in Richtung Atmosphärendruck abzusenken. Ein weiterer Vorteil besteht dann auch darin, dass eine weitere Gewichtsreduzierung bei Behältern oder Flaschen aus PET möglich wird und somit der Aufwand für eine Füllanlage oder Füllstrecke sowie für eine eventuell erforderliche Kühlung des Behälterbodens deutlich reduziert werden. Beim Befüllen von Behältern aus Glas reduziert sich u.a. der Glasbruch. Außerdem kann der Verbrauch an Spanngas reduziert werden.
Weiterhin sind bevorzugt in den Produktkanälen 6 und/oder im
Produktversorgungskanal 7 und/oder in den Ringkanälen 14 und 16 und/oder in den mit diesen Ringkanälen verbundenen Gaswegen Drucksensoren vorgesehen, mit denen der jeweilige Druck überwacht und/oder auf einem Sollwert eingestellt oder geregelt wird.
Bezugszeichenliste
I, 1a, 1b Füllsystem
2 Behälter
3, 3a, 3b Fülleinrichtung oder Füllblock
4 Füllstelle
5 Füllrohr mit Füllgutabgabeöffnung
6 Produktkanal
6.1,6.2 Abschnitt
7 Produktversorgungsleitung
7.1 Druckregelventil
8 Volumenstromregelelement oder Stromregelventil
9 Durchflussmesser
10 Flüssigkeitsventil
II, 12, 13 Gasweg
11.1, 12.1, 13.1 Steuerventil
14, 15,16 Ringkanal
15.1 Vakuumpumpe
16.1 Druckregler
18 Regler oder Steuerelektronik
19 Füllhöhen-Sonde bzw. Füllhöhe bestimmende Sonde
20 Drosselstrecke
21 Drehverbindung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Befüllen von Behältern (2) mit einem über eine Produktversorgung (7) zugeführten flüssigen Füllgut unter Verwendung wenigstens einer Füllstelle (4) über die das Füllgut während einer Füllphase gesteuert durch wenigstens ein Ventil (8, 10) in den an der Füllstelle (4) angeordneten Behälter (2) eingebracht wird, und bei dem die Strömungsgeschwindigkeit des dem jeweiligen Behälter (2) während der Füllphase zufließenden Füllgutes und damit die Füllgeschwindigkeit mit Hilfe eines Regelkreises geregelt wird, und zwar durch Verarbeiten oder Vergleich eines Sollwertes der Füllgeschwindigkeit mit einem Istwert, der der tatsächlichen
Strömungsgeschwindigkeit des Füllgutes entspricht und von einer Sensorik (9) ermittelt wird, die die Strömungsgeschwindigkeit des den Behälter (2) zufließenden Füllgutes erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Füllvorgang ein Sperroder Flüssigkeitsventil (10) geöffnet wird und zeitgleich oder mit geringer zeitlicher Verzögerung ein Volumenstromregelelement (8), das bezogen auf die
Strömungsrichtung des Füllgutes vor dem Sperr- oder Flüssigkeitsventil (10) angeordnet ist, zum Einleiten der Füllphase geöffnet wird, wobei das
Volumenstromregelelement (8) derart geregelt wird, dass die
Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druck des Füllgutes in der Produktversorgung (7) und dem im zu befüllenden Behälter (2) eingestellten Fülldruck ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Regelkreis der Druck in der Produktversorgung (7) auf einen hiervon unabhängigen und/oder frei wählbaren Fülldruck im Behälter (2) abgebaut wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Füllphase die Füllgeschwindigkeit konstant gehalten oder nach einem den Sollwert bildenden Profil oder Geschwindigkeitsprofil geändert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Füllgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Art des Füllgutes und/oder der Art der Behälter (2), beispielsweise abhängig von deren Volumen, Größe und/oder Durchmesser, und/oder in Abhängigkeit vom Füllverfahren unterschiedlich gewählt und beispielsweise in einer Steuerelektronik abgespeichert sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Füllgeschwindigkeit mit einem Regelkreis erfolgt, der das vom Füllgut durchströmte und von einer Steuerelektronik oder von einem Regler (18) angesteuerte und in Form eines Stromregelventils (8) ausgebildete
Volumenstromregelelement sowie einen vom Füllgut durchströmten
Durchflussmesser (9), in Form eines magnetisch-induktiven Durchflussmessers (MID) aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Füllsystems mit mehreren Füllstellen (4) die
Füllgeschwindigkeit für jede Füllstelle (4) durch einen eigenen der betreffenden Füllstelle (4) zugeordneten Regelkreis geregelt wird, oder dass bei Gruppen von jeweils wenigstens zwei Füllstellen (4) die Regelung der Füllgeschwindigkeit durch einen für sämtliche Füllstellen (4) jeder Gruppe gemeinsamen Regelkreis erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Füllsystems (1 , 1 a, 1 b) mit mehreren Füllstellen(4) oder Gruppen von Füllstellen (4) das Füllgut direkt über eine für sämtliche Füllstellen (4) gemeinsame Produktversorgungsleitung (7) oder einen für sämtliche Füllstellen (4) oder Gruppen von Füllstellen (4) gemeinsamen Kanal zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperren der Abgabe des Füllgutes am Ende der Füllphase durch das Sperr- oder Flüssigkeitsventils (10) erfolgt, welches bezogen auf die
Strömungsrichtung des Füllgutes nach dem Volumenstromregelelement in einer Produktleitung (6) angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druckfüllen das Sperr- oder Flüssigkeitsventil (10) nach dem Vorspannen des jeweiligen Behälters (2) geöffnet wird, um einen sich an das
Volumenstromregelelement erstreckenden Teil der Produktleitung (6) ebenfalls mit dem sich im Behälter (2) einstellenden Vorspanndruck zu beaufschlagen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Füllgutes nach dem Regeln der Füllgeschwindigkeit und vor dem Ausbringen des Füllgutes an der Produktabgabeöffnung entlang einer Drosselstrecke (20) reduziert wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen der Behälter (2) durch Druckfüllen oder druckloses Füllen oder Freistrahlfüllen erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperr- oder Flüssigkeitsventil (10) geöffnet wird und das
Volumenstromregelelement (8) mit einer zeitlichen Verzögerung in einem Bereich von 20 bis 80 Millisekunden geöffnet wird.
13. Füllsystem zum Befüllen von Behältern (2) mit einem flüssigen Füllgut nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 1 1 , mit wenigstens einer zumindest eine Füllgutabgabeöffnung (5) aufweisenden Füllstelle (4), mit wenigstens einem an die Füllgutabgabeöffnung (5) führenden Produktkanal (6), der mit einer
Produktversorgung (7) oder Quelle für das Füllgut in Verbindung steht und in welchem wenigstens ein Ventil (8, 10) zur gesteuerten Abgabe des Füllgutes in den jeweiligen Behälter (2) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch einen Regelkreis zur Regelung der Strömungsgeschwindigkeit des beim Füllen den Produktkanal (6) durchströmenden Füllgutes und damit der Füllgeschwindigkeit in Abhängigkeit von wenigstens einem Sollwert der Füllgeschwindigkeit und einem von einer Sensorik (9) gelieferten Istwert der Strömungsgeschwindigkeit des den wenigstens einen
Produktkanal (6) durchströmenden Füllgutes.
14. Füllsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis für eine Regelung der Füllgeschwindigkeit unabhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Druck des Füllgutes in der Produktversorgung (7) und dem im zu befüllenden Behälter (2) eingestellten Druck und/oder für eine Reduzierung des Drucks in der Produktversorgung (7) auf einen hiervon unabhängigen und/oder frei wählbaren Fülldruck im Behälter (2) ausgebildet ist.
15. Füllsystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein im Produktkanal (6) angeordnetes und vom Füllgut durchströmtes
Volumenstromregelelement oder ein im Produktkanal (6) angeordnetes und vom Füllgut durchströmtes Stromregelventil (8), einen im Produktkanal (6) angeordneten und vom Füllgut durchströmten Strömungs- oder Durchflussmesser (9) sowie eine Steuerelektronik oder einen Regler (18) aufweist, der das
Volumenstromregelelement in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Sollwert und dem vom Durchflussmesser (9) gelieferten Istwert steuert.
16. Füllsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
Stromregelventil (8) zugleich dasjenige Ventil ist, welches den Produktkanal (6) zur weiteren Abgabe des Füllgutes am Ende einer Füllphase sperrt, oder dass im
Produktkanal (6) ein gesondertes Sperr- oder Flüssigkeitsventil (10) vorgesehen ist, welches den Produktkanal (6) zur weiteren Abgabe des Füllgutes am Ende einer Füllphase sperrt.
17. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei mehreren Füllstellen (4) der Regelkreis zur Regelung der Füllgeschwindigkeit für jede Füllstelle (4) eigenständig oder aber bei Gruppen mit jeweils wenigstens zwei Füllstellen (4) für die Füllstellen (4) jeder Gruppe zumindest teilweise gemeinsam vorgesehen ist.
18. Füllsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei eine Gruppe bildenden Füllstellen (4) das Volumenstromregelelement in einem für beide Füllstellen (4) gemeinsamen Abschnitt (6.1 ) des Produktkanals (6) und die
Durchflussmesser (9) jeweils in einem von dem gemeinsamen Abschnitt (6.1 ) abgezweigten der jeweiligen Füllstelle (4) eigenständig zugeordneten Abschnitt (6.2) des Produktkanals (6) vorgesehen sind, oder dass das Volumenstromregelelement und der Durchflussmesser (9) in dem für sämtliche Füllstellen (4) der Gruppe gemeinsamen Abschnitt (6.1 ) des Produktkanals (6) angeordnet sind.
19. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass jede Füllstelle (4) ein eigenständiges die Abgabe des Füllgutes freigebendes und sperrendes Flüssigkeitsventil (10) aufweist, und dass das
Flüssigkeitsventil (10) über eine die Füllhöhe im Behälter (2) erfassende Sonde (19) und/oder durch einen Durchflussmesser (9), vorzugsweise den Durchflussmesser des Regelkreises und/oder durch eine Wägeeinrichtung gesteuert wird.
20. Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass bei einer Vielzahl von Füllstellen (4) die Produktkanäle (6) sämtlicher Füllstellen (4) an eine gemeinsame Produktversorgungsleitung (7) oder einen gemeinsamen Produktversorgungskanal angeschlossen sind, und dass die Produktversorgungsleitung (7) oder der Produktversorgungskanal vorzugsweise über einen Druckregler (7.1 ) mit einer das Füllgut unter Druck bereitstellen Quelle verbunden ist, wobei sich diese Quelle bei einem Füllsystem oder einer Füllmaschine umlaufender Bauart, bei der die Füllstellen (4) an einem um eine vertikale
Maschinenachse umlaufend antreibbaren Rotor vorgesehen sind, außerhalb des Rotors befindet.
21 . Füllsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Produktkanal (6) in Strömungsrichtung des Füllgutes nach dem Regelkreis oder nach dessen Elementen und vor der Produktabgabeöffnung (5) oder vor dem Flüssigkeitsventil (10) eine Drosselstrecke (20) vorgesehen ist, in der der Druck in einem vorbestimmten Profil abgebaut wird.
PCT/EP2016/065741 2015-07-16 2016-07-04 Verfahren sowie füllsystem zum befüllen von behältern WO2017009091A1 (de)

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SI201631711T SI3322664T1 (sl) 2015-07-16 2016-07-04 Postopek in polnilni sistem za polnjenje vsebnikov

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