Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Befüllen
von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage.
Stand der Technik
[0002] Unter den verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen zum Befüllen von Behältern mit
einem Füllprodukt werden häufig Technologien angewendet, die auf einer Rundläuferbauweise
beruhen. Hierbei ist zumeist eine Vielzahl von Füllorganen an einem Karussell montiert,
das Behälter über einen Einlaufstern empfängt, die anschließend während eines kontinuierlichen
Umlaufs über die Füllorgane befüllt werden. Die Füllorgane werden üblicherweise von
einem gemeinsamen Produkttank oder einer Ringleitung, ebenfalls mitdrehender Bestandteil
des Karussells, mit dem Füllprodukt versorgt. Nach der Befüllung werden die Behälter
über einen Auslaufstern abtransportiert.
[0003] Die Befüllung über die Füllorgane folgt einem bestimmten Programmablauf, der sich
je nach Füllprodukt und anderen Prozessparametern unterscheiden kann. So kann der
Programmablauf beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen:
druckdichtes Anpressen des Behälters gegen das Füllorgan; Gasaustausch insbesondere
im Fall sauerstoffempfindlicher Füllprodukte; Druckerhöhung und/oder Druckabsenkung
im Behälter; Einbringen des Füllprodukts; Entlasten des Behälters. Üblicherweise ist
das Abfüllen des Füllprodukts an einer Vorrichtung in Rundläuferbauweise so gestaltet,
dass der Programmablauf immer an derselben Winkelposition des Karussells startet.
[0004] Werden Füllprodukte abgefüllt, die nicht bis zu einem bestimmten Punkt entgast sind,
beispielsweise mit zusätzlichem Sauerstoff versetzte Füllprodukte, so kann sich mit
der Zeit ein Teil dieses Gases aufgrund von Umlenkungen, Verjüngungen, Erweiterungen
und dergleichen im Füllorgan entbinden. Die dadurch entstehende Gasblase kann die
Genauigkeit eines Durchflussmessers, insbesondere im Fall induktiver Bauart, so stark
beeinträchtigen, dass die tatsächlich abgefüllte Menge an Füllprodukt nicht mit der
gemessenen Menge übereinstimmt. Bei vielen Rundläuferfüllern reicht die Zeit gerade
nicht aus, um das Gas vollständig aufsteigen zu lassen. Dies stellt eine technische
Grenze für den maximalen Gasgehalt, wie etwa den Sauerstoffgehalt, für das Füllprodukt
dar.
[0005] Das Problem kann entweder dadurch reduziert werden, dass die Vorrichtung angehalten
wird, damit die Gasblasen in den Produkttank am drehenden Teil aufsteigen können,
oder die Produktionsgeschwindigkeit hinreichend stark reduziert wird, so dass genügend
Zeit für das Aufsteigen der Gasblasen in den Produkttank vorhanden ist. Die genannten
Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass sie zu Lasten der Füllerleistung gehen.
Darstellung der Erfindung
[0006] Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte
Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer
Getränkeabfüllanlage, bereitzustellen, insbesondere die Qualität und/oder Zuverlässigkeit
des Füllprozesses unter Beibehaltung der Füllerleistung zu verbessern.
[0007] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine
Vorrichtung mit den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung
sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
[0008] Die Vorrichtung und das Verfahren dienen dem Befüllen von Behältern, üblicherweise
einer Vielzahl von Behältern, mit einem Füllprodukt. Wenn Bezeichnungen wie "Behälter",
"Füllorgan", "Füllventil", "Produktleitung" usw. im Singular verwendet werden, dann
geschieht dies in der Regel der sprachlichen Einfachheit halber. Der Plural ist mitumfasst,
es sei denn er ist ausdrücklich oder technisch ausgeschlossen.
[0009] Die Vorrichtung und das Verfahren finden vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage
Anwendung, zum Abfüllen von flüssigen Lebensmitteln wie beispielsweise Wasser (still
oder karbonisiert), Softdrinks, Bier, Wein, Säften oder Mischgetränken. Die technischen
Wirkungen der Erfindung kommen besonders deutlich bei der Abfüllung von mit einem
Gas versetzten Füllprodukten zur Anwendung, deren Gaskomponente(n) durch Strömungseffekte
während des Transports des Füllprodukts, beispielsweise bedingt durch Umlenkungen,
Verjüngungen, Erweiterungen und dergleichen im Füllorgan, entbinden können oder zur
Entbindung neigen.
[0010] Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Transportieren eines
zu befüllenden ersten Behälters entlang einer Kreisbahn; während des Transports des
ersten Behälters, Durchführen eines ersten Füllprozesses, in welchem das Füllprodukt
in den ersten Behälter eingeleitet wird, wobei der erste Füllprozess an einem initialen
Startwinkel ϕ
Ini des ersten Behälters auf der Kreisbahn begonnen wird; Ermitteln eines Endwinkels
ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses, an dem der erste Füllprozess des ersten Behälters auf der
Kreisbahn beendet ist; danach, Transportieren eines zu befüllenden zweiten Behälters
entlang der Kreisbahn; und während des Transports des zweiten Behälters, Durchführen
eines zweiten Füllprozesses, in welchem das Füllprodukt in den zweiten Behälter eingeleitet
wird.
[0011] Der Transport der Behälter entlang einer Kreisbahn kann mittels einer Vorrichtung
in Rundläuferbauweise verwirklicht werden, wie sie weiter unten genauer beschrieben
ist.
[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein variabler Startwinkel
ϕ
Var in Abhängigkeit, d.h. als Funktion vom Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses ermittelt wird und der zweite Füllprozess an dem variablen
Startwinkel ϕ
Var des Behälters auf der Kreisbahn begonnen wird. Der initiale Startwinkel ϕ
Ini und der variable Startwinkel ϕ
Var unterscheiden sich in der Regel voneinander.
[0013] Die Bezeichnungen "erste(r)" und "zweite(r)" dienen hierin der sprachlichen Unterscheidung
der entsprechend benannten Füllprozesse, Behälter und dergleichen. Eine Reihenfolge,
Ordnung oder Priorisierung ist damit nicht impliziert. Es werden in der obigen Definition
eines regulären Abfüllbetriebs somit zwei Füllprozesse - ein erster und ein nachfolgender
zweiter Füllprozess - miteinander verglichen, um eine Versetzung des Füllprozessstarts
eines Füllprozesses in Abhängigkeit des Füllprozessendes eines vorangegangenen Füllprozesses
sprachlich genau zu beschreiben.
[0014] Hierbei umfasst der Füllprozess nicht unbedingt nur das Einleiten des Füllprodukts
in einen entsprechenden Behälter, sondern der Füllprozess kann weitere mit dem eigentlichen
Befüllen verbundene Vorgänge umfassen, wie beispielsweise einen oder mehrere der folgenden
Schritte: druckdichtes Anpressen des Behälters gegen das entsprechende Füllventil;
Gasaustausch im Behälter; Druckerhöhung und/oder Druckabsenkung im Behälter; Entlasten
des Behälters; Beruhigen des Behälters. Der Füllprozess für einen Behälter folgt somit
einem bestimmten Programmablauf, der durch das Füllprodukt und andere Prozessparameter
definiert ist und während der regulären Produktion für das Abfüllen einer Vielzahl
von Behältern üblicherweise im Wesentlichen beibehalten wird.
[0015] Indem der Füllerwinkel, an dem der Füllprozess startet, während des regulären Betriebs
in Abhängigkeit vom Endwinkel eines vorangegangenen Füllprozesses variiert wird, können
nicht nur die Qualität und Zuverlässigkeit des Füllprozesses verbessert werden (beispielsweise
indem etwaigen Gasblasen ausreichend Zeit verschafft wird, um aus dem entsprechenden
Füllorgan aufzusteigen), sondern es kann darüber hinaus ein optimaler Kompromiss zwischen
der Füllerleistung und der gewünschten Qualität gefunden werden. In anderen Worten,
befindet sich der Endwinkel ϕ
Stopp eines Füllprozesses vor einem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max, bis zu dem der Füllprozess im Rundläufer spätestens abgeschlossen sein muss, so
besteht ein Freiheitsgrad zur Variation des Prozessstarts eines oder mehrerer nachfolgender
Füllprozesse. Dieser Freiheitsgrad kann zur Optimierung der Produktion genutzt werden.
[0016] Vorzugsweise liegt der variable Startwinkel ϕ
Var in Transportrichtung der Behälter hinter dem initialen Startwinkel ϕ
Ini, d.h. vorzugsweise wird der variierte Füllprozess relativ zum vorangegangenen bzw.
regulären Füllprozess entlang der Kreisbahn des Rundläufers und somit zeitlich nach
hinten verschoben. Auf diese Weise steht zwischen den beiden betrachteten Füllprozessen
mehr Zeit zur Verfügung, in der etwaige Gasblasen aufsteigen können, ohne dass die
Füllerleistung reduziert werden muss.
[0017] Normalerweise hat die Kreisbahn einen maximalen Prozesswinkel ϕ
Max, an dem der Füllprozess spätestens abgeschlossen sein muss, wobei der variable Startwinkel
ϕ
Var vorzugsweise in Abhängigkeit, d.h. als Funktion der Differenz zwischen dem maximalen
Prozesswinkel ϕ
Max und dem Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses ermittelt wird. Der maximale Prozesswinkel ϕ
Max kann theoretisch mit jenem Winkel zusammenfallen, an dem die Behälter aus dem Rundläufer
ausgeleitet werden, er liegt jedoch normalerweise etwas davor, um das Ausleiten der
Behälter an die nachfolgende Station nicht zu beeinträchtigen.
[0018] Vorzugsweise ist die Differenz zwischen dem variablen Startwinkel ϕ
Var und dem initialen Startwinkel ϕ
Ini gleich der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max und dem Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses abzüglich einer Sicherheitsmarge ψ
Sich. Auf diese Weise kann die Versetzung des Füllstarts zwischen zwei Füllprozessen maximiert
werden, ohne die Zuverlässigkeit der Füllprozesse zu gefährden.
[0019] Vorzugsweise werden der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess in einer periodischen
Abfolge durchgeführt, um die Produktionsoptimierung reproduzierbar durchzuführen.
[0020] So kann eine Versetzung des Füllprozessstarts ausgehend vom initialen Startwinkel
ϕ
Ini für jede zweite Runde des Füllerkarussells vorgenommen werden. Allerdings lässt sich
das Prinzip verallgemeinern, indem eine Versetzung des Füllprozessstarts für jede
Xte Runde vorgenommen wird. In anderen Worten, vorzugsweise wird der erste Füllprozess
n-mal hintereinander durchgeführt, wobei n eine natürliche Zahl ist. Anschließend
wird der der zweite Füllprozess vorzugsweise genau einmal durchgeführt. Besonders
bevorzugt gilt: n=1 oder n=2. Dieser Ablauf aus n ersten Füllprozessen, gefolgt von
beispielsweise einem zweiten Füllprozess kann nun periodisch wiederholt werden.
[0021] Allerdings ist ein solcher periodischer Betriebsablauf nicht unbedingt erforderlich,
da der Betrag und/oder die Anwendung des variablen Startwinkels ϕ
Var weiter verallgemeinert werden können. So ist weder eine regelmäßige Anwendung des
variablen Startwinkels ϕ
Var alle X Runden erforderlich, noch muss der variable Startwinkels ϕ
Var der Differenz zwischen ϕ
Max und ϕ
Stopp oder einer Funktion dieser Differenz entsprechen. Vielmehr kann der variable Startwinkel
ϕ
Var in Abhängigkeit des Endwinkels ϕ
Stopp eines vorherigen Füllprozesses so variiert werden, dass der Gesamtprozess optimiert
wird. Die Variation des Prozessparameters ϕ
Var kann mittels eines geeigneten Algorithmus, beispielsweise eines selbstlernenden Algorithmus,
durchgeführt werden.
[0022] Vorzugsweise umfassen der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess die gleichen
Schritte. In anderen Worten, vorzugsweise wird das gleiche Füllprodukt auf die gleiche
Art und Weise abgefüllt, und lediglich der Startwinkel der Füllprozesse wird variiert.
Die Füllprozesse können hierbei beispielsweise jeweils einen oder mehrere der folgenden
Schritte umfassen: Positionieren des Behälters; druckdichtes Anpressen des Behälters
gegen einen Mündungsabschnitt des entsprechenden Füllventils; Einleiten eines Gases
in den Behälter; Abziehen eines Gases aus dem Behälter; Erzeugen eines Überdrucks
im Behälter; Erzeugen eines Unterdrucks im Behälter; Einleiten des Füllprodukts in
den Behälter; Entlasten des Behälters; Entfernen des Behälters vom Füllventil.
[0023] Die oben genannte Aufgabe wird ferner von einer Vorrichtung zum Befüllen von Behältern
mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst.
[0024] Die Vorrichtung umfasst ein rotierbares Füllerkarussell mit mehreren, an einem Außenumfang
des Füllerkarussells angeordneten Füllorganen, die eingerichtet sind, um das Füllprodukt
in die Behälter einzuleiten, und entsprechend den Füllorganen zugeordneten Behälterhalterungen,
wobei das Füllerkarussell eingerichtet ist, um die Füllorgane sowie die entsprechend
zugeordneten Behälterhalterungen entlang einer Kreisbahn zu transportieren. Die Behälterhalterungen
sind zum Halten je eines Behälters eingerichtet, so dass sich die Behälter im regulären
Betrieb der Vorrichtung aufgrund der Rotation des Füllerkarussells entlang der genannten
Kreisbahn bewegen.
[0025] Die Vorrichtung weist ferner eine Steuerung auf, die eingerichtet ist, um das Füllerkarussell
so anzusteuern, dass ein zu befüllender erster Behälter entlang der Kreisbahn transportiert
wird; während des Transports des ersten Behälters ein erster Füllprozess durchgeführt
wird, in welchem das Füllprodukt (über das Füllorgan) in den ersten Behälter eingeleitet
wird, wobei der erste Füllprozess an einem initialen Startwinkel ϕ
Ini des ersten Behälters auf der Kreisbahn begonnen wird; ein Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses, an dem der erste Füllprozess des ersten Behälters auf der
Kreisbahn beendet ist, ermittelt wird; ein zu befüllender zweiter Behälter entlang
der Kreisbahn transportiert wird; und während des Transports des zweiten Behälters
ein zweiter Füllprozess, in welchem das Füllprodukt in den zweiten Behälter eingeleitet
wird, durchgeführt wird.
[0026] Erfindungsgemäß ist die Steuerung ferner eingerichtet, um das Füllerkarussell so
anzusteuern, dass ein variabler Startwinkel ϕ
Var in Abhängigkeit vom Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses ermittelt wird und der zweite Füllprozess an dem variablen
Startwinkel ϕ
Var des Behälters auf der Kreisbahn begonnen wird.
[0027] Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in
Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
[0028] So ist die Steuerung aus den oben genannten Gründen vorzugsweise eingerichtet, um
das Füllerkarussell so anzusteuern, dass der variable Startwinkel ϕ
Var in Transportrichtung der Behälter hinter dem initialen Startwinkel ϕ
Ini liegt.
[0029] Vorzugsweise ist die Steuerung aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um das
Füllerkarussell so anzusteuern, dass der variable Startwinkel ϕ
Var in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max und dem Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses ermittelt wird.
[0030] Vorzugsweise ist die Steuerung aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um das
Füllerkarussell so anzusteuern, dass die Differenz zwischen dem variablen Startwinkel
ϕ
Var und dem initialen Startwinkel ϕ
Ini gleich der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max und dem Endwinkel ϕ
Stopp des ersten Füllprozesses abzüglich einer Sicherheitsmarge ψ
Sich ist. Vorzugsweise ist die Steuerung aus den oben genannten Gründen eingerichtet,
um das Füllerkarussell so anzusteuern, dass der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess
in einer periodischen Abfolge durchgeführt werden.
[0031] Vorzugsweise ist die Steuerung aus den oben genannten Gründen eingerichtet, um das
Füllerkarussell so anzusteuern, dass der erste Füllprozess n-mal hintereinander durchgeführt
wird, wobei n eine natürliche Zahl ist, und der zweite Füllprozess anschließend einmal
durchgeführt wird, wobei vorzugsweise gilt n=1 oder n=2.
[0032] Die Steuerung kann zentral oder dezentral, softwaregestützt, Bestandteil internetbasierter
und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie
gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen. Die Kommunikation der Steuerung mit den
entsprechenden Komponenten der Vorrichtung (Aktuatoren, Sensoren usw.) kann digital
oder analog, drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.
[0033] Vorzugsweise umfassen die Füllorgane jeweils ein Füllventil, das eingerichtet ist,
um das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in den entsprechenden
Behälter einzuleiten. Das Füllventil ist beispielsweise ein Proportionalventil. Ferner
weisen die Füllorgane vorzugsweise jeweils einen Durchflussmesser auf, der eingerichtet
ist, um den Volumenstrom des in einen entsprechenden Behälter eingeleiteten Füllprodukts
zu detektieren. Das Messprinzip des Durchflussmessers beruht vorzugsweise auf Induktion.
Für Füllorgane einer solchen Bauart ist der variable Start des Füllprozesses besonders
nützlich, um die Genauigkeit des vom Füllventil eingeleiteten und vom Durchflussmesser
detektierten Volumenstroms zu optimieren.
[0034] Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können
alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale
umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren
[0035] Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende
Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- Figur 1
- eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem
Füllprodukt;
- Figur 2a
- eine schematische Darstellung eines Füllprozesses ausgehend von einem initialen Startwinkel
auf einer Kreisbahn;
- Figur 2b
- eine schematische Darstellung eines Füllprozesses ausgehend von einem variablen Startwinkel
auf der Kreisbahn.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
[0036] Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben.
Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen
Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung
dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.
[0037] Die Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 100
mit einem Füllprodukt.
[0038] In dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 1 ein
Füllventil 2, welches über eine Ventilmündung 2a das Füllprodukt in den Behälter 100
einleitet. Während des Füllprozesses steht eine Mündung 110 des Behälters 100 vorzugsweise
mit dem Füllventil 2 druckdicht in Kontakt, wodurch der Füllprozess als Gegendruckverfahren
oder Unterdruckverfahren durchführbar ist. Allerdings kann das Füllventil 2 auch als
Freistrahlventil ausgebildet sein, so dass das Füllprodukt nach Überbrückung eines
Freistrahlbereiches in die Mündung 110 des Behälters 100 eingefüllt wird.
[0039] Der zu befüllende Behälter 100 wird über eine Behälterhalterung 200, die beispielsweise
eine Halteklammer 210 zum Halten des zu befüllenden Behälters 100 im Halsbereich,
etwa unterhalb eines hier nicht gezeigten Halsrings des Behälters 100, aufweist, während
der Befüllung an dem oder unter dem Füllventil 2 gehalten. Es wird hierbei auch von
einem sogenannten "neck handling" des zu befüllenden Behälters 100 gesprochen. Das
"neck handling" findet insbesondere im Fall des Befüllens von Kunststoffbehältern
in Form von PET-Flaschen Anwendung.
[0040] In einer in den Figuren nicht gezeigten Alternative kann der zu befüllende Behälter
100 auch in seinem Bodenbereich gehalten beziehungsweise gestützt werden, beispielsweise
durch einen Führungsteller, auf dem der zu befüllende Behälter 100 steht. Es wird
hierbei auch von einem sogenannten "base handling" des zu befüllenden Behälters 100
gesprochen. Das "base handling" findet insbesondere im Fall des Befüllens von Glasflaschen
Anwendung.
[0041] In einer in den Figuren ebenfalls nicht gezeigten Alternative kann der zu befüllende
Behälter 100 auch im Bereich des Behälter- bzw. Flaschenbauchs oder auf eine andere
geeignete Weise gehalten und/oder gestützt und transportiert werden.
[0042] Das Füllventil 2 ist besonders bevorzugt als Proportionalventil 3 ausgebildet oder
umfasst ein solches, das der Ventilmündung 2a vorgelagert ist, d.h. stromaufwärts
der Ventilmündung 2a angeordnet ist. Optional kann im Bereich der Ventilmündung 2a
ein Sperrventil, das die Ventilmündung 2a nach Bedarf öffnet/schließt, vorgesehen
sein. Das Proportionalventil 3 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 beispielhaft
in einer Füllproduktleitung 5 installiert, es kann allerdings auch im Bereich der
Ventilmündung 2a durch einen entsprechend geformten Ventilkegel mit Aktuator und Ventilsitz,
in den Figuren nicht gezeigt, verwirklich sein.
[0043] Das Proportionalventil 3 ist eingerichtet, um den Volumenstrom des Füllprodukts kontinuierlich
oder graduell variieren zu können, somit die pro Zeiteinheit in den Behälter 100 eingeleitete
Füllproduktmenge zu regulieren. Ziel ist es, ein effizientes, exaktes und produktschonendes
Befüllen sicherzustellen.
[0044] Das Proportionalventil 3 kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass ein vom Füllprodukt
durchflossener Ringspalt in seiner Dimension variierbar ist. Die Schaltstellung des
Proportionalventils 3, also beispielsweise die aktuell geschaltete Abmessung/Dimension
des Ringspalts, ist bekannt und reproduzierbar einstellbar, beispielsweise durch die
Verwendung eines Schrittmotors zum Antrieb des Proportionalventils 3.
[0045] Mit dem Proportionalventil 3 können eine oder mehrere Eigenschaften der Füllkurve,
d.h. des Volumenstroms pro Zeiteinheit, die Füllkurve in ihrer Gesamtheit und/oder
das Füllende bei Erreichen eines gewünschten Füllniveaus festgelegt werden.
[0046] Das Füllprodukt wird vor der eigentlichen Abfüllung in die zu befüllenden Behälter
100 in einem Füllproduktreservoir 4 zwischengelagert, wobei das Füllproduktreservoir
4 hier in Form eines Zentralkessels eines Rundläuferfüllers gezeigt ist. In einer
alternativen Ausführungsform kann das Füllproduktreservoir 4 beispielsweise auch in
Form eines Ringkessels, einer Ringleitung oder einer Verteilerzuführung ausgebildet
sein.
[0047] In dem Füllproduktreservoir 4 ist das Füllprodukt bis zu einer bestimmten Füllhöhe
eingefüllt und kann von dort aus über die Füllproduktleitung 5, die hier beispielhaft
einen ersten Leitungsabschnitt 50, einen zweiten Leitungsabschnitt 52, einen dritten
Leitungsabschnitt 54 sowie einen vierten Leitungsabschnitt 56 aufweist, zum Füllventil
2 fließen und von dort aus in den zu befüllenden Behälter 100 eingebracht werden.
[0048] Neben dem Proportionalventil 3 zur Steuerung oder Regelung des Füllproduktflusses
ist weiterhin ein Durchflussmesser 6 vorgesehen, der für eine Detektion der Fluidmenge
bzw. des Volumenstroms des die Füllproduktleitung 5 durchfließenden Füllprodukts eingerichtet
ist. Mittels des Durchflussmessers 6 kann gegebenenfalls auch die in den Behälter
100 eingebrachte Füllproduktmenge ermittelt werden, etwa durch Integrieren bzw. Aufsummieren
des ermittelten Volumenstroms. Auf diese Weise kann nach Erreichen eines gewünschten
Füllproduktniveaus in dem zu befüllenden Behälter 100 der Füllvorgang durch Schließen
des Proportionalventils 3 und/oder durch Schließen eines hier nicht gezeigten Sperrventils
beendet werden kann. Alternativ zum Durchflussmesser 6 sind auch andere Sensoren anwendbar,
wie beispielsweise Wägezellen und Kurzschlusssonden. Alternativ kann auf einen Sensor
verzichtet werden, wenn ein Zeitfüllprozess zur Anwendung kommt, dem zur Ermittlung
des Volumenstroms beispielsweise Rechenmodelle zu Grunde liegen.
[0049] Das Füllventil 2 inkl. Proportionalventil 3, der Durchflussmesser 6 und Abschnitte
der Füllproduktleitung 5, etwa die Leitungsabschnitte 52, 54 und 56, können eine gedankliche
und/oder bauliche Einheit bzw. Komponente bilden, die hierin als "Füllorgan" 1b bezeichnet
ist.
[0050] Die Figur 1 zeigt nur ein Füllorgan 1b, das mit dem Füllproduktreservoir 4 in Fluidverbindung
steht. Die Vorrichtung 1 weist jedoch vorzugsweise eine Vielzahl von Füllorganen 1b
auf, die am Außenumfang eines Füllerkarussells 1a (vgl. Figuren 2a und 2b), welches
das gemeinsame Füllproduktreservoir 4 umfasst, angeordnet sind, wodurch ein Füller
in Rundläuferbauweise ausgebildet ist. Der Rundläuferfüller rotiert dabei um eine
schematisch gezeigte Rotationsachse R, um während der Rotation die zu befüllenden
Behälter 100 zu befüllen und gleichzeitig entlang eines Kreiswegs 1b (vgl. Figuren
2a und 2b) zu transportieren. Am Umfang des Rundläuferfüllers können beispielsweise
mehr als 20 oder 50 Füllorgane 1b angeordnet sein, sodass eine effiziente Befüllung
eines dem Rundläuferfüller zugeführten Stromes an zu befüllenden Behältern 100 durchführbar
ist.
[0051] Die Vorrichtung 1 kann - als Bestandteil oder außerhalb des Füllorgans 1b - einen
oder mehrere Filter 7 aufweisen, die entsprechend zwischen dem ersten Abschnitt 50
der Füllproduktleitung 5 und dem zweiten Abschnitt 52 der Füllproduktleitung 5 angeordnet
sind. Die Filter 7 sind jeweils eingerichtet, um eine Reinigung des Füllprodukts vor
der Abfüllung vorzunehmen, beispielsweise um Partikel, Viren, Bakterien, Keime, Pilze
usw. aus dem Füllprodukt herauszufiltern.
[0052] Die aktuelle Füllhöhe des Füllprodukts im Füllproduktreservoir 4 kann beispielsweise
mittels einer Füllhöhensonde 152 gemessen werden.
[0053] Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 150 auf, die zur Kommunikation mit
dem Füllorgan 1b eingerichtet ist. Insbesondere steht die Steuerung 150 mit dem Proportionalventil
3 sowie dem Durchflussmesser 6 in Kommunikation, um unter Verwendung der vom Durchflussmesser
6 ermittelten Volumenstromwerte die aktuelle Schaltstellung des Proportionalventils
3 festzulegen. Ferner kann eine Auswertung der Füllhöhe im Füllproduktreservoir 4
mittels der Steuerung 150 erfolgen.
[0054] Die Steuerung 150 kann zentral oder dezentral, softwaregestützt, Bestandteil internetbasierter
und/oder cloudbasierter Anwendungen oder auf andere Weise implementiert sein, sowie
gegebenenfalls auf Datenbanken zugreifen. Die Kommunikation der Steuerung 150 mit
den entsprechenden Komponenten kann digital oder analog, drahtlos oder drahtgebunden
erfolgen.
[0055] Die Figuren 2a und 2b zeigen schematisch einen Füllprozess der Vorrichtung 1. Die
Vorrichtung 1 umfasst das oben genannte Füllerkarussell 1a, an dessen Außenumfang
eine Vielzahl von Füllorganen 1b, in den Figuren 2a und 2b nicht gezeigt, installiert
ist. Das Füllerkarussell 1a ist um die Drehachse R rotierbar, wodurch die Füllorgane
1b sowie die zu transportierenden Behälter 100, in den Figuren 2a und 2b nicht gezeigt,
entlang einer Kreisbahn 1c transportiert werden.
[0056] Die zu befüllenden Behälter 100 werden dem Füllerkarussell 1a an einem definierten
Übergabepunkt übergeben, beispielsweise über einen nicht dargestellten Einlaufstern.
Der Winkel des Füllerkarussells 1a, an dem die leeren Behälter 100 eingeleitet und
an die Vorrichtung 1 übergeben werden, sei als ϕ
Ein bezeichnet. Der Winkel, an dem die befüllten Behälter 100 aus der Vorrichtung 1 ausgeleitet
werden, indem sie beispielsweise an einen nicht dargestellten Auslaufstern übergeben
werden, sei als ϕ
Aus bezeichnet.
[0057] Theoretisch kann der Füllprozess bis auf ein kleines Winkelsegment ψ
Tοt, das auch als "Füllertotwinkel" bezeichnet wird, im Wesentlichen den gesamten Umfang
des Rundläufers beanspruchen. Der Füllertotwinkel ψ
Tot ist baulich bedingt, beispielsweise durch den erforderlichen Installationsraum für
einen Einlauf- und Auslaufstern.
[0058] Die Befüllung der Behälter 100 über die Füllorgane 1b folgt einem bestimmten Programmablauf,
der sich je nach Bauart des Füllorgans 1b, Füllprodukt und anderen Prozessparametern
unterscheiden kann. So kann der Programmablauf beispielsweise einen oder mehrere der
folgenden Schritte umfassen: druckdichtes Anpressen des Behälters 100 gegen die Ventilmündung
2a des entsprechenden Füllventils 2; Gasaustausch im Behälter 100; Druckerhöhung und/oder
Druckabsenkung im Behälter 100; Einbringen des Füllprodukts; Entlasten des Behälters
100; Beruhigen des Behälters 100.
[0059] Zur begrifflichen Eindeutigkeit wird hierin zwischen dem "Füllvorgang", der sich
auf das Einleiten des Füllprodukts in den Behälter 100 bezieht, und dem "Füllprozess"
unterschieden, der neben dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter 100 weitere
mit dem Befüllen verbundene Vorgänge umfassen kann, wie sie vorstehend beispielhaft
genannt sind.
[0060] Üblicherweise ist das Abfüllen des Füllprodukts an einer Vorrichtung 1 in Rundläuferbauweise
so gestaltet, dass der Programmablauf immer an derselben Winkelposition des Füllerkarussells
1a startet. Die Steuerung 150 enthält daher einen Prozessparameter, der einen initialen
Startwinkel des Füllprozesses definiert. Dieser initiale Startwinkel sei als ϕ
Ini bezeichnet.
[0061] Der Füllprozess, umfassend das Einleiten des Füllprodukts in einen entsprechenden
Behälter 100, erfolgt nun ausgehend vom initialen Startwinkel ϕ
Ini entlang eines Prozesssegments, bis der Füllprozess nach Ablauf einer Prozesszeit
an einem Endwinkel ϕ
Stopp abgeschlossen ist.
[0062] Der Füllerwinkel, an dem der Füllprozess spätestens abgeschlossen sein muss, sei
als maximaler Prozesswinkel ϕ
Max bezeichnet. ϕ
Max kann theoretisch mit ϕ
Aus zusammenfallen, liegt jedoch normalerweise etwas davor, um das Ausleiten der Behälter
100 an die nachfolgende Station nicht zu beeinträchtigen.
[0063] Befindet sich der Endwinkel ϕ
Stopp vor dem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max, so besteht ein Freiheitsgrad zur Variation des Füllprozessstarts. In anderen Worten,
die Steuerung 150 enthält einen weiteren Prozessparameter ϕ
Var, der den variablen Startwinkel des Füllprozesses definiert.
[0064] Der Füllprozess kann auf diese Weise so variiert werden, dass der Abtransport etwaiger
Gasblasen vom Füllventil 2 in das Füllproduktreservoir 4 optimiert wird. Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Verschiebung des Füllprozessstarts wie folgt
durchgeführt:
Stellt die Steuerung 150 während eines regulären Füllbetriebs fest, dass der Füllprozess
vordem maximalen Prozesswinkel ϕ
Max, d.h. vordem vollständig zur Verfügung stehenden Füllerwinkel abgeschlossen ist,
so veranlasst die Steuerung 150, dass der nachfolgende Füllprozess, d.h. der Füllprozess
der nächsten Runde, um den entsprechenden Winkel - gegebenenfalls abzüglich einer
Sicherheitsmarge ψ
Sich - später beginnt.
[0065] Jener reguläre Füllprozess, der am initialen Startwinkel ϕ
Ini beginnt, ist hierin auch als "erster Füllprozess" bezeichnet. Als "zweiter Füllprozess"
ist ein gegenüber dem ersten Füllprozess verschobener, am variablen Startwinkel ϕ
Var beginnender Füllprozess bezeichnet.
[0066] Werden der Transport und der Füllprozess getaktet durchgeführt, so wird der Füllprozess
bei der nächsten Runde um die Anzahl dieser zusätzlich zur Verfügung stehenden Takte
- gegebenenfalls abzüglich der genannten Sicherheitsmarge ψ
Sich - später begonnen.
[0067] Auf diese Weise wird zusätzlich Zeit generiert, in der etwaige Gasblasen in das Füllproduktreservoir
4 aufsteigen können.
[0068] Für die darauffolgende Runde veranlasst die Steuerung 150, dass der Füllprozess wieder
am initialen Startwinkel ϕ
Imi, d.h. am ursprünglich festgelegten Punkt, beginnt.
[0069] Der vorstehend dargelegte Betriebsablauf nimmt somit eine Versetzung des Füllprozessstarts
für jede zweite Runde des Füllerkarussells 1a vor. Allerdings lässt sich das Prinzip
verallgemeinern, indem eine Versetzung des Füllprozessstarts für jede Xte Runde vorgenommen
wird.
[0070] Ferner können der Betrag und die Anwendung des variablen Startwinkels ϕ
Var weiter verallgemeinert werden. So ist weder eine regelmäßige Anwendung des variablen
Startwinkels ϕ
Var alle X Runden erforderlich, noch muss der variable Startwinkels ϕ
Var der Differenz zwischen ϕ
Max und ϕ
Stopp oder einer Funktion dieser Differenz entsprechen. Vielmehr kann der variable Startwinkel
ϕ
Var von der Steuerung in Abhängigkeit des Endwinkels ϕ
Stopp so variiert werden, dass der Füllprozess, insbesondere die Qualität der Abfüllung
optimiert wird. Die Variation des Prozessparameters ϕ
Var kann mittels eines geeigneten Algorithmus, beispielsweise eines selbstlernenden Algorithmus,
durchgeführt werden.
[0071] Indem der Füllerwinkel, an dem der Füllprozess startet, während des regulären Betriebs
variiert wird, können nicht nur die Qualität und Zuverlässigkeit des Füllprozesses
verbessert werden, indem etwaigen Gasblasen ausreichend Zeit verschafft wird, um in
das Füllproduktreservoir 4 aufzusteigen, sondern es kann darüber hinaus ein optimaler
Kompromiss zwischen der Füllerleistung und der gewünschten Qualität gefunden werden.
[0072] Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen
dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
[0073]
- 1
- Vorrichtung zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt
- 1a
- Füllerkarussell
- 1b
- Füllorgan
- 1c
- Kreisbahn
- 2
- Füllventil
- 2a
- Ventilmündung
- 3
- Proportionalventil
- 4
- Füllproduktreservoir
- 5
- Füllproduktleitung
- 50
- Erster Abschnitt der Füllproduktleitung
- 52
- Zweiter Abschnitt der Füllproduktleitung
- 54
- Dritter Abschnitt der Füllproduktleitung
- 56
- Vierter Abschnitt der Füllproduktleitung
- 6
- Durchflussmesser
- 7
- Filter
- 100
- Behälter
- 110
- Mündung
- 150
- Steuerung
- 152
- Füllhöhensonde
- 200
- Behälterhalterung
- 210
- Halteklammer
- R
- Rotationsachse
- ϕEin
- Einleitwinkel
- ϕAus
- Ausleitwinkel
- ϕIni
- Initialer Startwinkel des Füllprozesses
- ϕVar
- Variabler Startwinkel des Füllprozesses
- ϕStopp
- Endwinkel des Füllprozesses
- ϕMax
- Maximaler Prozesswinkel
- ψTot
- Füllertotwinkel
- ψSich
- Sicherheitsmarge
1. Verfahren zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in
einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist:
Transportieren eines zu befüllenden ersten Behälters (100) entlang einer Kreisbahn
(1c);
während des Transports des ersten Behälters (100), Durchführen eines ersten Füllprozesses,
in welchem das Füllprodukt in den ersten Behälter (100) eingeleitet wird, wobei der
erste Füllprozess an einem initialen Startwinkel (ϕIni) des ersten Behälters (100) auf der Kreisbahn (1c) begonnen wird;
Ermitteln eines Endwinkels (ϕStopp) des ersten Füllprozesses, an dem der erste Füllprozess des ersten Behälters (100)
auf der Kreisbahn (1c) beendet ist;
Transportieren eines zu befüllenden zweiten Behälters (100) entlang der Kreisbahn
(1c); und
während des Transports des zweiten Behälters (100), Durchführen eines zweiten Füllprozesses,
in welchem das Füllprodukt in den zweiten Behälter (100) eingeleitet wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
ein variabler Startwinkel (ϕVar) in Abhängigkeit vom Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses ermittelt wird und der zweite Füllprozess an dem variablen
Startwinkel (ϕVar) des Behälters (100) auf der Kreisbahn (1c) begonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der variable Startwinkel (ϕVar) in Transportrichtung der Behälter (100) hinter dem initialen Startwinkel (ϕIni) liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreisbahn (1c) einen maximalen Prozesswinkel (ϕMax) umfasst, an dem der Füllprozess spätestens abgeschlossen sein muss, und der variable
Startwinkel (ϕVar) in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel (ϕMax) und dem Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen dem variablen Startwinkel (ϕVar) und dem initialen Startwinkel (ϕIni) gleich der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel (ϕMax) und dem Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses abzüglich einer Sicherheitsmarge (ψSich) ist.
5. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess in einer periodischen Abfolge durchgeführt
werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllprozess n-mal hintereinander durchgeführt wird, wobei n eine natürliche
Zahl ist, und der zweite Füllprozess anschließend einmal durchgeführt wird, wobei
vorzugsweise n=1 oder n=2 gilt.
7. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess die gleichen Schritte umfassen,
vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Schritte: Positionieren des entsprechenden
Behälters (100); druckdichtes Anpressen des entsprechenden Behälters (100) gegen ein
Füllventil (2); Einleiten eines Gases in den entsprechenden Behälter (100); Abziehen
eines Gases aus dem entsprechenden Behälter (100); Erzeugen eines Überdrucks im entsprechenden
Behälter (100); Erzeugen eines Unterdrucks im entsprechenden Behälter (100); Einleiten
des Füllprodukts in den entsprechenden Behälter (100); Entlasten des entsprechenden
Behälters (100); Entfernen des entsprechenden Behälters (100) vom Füllventil (2).
8. Vorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise
in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) aufweist:
ein rotierbares Füllerkarussell (1a) mit mehreren, an einem Außenumfang des Füllerkarussells
(1a) angeordneten Füllorganen (1b), die eingerichtet sind, um das Füllprodukt in die
Behälter (100) einzuleiten, und entsprechend den Füllorganen (1b) zugeordneten Behälterhalterungen
(200), wobei das Füllerkarussell (1a) eingerichtet ist, um die Füllorgane (1b) sowie
die entsprechend zugeordneten Behälterhalterungen (200) entlang einer Kreisbahn (1c)
zu transportieren;
und eine Steuerung (150), die eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass
ein zu befüllender erster Behälter (100) entlang der Kreisbahn (1c) transportiert
wird;
während des Transports des ersten Behälters (100) ein erster Füllprozess durchgeführt
wird, in welchem das Füllprodukt in den ersten Behälter (100) eingeleitet wird, wobei
der erste Füllprozess an einem initialen Startwinkel (ϕIni) des ersten Behälters (100) auf der Kreisbahn (1c) begonnen wird;
ein Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses, an dem der erste Füllprozess des ersten Behälters (100)
auf der Kreisbahn (1c) beendet ist, ermittelt wird;
ein zu befüllender zweiter Behälter (100) entlang der Kreisbahn (1c) transportiert
wird; und
während des Transports des zweiten Behälters (100) ein zweiter Füllprozess, in welchem
das Füllprodukt in den zweiten Behälter (100) eingeleitet wird, durchgeführt wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung (150) ferner eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass ein variabler Startwinkel (ϕVar) in Abhängigkeit vom Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses ermittelt wird und der zweite Füllprozess an dem variablen
Startwinkel (ϕVar) des Behälters (100) auf der Kreisbahn (1c) begonnen wird.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass der variable Startwinkel (ϕVar) in Transportrichtung der Behälter (100) hinter dem initialen Startwinkel (ϕIni) liegt.
10. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass die Kreisbahn (1c) einen maximalen Prozesswinkel (ϕMax) umfasst, an dem der Füllprozess spätestens abgeschlossen sein muss, und der variable
Startwinkel (ϕVar) in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel (ϕMax) und dem Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses ermittelt wird.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass die Differenz zwischen dem variablen Startwinkel (ϕVar) und dem initialen Startwinkel (ϕIni) gleich der Differenz zwischen dem maximalen Prozesswinkel (ϕMax) und dem Endwinkel (ϕStopp) des ersten Füllprozesses abzüglich einer Sicherheitsmarge (ψSich) ist.
12. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass der erste Füllprozess und der zweite Füllprozess in einer periodischen Abfolge
durchgeführt werden.
13. Vorrichtung (1) nach Anspruche 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllerkarussell (1a) so anzusteuern,
dass der erste Füllprozess n-mal hintereinander durchgeführt wird, wobei n eine natürliche
Zahl ist, und der zweite Füllprozess anschließend einmal durchgeführt wird, wobei
vorzugsweise n=1 oder n=2 gilt.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllorgane (1b) jeweils ein Füllventil (2) aufweisen, das eingerichtet ist, um
das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in den entsprechenden
Behälter (100) einzuleiten, wobei das Füllventil (2) vorzugsweise ein Proportionalventil
ist.
15. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllorgane (1b) jeweils einen Durchflussmesser (6) aufweisen, der eingerichtet
ist, um den Volumenstrom des in einen entsprechenden Behälter (100) eingeleiteten
Füllprodukts zu detektieren, wobei das Messprinzip des Durchflussmesser (6) vorzugsweise
auf Induktion beruht.