EP3995441B1 - Vorrichtung und verfahren zum befüllen von behältern mit einem füllprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum befüllen von behältern mit einem füllprodukt Download PDF

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EP3995441B1
EP3995441B1 EP21206663.3A EP21206663A EP3995441B1 EP 3995441 B1 EP3995441 B1 EP 3995441B1 EP 21206663 A EP21206663 A EP 21206663A EP 3995441 B1 EP3995441 B1 EP 3995441B1
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EP
European Patent Office
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filling
flow rate
product
container
time
Prior art date
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EP21206663.3A
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English (en)
French (fr)
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EP3995441A1 (de
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Tobias Bock
Josef Doblinger
Anton Huber
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
    • B67C3/286—Flow-control devices, e.g. using valves related to flow rate control, i.e. controlling slow and fast filling phases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/26—Filling-heads; Means for engaging filling-heads with bottle necks

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for filling containers with a filling product, preferably in a beverage bottling plant, the device being operable with different filling capacities as a measure for the containers to be filled per unit of time.
  • Filling elements of different designs are known for bottling filling products, for example beverages in a beverage bottling plant.
  • the flow of the filling product through the filling element and thus the introduction into a container is usually controlled by a filling valve which comprises a valve cone which sits in a valve receptacle shaped to complement the valve cone.
  • the filling process is started by lifting the valve cone out of the valve seat, and the filling process is ended again by subsequently lowering the valve cone onto the valve seat.
  • proportional valves can be used as filling valves, which enable essentially stepless control of the volume flow.
  • proportional valves can be controlled in such a way that a continuous or quasi-continuous range of opening positions can be set reliably and reproducibly.
  • the proportional valves are usually actuated by a stepper motor, which means that valves with a discrete spectrum of opening positions with small intervals also fall under the category of proportional valves.
  • a filling valve which enables a targeted regulation of the volume flow or the flow rate of the filling product during the filling process in the container to be filled, is for example from DE 10 2016 105 552 A1 out.
  • a large number of filling valves are usually installed in a bottling plant, for example on the periphery of a rotary carousel, in order to fill a continuous stream of containers.
  • the performance of such a system i.e. the containers filled per unit of time, is influenced by a number of parameters, for example the number of filling valves, the filling speed per filling valve, settling, flushing and prestressing times and the like.
  • the performance of the filling system is reduced. For example, after a product exchange or immediately after production preparation, the system is operated at reduced output in order to fill the still unsettled product into the containers without foaming over it.
  • the settling time is extended, i.e. the time in which any foam in the filled product can recede and the product can stabilize.
  • the actual filling process remains unchanged in order to follow the filling curve intended for the filling product. In other words, the volume flow with which the product is introduced into the container remains unchanged even if the system power is reduced.
  • filling products for example beer, mixed beer drinks, certain soft drinks and others, which have a strong tendency to foam when filled with unsteady fillings, the foam of which is also quite stable and does not or only very slowly collapse.
  • the product can foam over in the containers even after a longer settling period due to a reduction in the system's performance.
  • the EP 0 331 137 A1 describes a method and an apparatus for counter-pressure filling of carbonated beverages into containers.
  • One object of the invention is to provide an improved device and an improved method for filling containers with a filling product, in particular to reduce any foaming over of the filling product.
  • the device and the method according to the invention serve to fill containers with a filling product. They are particularly preferred in a beverage bottling plant Application, for example for bottling water (carbonated or still), beer, wine, juice, soft drinks, mixed drinks, smoothies, dairy products and the like.
  • a beverage bottling plant Application for example for bottling water (carbonated or still), beer, wine, juice, soft drinks, mixed drinks, smoothies, dairy products and the like.
  • the device and likewise the method are provided in such a way that they can be operated or carried out with different filler outputs.
  • the filling capacity is a process parameter which is a measure of the containers to be filled per unit of time, for example per hour. Based on a nominal output of the device, for example, various process situations are possible, such as when starting up the device after an interruption or during filling of residues (further examples are described below), in which filling operation with reduced filler output makes sense.
  • the device has at least one filling valve which is set up to introduce the filling product into the containers at a variable flow rate.
  • the filling valve is not designed as a shut-off valve with two states open/closed, but rather the filling valve allows the flow rate or the volume flow to be varied, which are used synonymously here.
  • the filling valve is preferably designed as a proportional valve.
  • the filling valve can preferably be controlled in such a way that a continuous or quasi-continuous range of opening positions can be set reliably and reproducibly.
  • the filling valve can be actuated, for example, via a stepping motor.
  • the device also has a controller that is in communication with the filling valve (wireless or wired) and is set up to control the filling valve in such a way that the filling product is introduced into a corresponding container at at least one flow rate during a filling process.
  • a controller that is in communication with the filling valve (wireless or wired) and is set up to control the filling valve in such a way that the filling product is introduced into a corresponding container at at least one flow rate during a filling process.
  • filling process refers to the introduction of the filling product into the container
  • filling process refers to the introduction of the filling product into the container
  • filling process in addition to the introduction of the filling product into the container can include other filling-related operations such as for example rinsing, prestressing and/or calming down of the container.
  • the time that the filling process takes is referred to as “filling time”
  • treatment time the time of the filling process is referred to as "treatment time”.
  • the treatment time is usually made up of several times for different treatment processes, for example a rinsing time and/or preload time, the filling time and a settling time during which the foam in the container returns or the filling product in the container generally stabilizes.
  • the controller is now set up to modify the flow rate as a function of a change in the filler output.
  • a change in the filler performance therefore causes a change in the actual filling process, in particular a change in the flow rate, filling time or, in general, the filling curve.
  • a change in the filling curve for example after a product change, which entails a change in the filler performance, does not fall under the above feature.
  • a reduction or increase in the filler output is therefore reflected in the actual filling process, in particular in the filling time. This creates an efficient way of reducing the foaming of the filling product and at the same time reducing the filler output as little as possible.
  • a device with a rated output of 30,000 containers per hour is assumed, which in a specific process situation, for example immediately after a product change, causes the filling product to foam over.
  • a reduction in output to, for example, 25,000 containers per hour is sufficient, since the modified filling process leads to less foam formation.
  • the filling process is also made more flexible, since each filling product exhibits different foaming or foaming behavior under different conditions. Due to the filling time, which depends on the filler performance, the amount of foam can be minimized individually, whereby the flow rate is reduced to the point where it corresponds to the current performance. Even difficult products can be filled or tested on the device without creating a new type, i.e. without having to change the process parameters of the device as a whole.
  • the controller is set up to reduce the flow rate when the filler output is reduced, as a result of which the foaming tendency of the filling product is reduced during the filling process and any settling time following the filling process can thereby be minimized.
  • the controller is preferably set up to control a filling process which, in addition to the filling process depending on the duration of the filling time in which the filling product is introduced into the container, a calming process of the duration of a calming time in which the filling product stabilizes in the container, preferably foam regresses.
  • the controller is preferably set up to add the time gained by reducing the filler output completely to the filling process, as a result of which the filling time is correspondingly lengthened, while the settling time remains unchanged.
  • the controller is preferably set up to introduce the filling product into the container at a variable flow rate during the filling process. Shutting off the fill product flow to a flow rate of zero does not fall under the phrase "variable flow rate".
  • the filling process thus follows a filling curve that indicates the flow rate as a function of time. Because the filling product is not introduced at a constant flow rate, but rather by varying the flow rate during the filling process, the foaming behavior can be better controlled depending on the product type and filling can be optimised.
  • the controller is preferably set up to modify the flow rate of only a section of the filling curve or to modify all flow rates of the filling curve, preferably as a percentage or in absolute terms.
  • Various ways are possible to vary the filling time and flow rate according to the modification, especially reduction, of the filler performance, which are suitable differently depending on the product and plant. For example, it is possible to modify only a main flow rate, with which the largest part of the container is filled, while other sections of the filling curve, for example a final flow rate, with which filling takes place towards the end of the filling process, remain unchanged.
  • several flow rates of the filling curve can be changed. This can be done in such a way that all flow rates are modified, in particular lowered, as a percentage (for example by 10%) or in absolute terms (for example by 10 ml/s).
  • the filling curve preferably comprises three sections, in which case the controller is set up to load the filling product with one during a first filling curve section introducing the main flow rate into the container, then reducing the flow rate during a second portion of the fill curve, and then introducing the fill product into the container during a third portion of the fill curve at a terminal flow rate until the filling operation is complete.
  • the switching points from the first to the second filling curve section and from the second to the third filling curve section are defined, for example, by the amounts of filling product introduced, which can be changed or remain unchanged when the filling process is modified.
  • a container with a capacity of 1,000 ml can be filled at the beginning of the filling process with a main flow rate of 170 ml/s until a certain quantity of, for example, 795 ml is present in the container.
  • the flow rate is then reduced to the final flow rate of 100 ml/s, for example, and is reached when the filling quantity is 890 ml, for example.
  • filling is then completed in the last filling curve section until the desired filling quantity of 1,000 ml is reached.
  • the controller is preferably set up to modify only the main flow rate, in particular to reduce it when the filler output is reduced. In this way, the foaming behavior during filling can be improved without having to change the filling curve structure as a whole.
  • the device is preferably started up with reduced filling capacity, for example after an interruption in production, a product change or the like, until the filling product has stabilized or settled down.
  • the device is preferably operated with a reduced filling capacity when filling a residual amount, i.e. when the filling product reservoir is run empty. If a backlog of the filled containers occurs, for example as a result of a downstream station for further processing of the containers, the filling capacity of the device can also be reduced for this reason. Monitoring the filling process using sensors can also lead to a reduction in filler performance.
  • the formation of foam is preferably monitored during the introduction of the filling product into a corresponding container and/or after the introduction has ended.
  • a camera is suitable for this. If excessive foam formation is detected, which can lead to overfoaming, a reduction in filler performance is also possible.
  • a plurality of filling valves are preferably provided, which are arranged on a carousel of a rotary filler, the controller being in communication with the plurality of filling valves and is set up to control the filling valves in such a way that the filling product is introduced into the corresponding containers at at least one flow rate during the respective filling processes, wherein the controller is further set up to modify the flow rate as a function of a change in the filling capacity.
  • a plurality of filling valves are preferably provided, which are installed on the outer circumference of a carousel, which transports the filling elements and the containers to be filled along a circular path during filling, in order to be able to continuously fill a stream of containers.
  • the object mentioned above is also achieved by a method for filling containers with a filling product, preferably in a beverage bottling plant.
  • the method includes: providing the filling product and introducing it via a filling valve into one or more containers according to a filling capacity, which is a measure of the container to be filled per unit of time, the filling valve being set up in such a way that the filling product flows into the container at a variable flow rate container can be initiated; activating the filling valve during a filling process via a controller which is in communication with the filling valve, so that the filling product is introduced into the corresponding container at at least one flow rate; Changing the filler performance and modifying the flow rate depending on the changed filler performance.
  • the flow rate is reduced when the filler output is reduced.
  • the filling process preferably includes, in addition to the filling process for the duration of the filling time in which the filling product is introduced into the container, a calming process for the duration of a calming time in which the filling product stabilizes in the container, preferably forming foam.
  • the time gained by reducing the filler output is preferably added entirely to the filling process, as a result of which the filling time is lengthened while the settling time remains unchanged.
  • the filling product is introduced into the container at a variable flow rate according to a filling curve, which indicates the flow rate as a function of time, for the reasons mentioned above.
  • the flow rate is preferably modified for only a section of the filling curve.
  • all flow velocities of the filling curve can be modified, for example as a percentage or as an absolute value.
  • the filling curve preferably comprises three sections, with the filling product being introduced into the container at a main flow rate during a first filling curve section, the flow rate then being reduced during a second filling curve section and then the filling product being introduced during a third filling curve section at a final flow rate until the end of the Filling process is initiated.
  • only the main flow rate is preferably modified, in particular reduced when the filler output is reduced.
  • the figure 1 shows schematically a device 1 for filling a container 100 with a filling product.
  • the embodiment shown comprises the device 1 a filling valve 2, which introduces a filling product into the container 100 via a valve opening 2a.
  • a mouth 110 of the container 100 is preferably in pressure-tight contact with the filling valve 2, as a result of which the filling process can be carried out as a counter-pressure method or a vacuum method.
  • the filling valve 2 can also be designed as a free jet valve, so that the filling product is filled into the mouth 110 of the container 100 after bridging a free jet area.
  • the container 100 to be filled is held by a container holder 200, which has, for example, a retaining clip 210 for holding the container 100 to be filled in the neck area, approximately below a neck ring of the container 100 (not shown here), during filling on or below the filling valve 2 .
  • a container holder 200 which has, for example, a retaining clip 210 for holding the container 100 to be filled in the neck area, approximately below a neck ring of the container 100 (not shown here), during filling on or below the filling valve 2 .
  • neck handling of the container 100 to be filled is also referred to here.
  • “Neck handling” is used in particular when filling plastic containers in the form of PET bottles.
  • the container 100 to be filled can also be held or supported in its bottom area, for example by a guide plate on which the container 100 to be filled stands.
  • So-called “base handling” of the container 100 to be filled is also referred to here.
  • the "base handling” is used in particular in the case of filling glass bottles.
  • the container 100 to be filled can also be held and/or supported and transported in the area of the container or bottle belly or in another suitable way.
  • the filling valve 2 is particularly preferably designed as a proportional valve 3 or includes one that is upstream of the valve mouth 2a, ie is arranged upstream of the valve mouth 2a.
  • a check valve can be provided in the area of the valve opening 2a, which opens/closes the valve orifice 2a as required.
  • the proportional valve 3 is set up to vary the volume flow of the filling product, thus to regulate the amount of filling product introduced into the container 100 per unit of time. The aim is to ensure efficient, precise and product-friendly filling.
  • the proportional valve 3 can, for example, be constructed in such a way that the dimensions of an annular gap through which the filling product flows can be varied.
  • the switching position of the proportional valve 3, for example the currently switched dimension/dimension of the annular gap, is known and can be set in a reproducible manner, for example by using a stepping motor to drive the proportional valve 3.
  • one or more properties of the filling curve ie the volume flow per unit of time, such as the end of filling when a desired filling level is reached or the filling curve in its entirety.
  • the filling product is temporarily stored in a filling product reservoir 4, the filling product reservoir 4 being shown here in the form of a central tank of a rotary filler.
  • the filling product reservoir 4 can also be designed, for example, in the form of a ring tank, a ring line or a distribution feed.
  • the filling product is filled into the filling product reservoir 4 up to a specific filling level and can be transported from there via a filling product line 5, which here has a first line section 50, a second line section 52, a third line section 54 and a fourth line section 56, to the filling valve 2 flow and are introduced from there into the container 100 to be filled.
  • a filling product line 5 which here has a first line section 50, a second line section 52, a third line section 54 and a fourth line section 56, to the filling valve 2 flow and are introduced from there into the container 100 to be filled.
  • a flow meter 6 is also provided, which is set up to detect the amount of fluid or the volumetric flow of the filling product flowing through the filling product line 5 .
  • the quantity of filling product introduced into the container 100 can optionally also be determined by means of the flow meter 6, for example by integrating or adding up the determined volume flow. In this way, after a desired filling product level has been reached in the container 100 to be filled, the filling process can be terminated by closing the proportional valve 3 and/or by closing a non-return valve (not shown here).
  • other sensors can also be used, such as load cells and short circuit probes.
  • a sensor can be dispensed with if a time-filling process is used, which is based, for example, on calculation models for determining the volume flow.
  • the filling valve 2 including the proportional valve 3, the flow meter 6 and sections of the filling product line 5, such as the line sections 52, 54 and 56, can form a conceptual and/or structural unit or component which is referred to herein as a “filling element”.
  • the one in the figure 1 Device 1 shown shows only one filling element, which is connected to the filling product reservoir4.
  • the device 1 preferably has a multiplicity of filling elements which are arranged around the filling product reservoir 4 which is then common, in order in this way to form a rotary filler.
  • the rotary filler rotates around a rotational axis R shown schematically in order to fill the containers 100 to be filled during the rotation and to transport them at the same time.
  • more than 20 or 50 filling elements can be arranged on the circumference of the rotary filler, so that an efficient filling of a flow of containers 100 to be filled that is fed to the rotary filler can be carried out.
  • the device 1 can--as part of or outside of the filling member--have one or more filters 7, which are preferably arranged between the first section 50 of the filling product line 5 and the second section 52 of the filling product line 5.
  • the filter 7 is set up to clean the filling product before it is filled, for example to filter out particles, viruses, bacteria, germs, fungi, etc. from the filling product.
  • the current filling level of the filling product in the filling product reservoir 4 can be measured using a filling level probe 152, for example.
  • the device 1 also has a controller 150 which is set up for communication with the filling element.
  • the controller 150 is in communication with the proportional valve 3 and the flow meter 6 in order to determine the current switching position of the proportional valve 3 using the volume flow values determined by the flow meter 6 .
  • the filling level in the filling product reservoir 4 can be evaluated by means of the controller 150 .
  • the controller 150 can be implemented centrally or decentrally, as part of internet-based and/or cloud-based applications, or in some other way, as well as optionally on access databases.
  • the controller 150 can communicate with the corresponding components in a wireless or wired manner.
  • the controller 150 also contains a process parameter of the filler performance, which is a measure of the containers to be filled per unit of time.
  • the filler output can be determined by external input, for example as an input command from a user or a higher-level system control.
  • the filling capacity can also be determined automatically by the controller 150 itself, for example as a function of a process stage, from sensor data from monitoring the filling process and the like.
  • the filler performance can be calculated, tabulated or graphically, determined by a self-learning algorithm, or otherwise.
  • the device 1 is preferably started up with reduced filling capacity, for example after an interruption, a product change or the like, until the filling product has stabilized or calmed down.
  • the device 1 is preferably also operated with a reduced filling capacity when filling a residual quantity, i.e. when the filling product reservoir 4 is being run empty. Should a backlog of the filled containers 100 occur, for example as a result of a downstream station for further processing of the containers 100, then the filling capacity of the device 1 is preferably reduced.
  • Monitoring the filling process using sensors can also lead to a reduction in filler performance.
  • foam formation is preferably monitored during the introduction of the fill product into the container 100 and after the introduction is complete. A camera is suitable for this. If excessive foam formation is detected, which can lead to overfoaming, a reduction in filler performance is also possible.
  • the “filling process” refers to the introduction of the filling product into the container 100
  • the “filling process” which in addition to the introduction of the filling product into the container 100 can include other processes associated with the filling, such as flushing, biasing and/or settling of the container 100.
  • fill time the time of the filling process
  • treatment time the time of the filling process
  • the treatment time is generally made up of several times for different treatment processes, for example a rinsing time and/or preload time, the filling time and a settling time, during which the foam in the container 100 recedes or the filling product in the container 100 generally stabilizes.
  • the controller 150 is now set up to modify the filling process, i.e. the introduction of the filling product into the containers 100, depending on the filling capacity.
  • the time gained is at least partially put into the filling process, i.e. the filling product is introduced more slowly into the containers 100, which increases the filling time.
  • the time gained is preferably put entirely into the filling process, with other times of the filling process, in particular the settling time, remaining unchanged.
  • the treatment time and filling time at a nominal output are known and/or are determined during ongoing production. If the filler output is reduced, for example for one or more of the reasons mentioned above, the additional time available is partially or completely added to the filling process by the controller 150, as is shown schematically in FIGS Figures 2a and 2b emerges.
  • FIGS Figures 2a and 2b emerges.
  • the temporal distribution of an exemplary filling process is shown, with a filling time T fill of, for example, 7 seconds per container 100 at a filling capacity of, for example, 30,000 containers per hour. If the filling capacity is reduced to, for example, 20,000 containers per hour, an additional 1.5 seconds are available for the filling process per container 100, which according to the exemplary embodiment of FIG Figure 2b be added completely to the filling time T fill .
  • the settling time T Ber remains unchanged.
  • FIG figure 3 out An exemplary filling curve K, which represents the flow rate when the filling product is introduced into the container 100 as a function of time, is shown in FIG figure 3 out.
  • the filling curve K can be subdivided into three sections K A , K B and Kc.
  • filling takes place at a main flow rate of 170 ml/s, for example, until a specific quantity of 795 ml, for example, is present in the container 100 .
  • the flow rate is then regulated down to the final flow rate of, for example, 100 ml/s in the filling curve section K B .
  • the final flow rate is reached with a filling quantity of 890ml, for example.
  • filling curve section Kc is then filled to the end until the desired filling quantity of 1,000 ml, for example, is reached. This results in the filling time for nominal operation.
  • the flow velocities in one or more of the Filling curve sections K A , K B and Kc are reduced until the new, longer filling time has been exhausted.
  • the switching points T AB , T BC and Tc between the individual curve sections K A , K B and Kc - here, for example, at 795 ml, 890 ml, 1000 ml - can, but do not have to, be changed.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung mit unterschiedlichen Füllerleistungen als ein Maß für die pro Zeiteinheit zu befüllenden Behälter betreibbar ist.
    • Stand der Technik
  • Zum Abfüllen von Füllprodukten, beispielsweise Getränken in einer Getränkeabfüllanlage, sind Füllorgane unterschiedlicher Bauart bekannt. Der Durchfluss des Füllprodukts durch das Füllorgan und damit das Einleiten in einen Behälter wird zumeist durch ein Füllventil gesteuert, das einen Ventilkegel umfasst, der in einer zum Ventilkegel komplementär geformten Ventilaufnahme sitzt. Durch Anheben des Ventilkegels aus der Ventilaufnahme wird so der Füllvorgang gestartet, und durch anschließendes Absenken des Ventilkegels auf die Ventilaufnahme wird der Füllvorgang wieder beendet.
  • Um das in den Behälter einströmende Füllvolumen steuern und entsprechend je nach Füllprodukt und Prozessumgebung optimierte Volumenstromkurven nachfahren zu können, sind Proportionalventile als Füllventile anwendbar, die eine im Wesentlichen stufenlose Steuerung des Volumenstroms ermöglichen. Im Unterschied zu Sperrventilen, die nur die beiden Zustände offen/geschlossen einnehmen können, lassen sich Proportionalventile so ansteuern, dass ein kontinuierliches oder quasi-kontinuierliches Spektrum an Öffnungspositionen zuverlässig und reproduzierbar einstellbar ist. Zu diesem Zweck werden die Proportionalventile üblicherweise über einen Schrittmotor betätigt, wodurch bauartbedingt auch Ventile mit einem diskreten Spektrum an Öffnungspositionen mit kleinen Intervallen unter die Proportionalventile fallen.
  • Ein Füllventil, das eine gezielte Regelung des Volumenstroms beziehungsweise der Fließgeschwindigkeit des Füllprodukts während des Abfüllvorgangs in den zu befüllenden Behälter ermöglicht, geht beispielsweise aus der DE 10 2016 105 552 A1 hervor.
  • In einer Abfüllanlage ist üblicherweise eine Vielzahl von Füllventilen installiert, beispielsweise am Umfang eines Rundläuferkarussells, um einen kontinuierlichen Strom an Behältern zu befüllen. Die Leistung einer solchen Anlage, d.h. die pro Zeiteinheit befüllten Behälter, wird durch eine Reihe von Parametern beeinflusst, beispielsweise durch die Anzahl der Füllventile, die Abfüllgeschwindigkeit pro Füllventil, Beruhigungs-, Spül- und Vorspannzeiten und dergleichen.
  • Während des Füllprozesses können Situationen auftreten, in denen die Leistung der Abfüllanlage heruntergefahren wird. Beispielsweise wird die Anlage nach einem Produktaustausch bzw. unmittelbar nach einer Produktionsvorbereitung mit reduzierter Leistung betrieben, um das noch unruhige Produkt ohne Überschäumen in die Behälter abzufüllen. Dazu wird die Beruhigungszeit verlängert, d.h. jene Zeit, in der sich etwaiger Schaum im abgefüllten Produkt zurückbilden und das Produkt stabilisieren kann. Der eigentliche Füllvorgang bleibt jedoch unverändert, um die für das Füllprodukt vorgesehene Füllkurve abzufahren. In anderen Worten, der Volumenstrom, mit dem das Produkt in den Behälter eingeleitet wird, bleibt auch bei einer etwaigen Leistungsreduzierung der Anlage unverändert.
  • Allerdings gibt es Füllprodukte, beispielsweise Bier, Biermischgetränke, bestimmte Softdrinks und andere, die bei unruhiger Füllung stark zum Schäumen neigen, deren Schaum zudem recht stabil ist und nicht oder nur sehr langsam in sich zusammenfällt. Auch nach längerer Beruhigungszeit durch eine Leistungsreduzierung der Anlage kann das Produkt in den Behältern überschäumen.
  • Die EP 0 331 137 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abfüllen von kohlensäurehaltigen Getränken unter Gegendruck in Behälter.
    • Darstellung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt bereitzustellen, insbesondere ein etwaiges Überschäumen des Füllprodukts zu vermindern.
  • Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
  • Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung dienen dem Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt. Sie kommen besonders bevorzugt in einer Getränkeabfüllanlage zur Anwendung, beispielsweise zum Abfüllen von Wasser (karbonisiert oder still), Bier, Wein, Saft, Softdrinks, Mischgetränken, Smoothies, Milchprodukten und dergleichen.
  • Die Vorrichtung und gleichermaßen das Verfahren sind so vorgesehen, dass sie mit unterschiedlichen Füllerleistungen betrieben bzw. durchgeführt werden können. Die Füllerleistung ist hierbei ein Prozessparameter, der ein Maß für die pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Stunde, zu befüllenden Behälter ist. Ausgehend von einer Nennleistung der Vorrichtung beispielsweise sind verschiedene Prozesssituationen möglich, etwa beim Anfahren der Vorrichtung nach einer Unterbrechung oder während einer Restmengenabfüllung (weitere Beispiele sind weiter unten beschrieben), in denen der Abfüllbetrieb mit reduzierter Füllerleistung sinnvoll ist.
  • Die Vorrichtung weist zumindest ein Füllventil auf, das eingerichtet ist, um das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in die Behälter einzuleiten. In anderen Worten, das Füllventil ist nicht als Sperrventil mit zwei Zuständen offen/geschlossen ausgebildet, sondern das Füllventil erlaubt eine Variation der Fließgeschwindigkeit bzw. des Volumenstroms, die hierin synonym verwendet werden. Zu diesem Zweck ist das Füllventil vorzugsweise als Proportionalventil ausgebildet. Vorzugsweise ist das Füllventil so ansteuerbar, dass ein kontinuierliches oder quasi-kontinuierliches Spektrum an Öffnungspositionen zuverlässig und reproduzierbar einstellbar ist. Dazu kann das Füllventil beispielsweise über einen Schrittmotor betätigbar sein.
  • Die Vorrichtung weist ferner eine Steuerung auf, die mit dem Füllventil in Kommunikation steht (drahtlos oder drahtgebunden) und eingerichtet ist, um das Füllventil so anzusteuern, dass das Füllprodukt während eines Füllvorgangs mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in einen entsprechenden Behälter eingeleitet wird.
  • Zur begrifflichen Eindeutigkeit wird hierin zwischen dem "Füllvorgang", der sich auf das Einleiten des Füllprodukts in den Behälter bezieht, und einem allgemeineren "Füllprozess" unterschieden, der neben dem Einleiten des Füllprodukts in den Behälter weitere mit dem Befüllen verbundene Vorgänge umfassen kann, wie beispielsweise ein Spülen, Vorspannen und/oder Beruhigen des Behälters. Die Zeit, die der Füllvorgang in Anspruch nimmt, sei als "Füllzeit" bezeichnet, und die Zeit des Füllprozesses sei als "Behandlungszeit" bezeichnet. Die Behandlungszeit setzt sich in der Regel aus mehreren Zeiten für verschiedene Behandlungsvorgänge zusammen, beispielsweise aus einer Spülzeit und/oder Vorspannzeit, der Füllzeit sowie einer Beruhigungszeit, in der sich Schaum im Behälter zurückbildet oder allgemein sich das Füllprodukt im Behälter stabilisiert.
  • Erfindungsgemäß ist die Steuerung nun eingerichtet, um die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Änderung der Füllerleistung zu modifizieren.
  • Eine Änderung der Füllerleistung hat somit kausal eine Änderung des eigentlichen Füllvorgangs, insbesondere eine Änderung der Fließgeschwindigkeit, Füllzeit oder allgemein der Füllkurve, zur Folge. Eine Änderung der Füllkurve, beispielsweise nach einem Produktwechsel, die eine Änderung der Füllerleistung nach sich zieht, fällt somit nicht unter das obige Merkmal.
  • Somit schlägt sich eine Verringerung oder Steigerung der Füllerleistung auf den eigentlichen Füllvorgang nieder, insbesondere auf die Füllzeit. Dadurch ist eine effiziente Möglichkeit geschaffen, das Schäumen des Füllprodukts zu reduzieren und gleichzeitig die Füllerleistung nur so gering wie möglich abzusenken.
  • Zur Illustration sei beispielhaft eine Vorrichtung mit einer Nennleistung von 30.000 Behältern pro Stunde angenommen, die in einer bestimmten Prozesssituation, etwa unmittelbar nach einem Produktwechsel, zu einem Überschäumen des Füllprodukts führt. Im herkömmlichen Fall wäre nun eine Leistungsreduzierung auf beispielsweise 20.000 Behälter pro Stunde nötig, um die erforderliche Beruhigungszeit zur Verfügung zu stellen. Indem die durch die Leistungsreduktion gewonnene zusätzliche Zeit stattdessen der Füllzeit zugeschlagen wird, genügt eine Leistungsreduktion auf beispielsweise 25.000 Behälter pro Stunde, da der modifizierte Füllvorgang zu einer geringeren Schaumbildung führt.
  • Indem der Füllvorgang in Abhängigkeit der Füllerleistung geändert wird, ist zudem eine Flexibilisierung des Füllprozesses geschaffen, da jedes Füllprodukt unter unterschiedlichen Bedingungen ein anderes Schaumaufkommen bzw. Aufschäumverhalten zeigt. Durch die von der Füllerleistung abhängige Füllzeit kann das Schaumaufkommen individuell minimiert werden, wobei die Fließgeschwindigkeit soweit gesenkt wird, dass sie der momentanen Leistung entspricht. Auch schwierige Produkte können so auf der Vorrichtung abgefüllt oder getestet werden, ohne eine neue Sorte anlegen, d.h. ohne die Prozessparameter der Vorrichtung in ihrer Gesamtheit umstellen zu müssen.
  • Die Steuerung ist eingerichtet, um bei einer Reduzierung der Füllerleistung die Fließgeschwindigkeit zu verringern, wodurch die Aufschäumneigung des Füllprodukts während des Füllvorgangs vermindert wird und dadurch eine etwaige sich an den Füllvorgang anschließende Beruhigungszeit minimiert werden kann.
  • Somit ist die Steuerung vorzugsweise eingerichtet, um einen Füllprozess zu steuern, der neben dem Füllvorgang von der Dauer der Füllzeit, in der das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, einen Beruhigungsvorgang von der Dauer einer Beruhigungszeit, in der sich das Füllprodukt im Behälter stabilisiert, vorzugsweise Schaum zurückbildet, umfasst.
  • Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um die bei der Reduzierung der Füllerleistung gewonnene Zeit vollständig dem Füllvorgang zuzuschlagen, wodurch sich die Füllzeit entsprechend verlängert, während die Beruhigungszeit unverändert bleibt. Auf diese Weise kann der Zielkonflikt einer Maximierung der Füllerleistung in schwierigen Prozesssituationen bei gleichzeitiger Unterbindung des Überschäumens insbesondere für schwierige Produkte wie Bier oder Biermischgetränke, die bei unruhiger Füllung stark zum Schäumen neigen, deren Schaum zudem recht stabil ist und nicht oder nur sehr langsam in sich zusammenfällt, gelöst werden.
  • Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um das Füllprodukt während des Füllvorgangs mit einer veränderlichen Fließgeschwindigkeit in den Behälter einzuleiten. Das Abschalten des Füllproduktstroms auf eine Fließgeschwindigkeit von Null fällt nicht unter die Formulierung "veränderliche Fließgeschwindigkeit". Der Füllvorgang folgt somit einer Füllkurve, welche die Fließgeschwindigkeit als Funktion der Zeit angibt. Indem das Füllprodukt nicht mit einer konstanten Fließgeschwindigkeit eingeleitet wird, sondern die Fließgeschwindigkeit im Verlauf des Füllvorgangs variiert, können das Aufschäumverhalten je nach Produktart noch besser kontrolliert und das Abfüllen optimiert werden.
  • Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um die Fließgeschwindigkeit nur eines Teilabschnitts der Füllkurve zu modifizieren oder alle Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve zu modifizieren, vorzugsweise prozentual oder absolut. Es sind verschiedene Wege möglich, die Füllzeit und Fließgeschwindigkeit entsprechend der Modifikation, insbesondere Reduktion, der Füllerleistung zu variieren, die je nach Produkt und Anlage unterschiedlich geeignet sind. So ist es beispielsweise möglich, nur eine Hauptfließgeschwindigkeit, mit welcher der größte Teil des Behälters befüllt wird, zu modifizieren, während andere Abschnitte der Füllkurve, beispielsweise eine Endfließgeschwindigkeit, mit der zum Ende des Füllvorgangs hin befüllt wird, unverändert bleiben. Alternativ können mehrere Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve geändert werden. Dies kann so erfolgen, dass alle Fließgeschwindigkeiten prozentual (beispielsweise um 10%) oder absolut (beispielsweise um 10ml/s) modifiziert, insbesondere abgesenkt, werden.
  • So umfasst die Füllkurve vorzugsweise drei Abschnitte, wobei die Steuerung in diesem Fall eingerichtet ist, um das Füllprodukt während eines ersten Füllkurvenabschnitts mit einer Hauptfließgeschwindigkeit in den Behälter einzuleiten, die Fließgeschwindigkeit anschließend während eines zweiten Füllkurvenabschnitts zu verringern und das Füllprodukt anschließend während eines dritten Füllkurvenabschnitts mit einer Endfließgeschwindigkeit bis zur Beendigung des Füllvorgangs in den Behälter einzuleiten. Die Umschaltpunkte vom ersten zum zweiten Füllkurvenabschnitt und vom zweiten zum dritten Füllkurvenabschnitt werden beispielsweise durch die eingeleiteten Füllproduktmengen definiert, die bei der Modifikation des Füllvorgangs geändert oder unverändert bleiben können. So kann ein Behälter mit 1.000ml Fassungsvermögen beispielsweise zu Beginn des Füllvorgans mit einer Hauptfließgeschwindigkeit von 170ml/s gefüllt werden, bis eine bestimmte Menge von beispielsweise 795ml im Behälter vorliegt. Anschließend wird die Fließgeschwindigkeit auf die Endfließgeschwindigkeit von beispielsweise 100ml/s heruntergeregelt und bei einer Füllmenge von beispielsweise 890ml erreicht. Mit dieser Endfließgeschwindigkeit wird dann im letzten Füllkurvenabschnitt zu Ende gefüllt, bis die gewünschte Füllmenge von 1.000ml erreicht ist.
  • Vorzugsweise ist die Steuerung eingerichtet, um nur die Hauptfließgeschwindigkeit zu modifizieren, insbesondere bei einer Reduzierung der Füllerleistung zu verringern. Auf diese Weise kann das Aufschäumverhalten während der Befüllung verbessert werden, ohne die Füllkurvenstruktur insgesamt verändern zu müssen.
  • Es sind verschiedene Prozesssituationen möglich, in denen ein Betrieb der Vorrichtung und eine Durchführung des Verfahrens mit reduzierter Füllerleistung sinnvoll sind. So wird die Vorrichtung vorzugsweise mit reduzierter Füllerleistung angefahren, etwa nach einer Unterbrechung der Produktion, einem Produktwechsel oder dergleichen, bis eine Stabilisierung bzw. Beruhigung des Füllprodukts eingetreten ist. Alternativ oder zusätzlich wird die Vorrichtung vorzugsweise bei einer Restmengenabfüllung, d.h. einem Leerfahren des Füllproduktreservoirs, mit reduzierter Füllerleistung gefahren. Sollte ein Rückstau der befüllten Behälter eintreten, etwa resultierend von einer nachgelagerten Station zur Weiterbehandlung der Behälter, so kann auch aus diesem Grund die Füllerleistung der Vorrichtung reduziert werden. Eine Überwachung des Füllprozesses mittels Sensoren kann ebenfalls zu einer Reduktion der Füllerleistung führen. So wird vorzugsweise die Schaumbildung während des Einleitens des Füllprodukts in einen entsprechenden Behälter und/oder nach Beendigung des Einleitens überwacht. Hierzu eignet sich eine Kamera. Wird nun eine zu starke Schaumbildung erkannt, die zu einem Überschäumen führen kann, so ist ebenfalls eine Reduzierung der Füllerleistung möglich.
  • Vorzugsweise sind mehrere Füllventile vorgesehen, die an einem Karussell eines Rundläuferfüllers angeordnet sind, wobei die Steuerung mit den mehreren Füllventilen in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Füllventile so anzusteuern, dass das Füllprodukt während der jeweiligen Füllvorgänge mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in die entsprechenden Behälter eingeleitet wird, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, um die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Änderung der Füllerleistung zu modifizieren. Generell gilt, dass vorzugsweise eine Vielzahl von Füllventilen vorgesehen ist, die am Außenumfang eines Karussells, das die Füllorgane und die zu befüllenden Behälter während der Befüllung entlang einer Kreisbahn transportiert, installiert sind, um einen Strom von Behältern kontinuierlich befüllen zu können.
  • Die oben genannte Aufgabe wird ferner von einem Verfahren zum Befüllen von Behältern mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, gelöst. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen des Füllprodukts und Einleiten desselben über ein Füllventil in einen oder mehrere Behälter entsprechend einer Füllerleistung, die ein Maß für die pro Zeiteinheit zu befüllenden Behälter ist, wobei das Füllventil so eingerichtet ist, dass das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in die Behälter einleitbar ist; Ansteuern des Füllventils während eines Füllvorgangs über eine Steuerung, die mit dem Füllventil in Kommunikation steht, so dass das Füllprodukt mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in den entsprechenden Behälter eingeleitet wird; Ändern der Füllerleistung und Modifizieren der Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit der geänderten Füllerleistung.
  • Die Merkmale, technischen Wirkungen, Vorteile sowie Ausführungsbeispiele, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, gelten analog für die Vorrichtung.
  • So wird die Fließgeschwindigkeit aus den oben genannten Gründen bei einer Reduzierung der Füllerleistung verringert.
  • Vorzugsweise umfasst der Füllprozess aus den oben genannten Gründen neben dem Füllvorgang von der Dauer der Füllzeit, in der das Füllprodukt in den Behälter eingeleitet wird, einen Beruhigungsvorgang von der Dauer einer Beruhigungszeit, in der sich das Füllprodukt im Behälter stabilisiert, vorzugsweise Schaum zurückbildet.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen die bei der Reduzierung der Füllerleistung gewonnene Zeit vollständig dem Füllvorgang zugeschlagen, wodurch sich die Füllzeit verlängert, während die Beruhigungszeit unverändert bleibt.
  • Vorzugsweise wird das Füllprodukt während des Füllvorgangs aus den oben genannten Gründen mit einer veränderlichen Fließgeschwindigkeit gemäß einer Füllkurve, welche die Fließgeschwindigkeit als Funktion der Zeit angibt, in den Behälter eingeleitet.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen die Fließgeschwindigkeit nur eines Teilabschnitts der Füllkurve modifiziert. Alternativ können alle Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve modifiziert werden, beispielsweise prozentual oder absolut.
  • Vorzugsweise umfasst die Füllkurve aus den oben genannten Gründen drei Abschnitte, wobei das Füllprodukt während eines ersten Füllkurvenabschnitts mit einer Hauptfließgeschwindigkeit in den Behälter eingeleitet, die Fließgeschwindigkeit anschließend während eines zweiten Füllkurvenabschnitts verringert und anschließend das Füllprodukt während eines dritten Füllkurvenabschnitts mit einer Endfließgeschwindigkeit bis zur Beendigung des Füllvorgangs eingeleitet wird.
  • Vorzugsweise wird aus den oben genannten Gründen nur die Hauptfließgeschwindigkeit modifiziert, insbesondere bei einer Reduzierung der Füllerleistung verringert.
  • 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
  • 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 eines Behälters mit einem Füllprodukt;
    Figur 2a
    eine schematische Darstellung des Anteils der Füllzeit an der Behandlungszeit eines Behälters bei einer beispielhaften Füllerleistung;
    Figur 2b
    eine schematische Darstellung des Anteils der Füllzeit an der Behandlungszeit eines Behälters bei reduzierter Füllerleistung; und
    Figur 3
    eine beispielhafte Füllkurve, welche die Fließgeschwindigkeit beim Einleiten des Füllprodukts in einen Behälter als Funktion der Zeit darstellt.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • 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.
  • Die Figur 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 1 zum Befüllen eines Behälters 100 mit einem Füllprodukt.
  • In dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 1 ein Füllventil 2, das über eine Ventilmündung 2a ein 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.
  • 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 hier 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.
  • 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 aufsteht. Es wird hier auch von einem sogenannten "base handling" des zu befüllenden Behälters 100 gesprochen. Das "base handling" findet insbesondere im Fall des Befüllens von Glasflaschen Anwendung.
  • 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.
  • 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 vorgesehen sein, das die Ventilmündung 2a nach Bedarf öffnet/schließt. Das Proportionalventil 3 ist eingerichtet, um den Volumenstrom des Füllprodukts zu variieren, somit die pro Zeiteinheit in den Behälter 100 eingeleitete Füllproduktmenge zu regulieren. Ziel ist es, ein effizientes, exaktes und produktschonendes Befüllen sicherzustellen.
  • 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.
  • Mit dem Proportionalventil 3 können eine oder mehrere Eigenschaften der Füllkurve (vgl. Figur 3), d.h. des Volumenstroms pro Zeiteinheit, wie beispielsweise das Füllende bei Erreichen eines gewünschten Füllniveaus oder die Füllkurve in ihrer Gesamtheit festgelegt werden.
  • 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 Füllproduktreservoir4 beispielsweise auch in Form eines Ringkessels, einer Ringleitung oder einer Verteilerzuführung ausgebildet sein.
  • In dem Füllproduktreservoir 4 ist das Füllprodukt bis zu einer bestimmten Füllhöhe eingefüllt und kann von dort aus über eine 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.
  • 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.
  • 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" bezeichnet ist.
  • Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 zeigt nur ein Füllorgan, das mit dem Füllproduktreservoir4 verbunden ist. Die Vorrichtung 1 weist jedoch vorzugsweise eine Vielzahl von Füllorganen auf, die etwa um das dann gemeinsame Füllproduktreservoir 4 herum angeordnet sind, um auf diese Weise einen Rundläuferfüller auszubilden. Der Rundläuferfüller rotiert dabei um eine schematisch gezeigte Rotationsachse R, um während der Rotation die zu befüllenden Behälter 100 zu befüllen und diese gleichzeitig zu transportieren. Am Umfang des Rundläuferfüllers können beispielsweise mehr als 20 oder 50 Füllorgane angeordnet sein, sodass eine effiziente Befüllung eines dem Rundläuferfüller zugeführten Stromes an zu befüllenden Behältern 100 durchführbar ist.
  • Die Vorrichtung 1 kann - als Bestandteil oder außerhalb des Füllorgans - einen oder mehrere Filter 7 aufweisen, der vorzugsweise zwischen dem ersten Abschnitt 50 der Füllproduktleitung 5 und dem zweiten Abschnitt 52 der Füllproduktleitung 5 angeordnet ist. Der Filter 7 ist eingerichtet, um eine Reinigung des Füllprodukts vor der Abfüllung vorzunehmen, beispielsweise um Partikel, Viren, Bakterien, Keime, Pilze usw. aus dem Füllprodukt herauszufiltern.
  • Die aktuelle Füllhöhe des Füllprodukts im Füllproduktreservoir4 kann beispielsweise mittels einer Füllhöhensonde 152 gemessen werden.
  • Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Steuerung 150 auf, die zur Kommunikation mit dem Füllorgan 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.
  • Die Steuerung 150 kann zentral oder dezentral, 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 drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.
  • Die Steuerung 150 enthält ferner einen Prozessparameter der Füllerleistung, der ein Maß für die pro Zeiteinheit zu befüllenden Behälter ist. Die Füllerleistung kann durch eine Eingabe von außen bestimmt werden, beispielsweise als Eingabebefehl von einem Benutzer oder einer übergeordneten Anlagensteuerung. Die Füllerleistung kann jedoch auch automatisch von der Steuerung 150 selbst ermittelt werden, beispielsweise in Abhängigkeit eines Prozessstadiums, von Sensordaten aus einer Überwachung des Füllprozesses und dergleichen. Die Füllerleistung kann berechnet, tabellarisch oder grafisch, durch einen selbstlernenden Algorithmus oder auf andere Weise bestimmt werden.
  • Konkret sind verschiedene Prozesssituationen möglich, in denen ein Betrieb der Vorrichtung 1 mit reduzierter Füllerleistung sinnvoll ist. So wird die Vorrichtung 1 vorzugsweise mit reduzierter Füllerleistung angefahren, etwa nach einer Unterbrechung, einem Produktwechsel oder dergleichen, bis eine Stabilisierung bzw. Beruhigung des Füllprodukts eingetreten ist. Die Vorrichtung 1 wird vorzugsweise auch bei einer Restmengenabfüllung, d.h. einem Leerfahren des Füllproduktreservoirs 4, mit reduzierter Füllerleistung gefahren. Sollte ein Rückstau der befüllten Behälter 100 eintreten, etwa resultierend von einer nachgelagerten Station zur Weiterbehandlung der Behälter 100, so wird die Füllerleistung der Vorrichtung 1 vorzugsweise reduziert. Eine Überwachung des Füllprozesses mittels Sensoren kann ebenfalls zu einer Reduktion der Füllerleistung führen. So wird vorzugsweise die Schaumbildung während des Einleitens des Füllprodukts in den Behälter 100 und nach Beendigung des Einleitens überwacht. Hierzu eignet sich eine Kamera. Wird nun eine zu starke Schaumbildung erkannt, die zu einem Überschäumen führen kann, so ist ebenfalls eine Reduzierung der Füllerleistung möglich.
  • 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 beispielsweise ein Spülen, Vorspannen und/oder Beruhigen des Behälters 100. Die Zeit des Füllvorgangs sei als "Füllzeit" bezeichnet, und die Zeit des Füllprozesses sei als "Behandlungszeit" bezeichnet. Die Behandlungszeit setzt sich in der Regel aus mehreren Zeiten für verschiedene Behandlungsvorgänge zusammen, beispielsweise aus einer Spülzeit und/oder Vorspannzeit, der Füllzeit sowie einer Beruhigungszeit, in der sich Schaum im Behälter 100 zurückbildet oder allgemein sich das Füllprodukt im Behälter 100 stabilisiert.
  • Die Steuerung 150 ist nun eingerichtet, um den Füllvorgang, d.h. das Einleiten des Füllprodukts in die Behälter 100, in Abhängigkeit der Füllerleistung zu modifizieren.
  • Bei einer Reduzierung der Füllerleistung, beispielsweise von 30.000 zu befüllenden Behältern pro Stunde auf 25.000 Behälter pro Stunde, wird die gewonnene Zeit zumindest teilweise in den Füllvorgang gesteckt, sprich das Füllprodukt wird langsamer in die Behälter 100 eingeleitet, wodurch die Füllzeit steigt. Vorzugsweise wird die gewonnene Zeit vollständig in den Füllvorgang gesteckt, wobei andere Zeiten des Füllprozesses, insbesondere die Beruhigungszeit, unverändert bleiben.
  • Die Behandlungszeit und Füllzeit bei einer Nennleistung sind bekannt und/oder werden bei laufender Produktion ermittelt. Wird die Füllerleistung reduziert, etwa aus einem oder mehreren der oben genannten Gründe, so wird die zusätzlich zur Verfügung stehende Zeit durch die Steuerung 150 teilweise oder vollständig dem Füllvorgang zugeschlagen, wie es schematisch aus den Figuren 2a und 2b hervorgeht. In der Figur 2a ist die zeitliche Aufteilung eines beispielhaften Füllprozesses gezeigt, mit einer Füllzeit TFüll von beispielsweise 7 Sekunden pro Behälter 100 bei einer Füllerleistung von beispielsweise 30.000 Behältern pro Stunde. Bei einer Reduktion der Füllerleistung auf beispielsweise 20.000 Behälter pro Stunde stehen für den Füllprozess pro Behälter 100 zusätzlich 1,5 Sekunden zur Verfügung, die gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2b vollständig der Füllzeit TFüll zugeschlagen werden. Die Beruhigungszeit TBer bleibt unverändert.
  • Eine beispielhafte Füllkurve K, welche die Fließgeschwindigkeit beim Einleiten des Füllprodukts in den Behälter 100 als Funktion der Zeit darstellt, geht aus der Figur 3 hervor. Die Füllkurve K lässt sich gemäß diesem Ausführungsbeispiel in drei Abschnitte KA, KB und Kc unterteilen.
  • Zu Beginn des Füllvorgans im Füllkurvenabschnitt KA wird mit einer Hauptfließgeschwindigkeit von beispielsweise 170ml/s gefüllt, bis eine bestimmte Menge von beispielsweise 795ml im Behälter 100 vorliegt. Anschließend wird im Füllkurvenabschnitt KB die Fließgeschwindigkeit auf die Endfließgeschwindigkeit von beispielsweise 100ml/s heruntergeregelt. Die Endfließgeschwindigkeit wird bei einer Füllmenge von beispielsweise 890ml erreicht. Mit dieser Endfließgeschwindigkeit wird dann im Füllkurvenabschnitt Kc zu Ende gefüllt, bis die gewünschte Füllmenge von beispielsweise 1.000ml erreicht ist. Daraus ergibt sich die Füllzeit bei Nennbetrieb.
  • Findet nun eine Reduktion der Füllerleistung statt, wodurch mehr Behandlungszeit pro Behälter zur Verfügung steht, so können die Fließgeschwindigkeiten in einem oder mehreren der Füllkurvenabschnitte KA, KB und Kc verringert werden, bis die neue, längere Füllzeit ausgeschöpft ist. Die Umschaltpunkte TA-B, TB-C und Tc zwischen den einzelnen Kurvenabschnitten KA, KB und Kc - hier beispielhaft bei 795ml, 890ml, 1000ml - können, müssen jedoch nicht verändert werden.
  • Ausgehend vom Ausführungsbeispiel der Figur 3 gibt es verschiedene Wege, die Füllzeit entsprechend der Reduktion der Füllerleistung zu erhöhen. So ist es beispielsweise möglich, nur die Hauptfließgeschwindigkeit im Füllkurvenabschnitt KA zu reduzieren, wobei die Füllmengen an den Umschaltpunkten TA-B, TB-C sowie die Endfließgeschwindigkeit im Füllkurvenabschnitt Kc unverändert bleiben. Alternativ können mehrere Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve K geändert werden. Dies kann so erfolgen, dass alle Fließgeschwindigkeiten prozentual (beispielsweise um 10%) oder absolut (beispielsweise um 10ml/s) abgesenkt werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass abweichend vom Ausführungsbeispiel der Figur 3 Füllkurven K anderer Beschaffenheit, beispielsweise mit weniger oder mehr als drei Abschnitten KA, KB und Kc, möglich sind und analog zur vorstehenden Beschreibung für die Anpassung der Füllerleistung modifiziert werden können.
  • Durch die Verlagerung einer etwaigen Reduktion der Füllerleistung auf den eigentlichen Füllvorgang, ist eine effiziente Möglichkeit geschaffen, das Schäumen des Füllprodukts zu reduzieren und gleichzeitig die Leistung nur so gering wie möglich abzusenken. Angenommen eine Vorrichtung 1 mit einer Nennleistung von 30.000 Behältern pro Stunde führt zu einem Überschäumen des Füllprodukts, so wäre im herkömmlichen Fall eine Leistungsreduzierung auf beispielsweise 20.000 Behälter pro Stunde nötig, um die erforderliche Beruhigungszeit TBer zur Verfügung zu stellen. Indem die zusätzliche Zeit nach der Leistungsreduktion stattdessen der Füllzeit TFüll zugeschlagen wird, genügt eine Leistungsreduktion auf beispielsweise 25.000 Behälter pro Stunde.
  • Damit ist zudem eine Flexibilisierung des Füllprozesses verbunden, da jedes Füllprodukt unter unterschiedlichen Bedingungen ein anderes Schaumaufkommen bzw. Aufschäumverhalten zeigt. Durch die von der Füllerleistung abhängige Füllzeit kann das Schauaufkommen individuell minimiert werden, wobei die Fließgeschwindigkeit soweit gesenkt wird, dass sie der momentanen Leistung entspricht. Auch schwierige Produkte können so auf der Vorrichtung 1 abgefüllt oder getestet werden, ohne eine neue Sorte anlegen, d.h. ohne die Prozessparameter der Vorrichtung 1 in ihrer Gesamtheit umstellen zu müssen.
  • Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, soweit der Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche nicht verlassen wird.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung zum Befüllen eines Behälters mit einem Füllprodukt
    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
    TFüll
    Füllzeit
    TBer
    Beruhigungszeit
    K
    Füllkurve
    KA
    Füllkurvenabschnitt
    KB
    Füllkurvenabschnitt
    Kc
    Füllkurvenabschnitt
    TA-B
    Umschaltpunkt
    TB-C
    Umschaltpunkt
    Tc
    Umschaltpunkt

Claims (13)

  1. Vorrichtung (1) zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei die Vorrichtung (1) mit unterschiedlichen Füllerleistungen als ein Maß für die pro Zeiteinheit zu befüllenden Behälter (100) betreibbar ist und aufweist:
    zumindest ein Füllventil (2), das eingerichtet ist, um das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in die Behälter (100) einzuleiten, wobei das Füllventil (2) vorzugsweise ein Proportionalventil ist; und
    eine Steuerung (150), die mit dem Füllventil (2) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um das Füllventil (2) so anzusteuern, dass das Füllprodukt während eines Füllvorgangs mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in einen entsprechenden Behälter (100) eingeleitet wird;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Steuerung (150) eingerichtet ist, um die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Änderung der Füllerleistung zu modifizieren und bei einer Reduzierung der Füllerleistung die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit der reduzierten Füllerleistung zu verringern.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um einen Füllprozess zu steuern, der neben dem Füllvorgang von der Dauer einer Füllzeit (TFüll), in der das Füllprodukt in den Behälter (100) eingeleitet wird, einen Beruhigungsvorgang von der Dauer einer Beruhigungszeit (TBer), in der sich das Füllprodukt im Behälter stabilisiert, vorzugsweise Schaum zurückbildet, umfasst.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um die bei der Reduzierung der Füllerleistung gewonnene Zeit vollständig dem Füllvorgang zuzuschlagen, wodurch sich die Füllzeit (TFüll) verlängert, während die Beruhigungszeit (TBer) unverändert bleibt.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllprodukt während des Füllvorgangs mit einer veränderlichen Fließgeschwindigkeit gemäß einer Füllkurve (K), welche die Fließgeschwindigkeit als Funktion der Zeit angibt, in den Behälter (100) einzuleiten.
  5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um die Fließgeschwindigkeit nur eines Teilabschnitts der Füllkurve (K) zu modifizieren oder alle Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve (K) zu modifizieren, vorzugsweise prozentual oder absolut.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkurve (K) drei Abschnitte (KA, KB, Kc) umfasst, wobei die Steuerung (150) eingerichtet ist, um das Füllprodukt während eines ersten Füllkurvenabschnitts (KA) mit einer Hauptfließgeschwindigkeit in den Behälter (100) einzuleiten, die Fließgeschwindigkeit anschließend während eines zweiten Füllkurvenabschnitts (KB) zu verringern und anschließend das Füllprodukt während eines dritten Füllkurvenabschnitts (Kc) mit einer Endfließgeschwindigkeit bis zur Beendigung des Füllvorgangs in den Behälter (100) einzuleiten, wobei die Steuerung (150) vorzugsweise eingerichtet ist, um nur die Hauptfließgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Füllerleistung zu modifizieren.
  7. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (150) eingerichtet ist, um die Vorrichtung (1) mit einer Nennleistung und mit einer relativ zur Nennleistung reduzierten Füllerleistung zu betreiben, vorzugsweise während eines Anfahrens und/oder einer Restmengenabfüllung und/oder während eines Rückstaus von befüllten Behältern (100) und/oder während eines übermäßigen Schäumens des Füllprodukts.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mehrere Füllventile (2) aufweist, die an einem Karussell eines Rundläuferfüllers angeordnet sind, wobei die Steuerung (150) mit den Füllventilen (2) in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Füllventile (2) so anzusteuern, dass das Füllprodukt während der jeweiligen Füllvorgänge mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in die entsprechenden Behälter (100) eingeleitet wird, wobei die Steuerung (150) eingerichtet ist, um die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Änderung der Füllerleistung zu modifizieren.
  9. Verfahren zum Befüllen von Behältern (100) mit einem Füllprodukt, vorzugsweise in einer Getränkeabfüllanlage, wobei das Verfahren aufweist:
    Bereitstellen des Füllprodukts und Einleiten desselben über ein Füllventil (2) in einen oder mehrere Behälter (100) entsprechend einer Füllerleistung, die ein Maß für die pro Zeiteinheit zu befüllenden Behälter (100) ist, wobei das Füllventil (2) so eingerichtet ist, dass das Füllprodukt mit einer variierbaren Fließgeschwindigkeit in die Behälter (100) einleitbar ist;
    Ansteuern des Füllventils (2) während eines Füllvorgangs über eine Steuerung (150), die mit dem Füllventil (2) in Kommunikation steht, so dass das Füllprodukt mit zumindest einer Fließgeschwindigkeit in den entsprechenden Behälter (100) eingeleitet wird;
    Ändern der Füllerleistung und Modifizieren der Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit der geänderten Füllerleistung, wobei die Füllerleistung reduziert und die Fließgeschwindigkeit in Abhängigkeit der reduzierten Füllerleistung verringert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Füllprozess, der neben dem Füllvorgang von der Dauer einer Füllzeit (TFüll), in der das Füllprodukt in den Behälter (100) eingeleitet wird, einen Beruhigungsvorgang von der Dauer einer Beruhigungszeit (TBer), in der sich das Füllprodukt im Behälter stabilisiert, vorzugsweise Schaum zurückbildet, umfasst, wobei die bei der Reduzierung der Füllerleistung gewonnene Zeit vorzugsweise vollständig dem Füllvorgang zugeschlagen wird, wodurch sich die Füllzeit (TFüll) verlängert, während die Beruhigungszeit (TBer) unverändert bleibt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllprodukt während des Füllvorgangs mit einer veränderlichen Fließgeschwindigkeit gemäß einer Füllkurve (K), welche die Fließgeschwindigkeit als Funktion der Zeit angibt, in den Behälter (100) eingeleitet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgeschwindigkeit nur eines Teilabschnitts der Füllkurve (K) modifiziert wird oder alle Fließgeschwindigkeiten der Füllkurve modifiziert werden, vorzugsweise prozentual oder absolut.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllkurve (K) drei Abschnitte (KA, KB, Kc) umfasst, wobei das Füllprodukt während eines ersten Füllkurvenabschnitts (KA) mit einer Hauptfließgeschwindigkeit in den Behälter (100) eingeleitet, die Fließgeschwindigkeit anschließend während eines zweiten Füllkurvenabschnitts (KB) verringert und anschließend das Füllprodukt während eines dritten Füllkurvenabschnitts (Kc) mit einer Endfließgeschwindigkeit bis zur Beendigung des Füllvorgangs in den Behälter (100) eingeleitet wird, wobei vorzugsweise nur die Hauptfließgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer geänderten Füllerleistung modifiziert wird.
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