Theissen, Peter (Sopericher Str. 2, Waldfeucht, 52525, DE)
Hortmanns, Johannes (Bücher Str. 9, Wegberg, 41844, DE)
Theissen, Peter (Sopericher Str. 2, Waldfeucht, 52525, DE)
| 1. | Verfahren zur Steuerung des Füllvorganges beim Abfüllen flüssiger bzw. pastöser Produkte in eine Vielzahl einzelner Behälter, wobei die Behälter taktweise wenigstens einem Füllauslass zugeführt werden und wobei das Befüllen in einem von der Taktzeit der zugeführten Behälter abhängigen Zeitintervall erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mittels einem von einem in einer den Füllauslass zugeordneten Fülleitung befindlichen Durchflussmesser beeinflussten Steuersignal der Füllablauf während des gesamten Füllablaufs über eine Veränderung der Durchflussgeschwindigkeit über die Füllzeit geregelt wird. Verfahren zur Steuerung des Füllvorganges beim Abfüllen flüssiger bzw. |
| 2. | pastöser Produkte in eine Vielzahl einzelner Behälter, wobei die Behälter taktweise wenigstens einem Füllauslass zugeführt werden und wobei das Befüllen in einem von der Taktzeit der zugeführten Behälter abhängigen Zeitintervall erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s mittels einem von einem in einer den Füllauslass zugeordneren Fülleitung befindlichen Durchflussmesser beeinflussten Steuersignal der Füllablauf während des gesamtenFüllablaufs über eine Veränderung der Füllmenge über die Füllzeit geregelt wird. |
| 3. | Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Durchflussgeschwindigkeit bzw. die Füllmenge kontinuierlich verändert wird. |
| 4. | Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Füllablauf über eine festgelegte Zeit/Durchflussgeschwindigkeitskurve bzw. eine Zeit/Füllmengenkurve geregelt wird. |
| 5. | Vorrichtung zur Steuerung des Füllvorganges beim Abfüllen flüssiger bzw. pastöser Produkte in eine Vielzahl einzelner Behälter, mit jeweils wenigstens einem mit einem Antrieb (14) versehenen Füllzylinder (13) , einem Füllauslass (15) , einer Fülleitung (12) , einem in der Fülleitung (12) angeordneten Durchflussmesser (16) und einer Steuereinheit (17) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s Mittel zur Veränderung des Querschnittes des Füllauslasses (15) vorgesehen sind. |
| 6. | Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Mittel zur Querschnittsveränderung einen verstellbaren Auslasskebel aufweisen. |
| 7. | Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zur Veränderung des Auslassquerschnittes ein pneumatischer Antrieb vorgesehen ist. |
| 8. | Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zur Veränderung des Auslassquerschnittes ein elektrischer Antrieb vorgesehen ist. |
| 9. | Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Antrieb als Servoantrieb (14) ausgebildet ist. |
| 10. | Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Antrieb ein linearer Antrieb ist. |
| 11. | Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Antrieb ein rotatorischer Antrieb ist . |
Füllvorganges beim Abfüllen flüssiger bzw. pastöser
Produkte in einzelne Behälter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Füllvorganges beim Abfüllen flüssiger bzw. pastöser Produkte in eine Vielzahl einzelner Behälter, wobei die Behälter taktweise wenigstens einem Füllauslass zugeführt werden, wobei das Befüllen in einem von der Taktzeit der zugeführten Behälter abhängigen Zeitintervall erfolgt und wobei außerdem die Vorrichtung mit wenigstens einem mit einem Antrieb versehenen Füllzylinder, einem Füllauslass, einer Füllleitung, einem in der Fülleitung angeordneten Durchflussmesser und einer Steuereinheit versehen ist .
Maschinen zum Abfüllen flüssiger bzw. pastöser Produkte in eine Vielzahl einzeln zugeführter Behälter sind aus der Praxis in vielfacher Ausfertigung bekannt und weisen entweder einen oder mehrere Vorratstanks auf oder sind mit entsprechenden Füllleitungen zur Bereitstellung des abzufüllenden Produktes versehen. Dabei weist jedes Füllorgan einen, meist pneumatisch angetriebenen, Füllzylinder auf, dessen Füllvolumen auf das Volumen der zu befüllenden Behälter abgestimmt ist, wobei dies Befüllung mit einem oder mehreren Öffnungshüben erfolgen kann. Hierbei ist der Öffnungshub des Füllzylinders konstant bzw. manuell nur durch das Verstellen von mechanischen Anschlägen einstellbar.
Wenn nun mit diesem bekannten System ein anderes Packungsformat, also ein anderes Füllvolumen abgefüllt werden soll, muss meist das gesamte Stellorgan ausgetauscht werden. Die Produktdurchflussgeschwindigkeit wird durch den Öffnungsquerschnitt bestimmt, welcher wiederum von den geometrischen Verhältnissen von Ventilstange und Zylindergehäuse abhängt. Das Öffnungs¬ und Schließverhalten wird durch pneumatische Drosseln rein visuell eingestellt.
Die Füllvolumensteuerung erfolgt bei den bekannten Anlagen durch einen in der Füllleitung vorgesehenen Durchflussmesser, welcher in der Regel ein magnetisch induktiver Durchflussmesser ist . In Abhängigkeit vom zugeführten einzelnen Behälter wird das Füllventil durch einen von einer Steuereinheit kommenden Startimpuls für eine vorgegebene Zeit geöffnet.
Eine solche Anlage nach dem Stand der Technik ist in Fig. 3 dargestellt, wobei Fig. 3a den schematischen Aufbau einer bekannten Vorrichtung und Fig. 3b ein Fülldiagramm (Hubweg/Zeit) zeigen.
Ein das abzufüllende Produkt enthaltender Tank 1 ist über eine Füllleitung 2 mit einem Füllzylinder 3 verbunden, welchem ein Antrieb 4 zugeordnet ist und der einen Füllauslass 5 aufweist, durch den das abzufüllende Produkt in den darunter zugeführten (nicht dargestellten) Behälter gelangt . In der Leitung 2 zwischen Tank 1 und Füllventil 3 ist ein Durchflussmesser 6 angeordnet. Ist dem Füllventil 3 ein zu befüllender Behälter ordnungsgemäß zugeführt worden, öffnet sich das Füllventil durch Betätigung des Füllzylinders 3 und das Produkt fließt mit einer konstanten
Durchflussgeschwindigkeit in den Behälter. Das bekannte Füllverhalten ist in dem Diagramm gemäß Fig. 2b für einen Doppelzylinder mit konstanten Anschlägen dargestellt. Nach Zuführung des Behälters erfolgt ein erster Öffnungshub, wobei der Zylinder in die erste Öffnungsstellung © fährt, dort eine Zeit verharrt (D und anschließend in eine zweite Öffnungsstellung ( D bewegt wird, bis die vorgegebene Füllmenge erreicht ist ©. Danach fährt der Zylinder wieder in die den Füllauslass verschließende Ausgangsstellung (D.
Die Steuerung des Füllvorganges erfolgt dabei über eine Auswert- bzw. Volumenregelung 7, welche einen Startimpuls von einer Steuereinheit erhält . Nach dem Start wird die Öffnungsstellung des Füllventils angesteuert. Diese Stellung wird für eine vordefinierte Zeit oder Füllmenge beibehalten, um dann den weiteren Öffnungshub zu betätigen. Auf dieser Öffnungsstellung wird ebenfalls für eine vordefinierte Zeit bzw. Füllmenge verharrt. Nach Erreichen dieser voreingestellten Werte wird dann der Füllauslass wieder in die verschließende Ausgangsstellung zurückgefahren. Die bekannte Steuerung hat keinen direkten Einfluss auf die Durchflussgeschwindigkeit der einzelnen Öffnungshübe bzw. auf den Öffnungshub selbst.
Die bekannte Füllvorrichtung bzw. das damit verwendete Füllverfahren sind nachteilig, da das Öffnungs- und Schließverhalten nicht reproduzierbar und automatisch einstellbar sind. Während des eigentlichen Füllvorganges gibt es keinerlei Informationen über die Produktmenge oder das Produktverhalten. Dies bedeutet, dass während des Füllablaufes keine Aussage über die Füllqualität gemacht werden kann, so dass Störungen wie beispielsweise
übermäßige Schaumbildung nicht erkannt und damit auch nicht vermieden werden können. Überfüllungen sind die Folge, welche zur Verschmutzung des als Aseptikzone ausgebildeten Füllbereiches und so zu Stillstandszeiten zu Wartungs- bzw. Reinigungszwecken führen kann.
Die US 5 148 841 betrifft eine Vorrichtung zum Abfüllen von einzelnen Behältern, die taktweise einem Füllauslass zugeführt werden. Jedem Füllauslass ist dabei eine Einrichtung zum Variieren des Durchflusses vorgeschaltet. Der zu befüllende Behälter steht während des Füllvorgangs auf einer Waage, die mit einer eine Zeitnahme aufweisenden Steuereinheit verbunden ist, so dass die Steuereinheit aus dem von der Waage übermittelten Signalen eine mittlere Füllgeschwindigkeit berechnen kann. Diese wird während des Füllablaufs für drei festgelegte Zeitintervalle bestimmt. Erweist es sich, dass das Füllergebnis unbefriedigend war, können die Grundeinstellungen der Vorrichtung nachträglich solange justiert werden, bis das Füllergebnis bei einem späteren FüllVorgang wieder in vorbestimmten Schwankungsbreiten liegt.
Aus der DE 102 09 435 Cl geht eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Befüllen mehrerer Behälter hervor, wobei jeder Behälter während des Füllvorgangs auf einer Waage angeordnet ist. Das Befüllen an sich erfolgt über ein Füllventil, dass über eine Steuereinrichtung ansteuerbar ist . Die Steuereinrichtung ist ferner mit der Waage verbunden, so dass die Steuereinrichtung über ein vorbestimmtes Zeitintervall des Füllablaufs eine mittlere Füllgeschwindigkeit errechnen kann. Diese wird dann mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen. Im Falle einer Abweichung wird der Stellgrad des Füllventils solange
vergrößert oder verkleinert, bis die Füllvorgänge bei den gleichzeitig zu füllenden Behältern zum gleichen Zeitpunkt abgeschlossen sind und Druckschwankungen beim Abschalten von nur einzelnen Füllventilen nicht zu einer Fehlfüllung führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Verfahren bzw. die dazu eingesetzte Vorrichtung zur Steuerung des Füllvorganges so auszugestalten und weiterzubilden, dass die vorerwähnten Nachteile zuverlässig vermieden werden.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe in einer ersten Alternative dadurch gelöst, dass mittels einem von einem in einer den Füllauslass zugeordneten Fülleitung befindlichen Durchflussmesser beeinflussten Steuersignal der Füllablauf während des gesamten Füllablaufs über eine Veränderung der Durchflussgeschwindigkeit über die Füllzeit geregelt wird. In einem alternativen Verfahren erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass mittels einem von einem in einer den Füllauslass zugeordneten Füllleitung befindlichen Durchflussmesser beeinflussten Steuersignal der Füllablauf während des gesamten Füllablaufs über eine Veränderung der Füllmenge über die Füllzeit geregelt wird.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bereits während des Abfüllvorganges die Produktmenge, das Produktverhalten und die Abfüllparameter erfasst und überwacht, so dass frühzeitig in den Füllvorgang eingegriffen werden kann. Störungseinflüsse werden rechtzeitig erkannt und die Produktzeiten durch Verringerung bzw. Vermeidung von Stillstandszeiten verlängert.
Hinsichtlich der Vorrichtung erfolgt die Lösung der Aufgabe bei einer Vorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 5 dadurch, dass Mittel zur Veränderung des - Querschnittes des Füllauslasses vorgesehen sind. Während beim Stand der Technik bisher immer nur die Endmenge geregelt wurde, lässt sich nun während des gesamten Füllablaufes durch Veränderung des Hubes des Füllzylinders über die Beeinflussung von
Durchflussgeschwindigkeit bzw. Füllmenge der Füllprozess optimieren. Der Ablauf jedes Füllvorganges vom Beginn bis zum Ende ist nun - abhängig vom abzufüllenden Produkt - gleich und reproduzierbar. Schwankende Produkteigenschaften können daher über den Produktionszeitraum ausgeregelt werden, so dass die Qualität des Füllablaufes stets gleichmäßig ist. Durch die Erfindung ist bei gleicher Füllzeit ein wesentlich produktschonender und schaumreduzierter Abfüllvorgang möglich, selbst bei stark abweichenden Produkteigenschaften, da jedes Produkt mit einem identischen Parametersatz abgefüllt werden kann.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung wird die Durchflussgeschwindigkeit bzw. die Füllmenge über die Füllzeit kontinuierlich verändert. Dabei kann bevorzugt für ein bestimmtes Produkt der Füllablauf über eine festgelegte Zeit/Durchflussgeschwindigkeitskurve bzw. Zeit/Füllmengenkurve geregelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Mittel zur Querschnittsveränderung einen verstellbaren Auslasskegel im Füllauslass aufweisen. Zur Veränderung des Auslassquerschnitts kann dabei ein
pneumatischer oder aber auch ein elektrischer Antrieb vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Lehre der Erfindung ist der Antrieb als Servoantrieb ausgebildet, wobei sowohl ein linearer Antrieb als auch ein rotatorischer Antrieb denkbar ist, je nachdem, welche Lösung sich im Einzelfall, beispielsweise aus Platzgründen, anbietet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. Ia den schematischen Aufbau eines
Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. Ib ein Fülldiagramm
(Durchflussgeschwindigkeit/Zeit) ,
Fig. 2a einen Füllventilauslass in geschlossener und
Fig. 2b einen Füllventilauslass in geöffneter Stellung.
Wie beim in Fig. 3a gezeigten Stand der Technik, ist ein Tank 11 über eine Füllleitung 12 mit einem Füllventil 13 verbunden, wobei die Ansteuerung des Füllventil 13 über einen bevorzugt als Servoantrieb 14 ausgeführten Antrieb angesteuert wird. Wie in den Fig. 2a und 2b dargestellt, gelangt das Produkt mittels bewegbarem Kolben 13 aus dem nicht näher bezeichneten Füllzylinder 13 und durch einen Füllauslass 15 in den bereitgestellten nicht dargestellten Behälter. Bedingt durch die konische Aufweitung des Füllauslasses 15 und axiales Verfahren des
Kolbens 13 wird je nach Kolbenhub ein unterschiedlicher Ringraumquerschnitt freigegeben. So entspricht beispielsweise der Füllquerschnitt in der Fig. 2b dargestellten Stellung der Differenz zwischen dem Kreisquerschnitt zum Durchmesser D 2 abzüglich des Kreisquerschnittes des Kolbendurchmessers Di.
Erfindungsgemäß erfolgt während der gesamten Füllzeit eine Regelung des Füllablaufes. Dazu werden aus einem Durchflussmesser 16 Daten hinsichtlich der Durchflussgeschwindigkeit bzw. des Füllvolumens an eine Steuereinheit 17 übergeben, welche zur Optimierung des Füllverhaltens über den Servoantrieb 14 den Füllzylinder durch Bewegung des Kolbens 13 mehr oder weniger stark öffnet, um entweder auf der Basis der
Durchflussgeschwindigkeit oder aber der Füllmenge ein insbesondere hinsichtlich der Schaumbildung optimiertes Füllverhalten für jeden Füllzyklus zu erreichen.
Ein Beispiel für eine Füllkurve ist in Fig. Ib dargestellt. Dort ist die Durchflussgeschwindigkeit über die Zeit für einen Füllvorgang dargestellt . Aus dem Diagramm wird schnell ersichtlich, dass hier ein individuell auf das jeweils abzufüllende Produkt abgestimmtes Füllverhalten ermöglicht wird.
Next Patent: DEVICE FOR CARRYING OUT A CHEMICAL REACTION