Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur

Durchführung eines Abfüllprozesses.

Für die Abfüllindustrie werden bisher Durchflussmessgeräte der Anmelderin unter dem Namen„Dosimag" und„Dosimass" angeboten. Diese Geräte besitzen die Funktion„integriertes Batching", welche im Stande ist, Abfüllungen selbst zu tätigen. Das heißt, Abfüllventile können direkt vom Durchflussmessgerät angesteuert, sowie die Nachlaufmengen automatisch korrigiert werden.

Das Steuern von Abfüllungen nach den bisherigen Verfahren kann allerdings von verschiedenen Faktoren negativ beeinflusst werden, insbesondere durch sehr kurze Abfüllzeiten und Störungen vom Medium auf das Messprinzip z.B. durch

Druckschwankungen und/oder Temperaturschwankungen.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik, besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin ein verbessertes Verfahren zur Steuerung des

Abfüll prozesses bereitzustellen.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 . Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur zeitgesteuerten Durchführung eines

Abfüllprozesses, weist die folgenden Schritte auf:

Schritt A: Beginn einer ersten Durchflussmessung vor oder während des Starts einer Abfüllung eines ersten Behältnisses;

Schritt B: Start der Abfüllung des ersten Behältnisses zu einem ersten Zeitpunkt to;

Schritt C: Ende der Abfüllung des ersten Behältnisses zu einem zweiten Zeitpunkt te wobei der zweite Zeitpunkt ίε durch ein eingestelltes erstes Zeitintervall vorgegeben wird;

Schritt D: eine ein- oder vorzugsweise mehrfache Wiederholung der Schritte B und C für die Abfüllung eines zweiten oder mehrerer weiterer Behältnisse;

Schritt E: Ende der ersten Durchflussmessung unter Ermittlung eines

Gesamtdurchflusses der vorangegangenen Abfüllungen;

Schritt F: Vergleich eines aus dem Gesamtdurchfluss ermittelten Ist-Wertes mit einem vorgegebenen Sollwert und

Schritt G: Anpassung des ersten Zeitintervalls anhand des Vergleichs gemäß

Schritt F.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Realisierung von sehr kurzen Abfüllzeiten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht anders als eine reine Zeitsteuerung zudem einen Ausgleich weiterer Störfaktoren, beispielsweise Druck- oder Temperaturschwankungen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Verfahren weist zumindest fünf, vorzugsweise zumindest zehn, besonders bevorzugt 10 bis 100 Wiederholungen der Schritte B und C zur Befüllung auf. Dabei werden zumindest fünf, vorzugsweise zumindest zehn, besonders bevorzugt 10 bis 100 Behältnisse befüllt, welche besonders bevorzugt das gleiche Volumen aufweisen, wie das erste Behältnis. Die Abfüllvolumina der jeweiligen Einzelabfüllungen der Behältnisse, welche durch die Durchflussmessungen ermittelt werden, werden zu dem Gesamtvolumen addiert.

Das Zeitintervall der Abfüllung in Schritt B beträgt bevorzugt zumindest 10 ms

(Millisekunden).

Das Zeitintervall der Abfüllung in Schritt B kann vorteilhaft maximal 1 s (Sekunde), vorzugsweise weniger als 550 ms (Millisekunden), besonders bevorzugt weniger als 250 ms (Millisekunden), betragen. Der Zeitraum zur Ermittlung des Gesamtdurchflusses kann vorteilhaft zumindest 9 s (Sekunden), vorzugsweise 10 s bis 5 min (Minuten), betragen. Die Abfüllung der Behältnisse erfolgt bevorzugt ohne besondere

Nachlaufmengenregelung. Oftmals wird zur Befüllung der Behältnisse das

Nachlaufverhalten des Abfüllventils berücksichtigt, welches bei einer

durchflussgesteuerten Abfüllung eine besondere Herausforderung darstellt. Die übliche durchflussgesteuerte Abfüllung ist die direkte Stellgröße die integrierte Durchflussmenge, bei der das Schliessen des Füllventils initiiert wird. Bei der zeitgesteuerte Abfüllung erfolgt die Regelung durch Einstellung des Zeitintervalls für die Abfüllung. Es ist von Vorteil, wenn die Schritte B-G in einem ersten Betriebsmodus ausgeführt werden und wenn ein zweiter Betriebsmodus vorgesehen ist bzw. das Verfahren einen zweiten Betriebsmodus aufweist, in welchem der Abschaltzeitpunkt der Abfüllung anhand einer aktuellen Volumen- und/oder Massedurchflussmessung zur Befüllung eines Behältnisses erfolgt, wobei der zweite Betriebsmodus als

Hauptbetriebsmodus betrieben wird und in den ersten Betriebsmodus umgeschalten wird, sofern der erste Betriebsmodus außerhalb eines Toleranzbereichs arbeitet.

Ein solches Umschalten kann beispielsweise bei einer Störung in der Messung (Messspitzen) erfolgen. Typischerweise entspricht der zweite Betriebsmodus dem bisher üblichem Vorgehen bei einer Abfüllung und der zweite Betriebsmodus wird bei Irregularitäten zugeschaltet.

Der Vergleich gemäß Schritt F kann durch einen Vergleich der Messung einer ermittelten durchschnittlichen Abfüllmenge für eine Einzelabfüllung als Mess-Wert mit dem vorgegebenen Sollwert erfolgen. Der Ist-Wert kann aus dem

Gesamtdurchflusses einer Mehrzahl an unmittelbar vorhergehenden Abfüllungen ermittelt werden.

Der Vergleich gemäß Schritt F kann durch einen gleitenden Mittelwertfilter erfolgen.

Zudem kann der Mittelwertfilter durch einen Medianfilter ergänzt werden, also einen Filter für stark abweichende Werte, sogenannte Ausreißer. Der Medianfilter und/oder der Mittelwertfilter sind bevorzugt vom Nutzer parametrierbar. Dem Mittelwertfilter ist der Medianfilter vorzugsweise vorgelagert.

Weiterhin erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung umfassend einen Regelkreis zur zeitgesteuerten Abfüllmengenregelung und ein Durchflussmessgerat , insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

Der Regelkreis kann dabei zumindest teilweise im Durchflussmessgerat integriert sein. Die Vorrichtung weist einen Regler und eine Regelstrecke auf. Dabei ist insbesondere zumindest der Regler vorteilhaft im Durchflussmessgerat integriert

Durch Integrierung des Reglers in das Durchflussmessgerat kann die zeitgesteuerte Abfüllmengenregelung mit geringem apparativem Aufwand in ein bestehendes System integriert werden.

Der Regler kann ein erstes PTVGIied zum Vergleich eines Sollwertes mit einem Ist- Wert aufweisen. Der Ist-Wert kann aus einem aus mehreren zeitgesteuerten abfüllmengengeregelten Abfüllungen gemessenen Gesamtdurchflusses ermittelt werden.

Der Regler kann ein zweites PTVGlied zur Ermittlung einer zur Einzelabfüllung benötigten Zeit aufweisen. Beiden vorgenannten PTVGliedern kann jeweils ein Medianfilter vorgelagert sein.

Weiterhin kann die Regelstrecke eine Hydraulik, insbesondere eine Pumpe und einen Vorlagenbehälter, aufweisen und eine Druck-Messvorrichtung aufweisen, zur Druckregelung im Vorlagebehälter.

Das Durchflussmessgerät kann vorteilhaft als Coriolis-Durchflussmessgerät ausgebildet sein. Alternativ ist auch ein magnetisch-induktives Durchflussmessgerät vorteilhaft denkbar. Das Coriolis-Durchflussmessgerät hat allerdings eine höhere Sampling-Rate und höhere Genauigkeit für eine schnellere Abfüllung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Hilfe der beiliegenden Figuren näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel ist in keinster Weise beschränkend für den Gegenstand der Erfindung zu verstehen. Insbesondere sind auch mehrere Einzelmerkmale der nachfolgend Ausführungsvariante im Kontext der vorliegenden Erfindung auch gesondert und losgelöst vom Ausführungsbeispiel zu verstehen. Es zeigen: Fig. 1 schematische Darstellung eines Regelkreises für eine zeitgesteuerte Abfüllung; und

Fig. 2 Standardabweichung bei Abfüllversuchen.

Der in Fig. 1 dargestellte Regelkreis dient einer zeitgesteuerten Abfüllung mit Abfüllmengenregelung bei Durchflussmessgeräten

Eine solche zeitgesteuerte Abfüllung kann bei schwierigen Abfüll-Anwendungen, beispielsweise bei Abfüllen von geringen Mengen mit entsprechend sehr kurzen Abfüllzeiten, eingesetzt werden, bei denen die herkömmlichen Messprinzipien an Ihre Grenzen stoßen. Weitere schwierige Abfüllanwendung zeichnen sich dadurch aus dass das Messsignal für die Durchflussmessung aufgrund von

Prozessbedingungen gestört ist (z.B. durch Feststoffe, kleine Gasblasen).

Hier soll durch eine Zeitsteuerung des Abfüllvorgangs ein besseres Resultat erzielt werden.

Die zeitgesteuerte Abfüllung ist im vorliegenden Verfahren um eine Regelung der gemessenen Abfüllmenge erweitert.

Beim Zeitpunkt Null wird das Abfüllventil geöffnet und ein Zeitnehmer gestartet. Ist eine bestimmte Zeit vergangen, wird das Abfüllventil wieder geschlossen. Während der Abfüllung erfolgt eine Durchflussmessung. Zur Regelung der

Abfüllmenge verwendet das Verfahren die aus einer bestimmten Anzahl vergangener Abfüllungen gemittelte Menge und Zeit, beispielsweise die gemittelte Menge und Zeit von 10 Abfüllungen. Dies erlaubt es, z.B. langsame Schwankungen des Mittelwerts der Abfüllmenge pro Einzelabfüll-Zeitintervall z.B. aufgrund langsamer Änderungen von Temperatur oder Druck auszugleichen. Durch die Regelung kann die Steuerung der sogenannten Nachlaufmenge entfallen, da diese in dem Mittelwert der Abfüllmenge bereits berücksichtigt ist.

Ein bevorzugter Regelkreis für die zeitgesteuerte Abfüllung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Regelkreis 1 weist einen Regler 10 und eine Regelstrecke 20 auf.

Der Eingangswert V _s0 n des Regelkreises ist eine vorgegebene Abfüllmenge, also eine Masse oder ein Volumen.

Ein erstes als PT-t-Glied 2 ausgebildetes LZI-Übertragungsglied ermöglicht die Berücksichtigung einer durch das Durchflussmessgerät ermittelten Abfüllmenge VMeas als Masse- oder Volumenwert, durch den Regler 10.

Ein zweites als PTi -Glied 3 ausgebildetes LZI-Übertragungsglied ermöglicht die Berücksichtigung der Zeit, welche für einen Abfüllvorgang benötigt wird, durch den Regler 10.

Der Regler 10 ermittelt als Ausgabewert die für die Abfüllung benötigte Zeit eh.

Der Regler 10 übermittelt den Ausgabewert totf als eine für die Abfüllung

vorgegebene Zeit an die Regelstrecke 20. Diese weist eine Abfüllungs-Zeitermittlung unter Berücksichtigung des Ausgabewerts und ggf. einer oder mehrerer weiterer Störgrößen SG auf. Die Störgrößen können durch Messung, Ermittlung oder durch manuelle Eingabe des Nutzers in die Regelstrecke eingeführt werden.

Ein Schaltausgang 22 übermittelt ein zeitabhängiges spannungsäquivalentes Signal us(t) an eine Hydraulik 23.

Durch die Hydraulik 23 wird ein effektiver Durchfluss q, _s t an ein Messsystem 26 weitergegeben, welches einen gemessenen Durchfluss qMeas als Masse- oder Volumenfluss ermittelt.

Aus dem effektiven Durchfluss ergibt sich in einem Gebinde 24 eine effektive Abfüllmenge VIST.

Aus dem gemessenen Durchfluss kann durch eine Recheneinheit 25 eine

gemessene Abfüllmenge VMeas, sowie eine aus der vorgegebenen Zeit toff ermittelte neue für die Abfüllung benötigte Zeit tbatch ermittelt werden.

Um die Effektivität des Verfahrens darzustellen, wurden verschiedene Abfüllversuche mit einem Dosimass DN8 (3/8") der Firma Endress und Hauser unter Vorgabe des vorgenannten Regelkreises 1 auf einer Kalibrieranlage betrieben.

Es wurden zudem zwei weitere Varianten der Abfüllung mit der zeitgesteuerten Abfüllung verglichen: a) eine herkömmliche Abfüllung mit der Durchflussmessung und

Nachlaufmengenkorrektur.

b) eine Abfüllung mit einer fest eingestellten Zeit.

c) eine zeitgesteuerte Abfüllung mit Abfüllmengenkorrektur wie durch den

Regelkreis der Fig. 1 beschrieben wird.

Um Fälle zu provozieren, bei welchen die herkömmliche Durchflussmessung an ihre Grenzen stößt, wurde die Auslenkung der Coriolis Schwingamplitude des Dosimass verringert, um das Eigenrauschen zu erhöhen. Dieses Eigenrauschen simuliert das Rauschen, welches bei kleinen Abfüllmengen die Reproduzierbarkeit der Abfüllmenge limitiert.

In der Fig. 2 sind die Resultate aus Abfüllversuchen dargestellt.

Bei den Abfüllversuchen wurden 1000 Abfüllungen pro Abfüllreihe durchgeführt. Die Soll-Menge betrug dabei 150 Gramm. Der Durchfluss betrug 100 Gramm pro

Sekunde. Der Systemdruck der Abfüllanlage betrug 0,7 bar und die Auslenkung der Schwingamplitude wurde zwischen A/10 und A variiert.

Auf der Y-Achse ist die relative Standardabweichung der Abfüllungen einer

Abfüllreihe und auf der X-Achse die Auslenkung der Coriolis Schwingamplitude des Coriolis-Durchflussmessgerätes abgebildet. Es ist festzustellen, dass bei der herkömmlichen Messung a) (Kurve I) die Standardabweichung mit dem relativen Eigenrauschen bezogen auf die Nutzsignalamplitude (abhängig von der

Schwingamplitude) des Messgeräts zunimmt.

Bei der zeitgesteuerten Abfüllung c) mit Abfüllmengenregelung (Kurve III) ist ebenfalls eine Abhängigkeit vom Eigenrauschen zu erkennen. Dies rührt daher, dass die gemessenen Abfüllmengen dazu verwendet werden, die neue Abfüllzeit zu berechnen.

Die Abfüllung b) mit fester Zeit (Messpunkte II) im Versuch mit 1 ,5 Sekunden weist in diesen Versuchen bessere Ergebnisse als die zeitgesteuerte Abfüllung mit

Abfüllmengenregelung (Kurve III) auf.

Bei langsamen Änderungen von Druckverhältnissen oder der Viskosität - z.B. aufgrund von Schwankungen in der Rezeptur des Produkts oder der Temperatur im Tages oder Jahresverlauf hat sich gezeigt, dass die Abfüllung mit fester Zeit aber zunehmend ungenauer funktioniert als die zeitgesteuerte Abfüllung mit

Abfüllmengenregelung (Kurve III). Für die zeitgesteuerte Abfüllung mit Abfüllmengenregelung (Kurve III) gilt bei

Betrachtung eines relativ kurzen Zeitraums mit stabilen Prozessbedingungen dass sich durch eine Mittelung über eine größere Anzahl von Abfüllmengen, die

Standardabweichung der zeitgesteuerten Abfüllung an die mit der fixen Abfüllzeit annähert.

Die zeitgesteuerte Abfüllung mit Abfüllmengenregelung bietet sich daher besonders bei reproduzierbaren Prozessen als eine besonders verlässliche Variante der Abfüllung an. Im Fall mit dem höchsten relativen Eigenrauschen (Coriolis Schwingamplitude bei A/10) konnte durch die Zeitsteuerung Kurve II) eine Verbesserung um den Faktor 2 gegenüber der herkömmlichen Abfüllvariante (Kurve I) erzielt werden.

Bezugszeichen

1 Regelkreis

2 PTVGlied mit Medianfilter

3 PTi -Glied mit Medianfilter

10 Regler

20 Regelstrecke

21 Abfüllungs-Zeitermittlung

22 Schaltausgang

23 Hydraulik

24 Gebinde

25 Recheneinheit

26 Messsystem Vsoii vorgegebene Abfüllmenge (Masse in [kg] oder Volumen in [I])

VMeas gemessene Abfüllmenge (Masse in [kg] oder Volumen in [I])

Vist effektive Abfüllmenge (Masse in [kg] oder Volumen in [I])

totf für die Abfüllung vorgegebene Zeit in [s|

q eas gemessener Durchfluss (Masse- oder Volumendurchfluss in [kg/s] oder

[I/S])

qist effektiver Durchfluss (Masse- oder Volumendurchfluss in [kg/s] oder [l/s]) u _s (t) Signal am Schaltausgang