EP3760576A1 - Füllmaschine zum abfüllen eines flüssigen produkts in behälter und verfahren zur kontrolle von füllvorgängen und/oder cip-prozessen an einer füllmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a filling machine for filling a liquid product into containers according to the preamble of claim 1 and a method for controlling filling operations and / or CIP processes according to the preamble of claim 8.
- Filling machines of the generic type comprise filling members with short-circuit probes for ending filling processes after the product in the containers has reached a desired filling level.
- a disadvantage of such filling machines is, for example, that individual filling processes in the event of a bottle break can only be ended after the machine angle range provided for filling and / or after a filling time provided for the filling process has elapsed. This means that it is only then possible to determine whether the absence of a short circuit in the area of the short circuit probe indicates an insufficient fill level and thus a broken bottle.
- the stated object is achieved with a filling machine according to claim 1.
- the filling machine is designed for filling a liquid product into containers and comprises filling elements with short-circuit probes for ending filling processes after the product has reached a desired filling level in the containers.
- the filling machine further comprises flow meters individually assigned to the filling elements for measuring a momentary actual flow through the individual filling elements.
- a broken bottle leads to a characteristic change in the actual flow rate at the flow meter concerned, for example to a step-like increase in the actual flow rate.
- the flow meters can be, for example, inductive flow meters (IDM), mass flow meters (MDM) and / or suitable mechanical flow meters (e.g. impeller meters).
- IDM inductive flow meters
- MDM mass flow meters
- suitable mechanical flow meters e.g. impeller meters
- the flow meters are preferably arranged in / on supply lines to the individual filling elements.
- the flow meters can be arranged there in an easily accessible manner and, if necessary, retrofitted to existing filling machines with short-circuit probes for ending filling processes.
- the flow meters can also be arranged in / on the individual filling elements.
- the feed lines are preferably made from a plastic, in particular from PTFE. Electrically insulating supply lines are suitable for different principles of flow measurement, in particular for inductive flow measurement. In addition, plastics make it possible to compensate for thermally induced stresses between assemblies made of different materials with relatively little construction effort.
- the filling machine preferably further comprises an evaluation unit for determining deviations of the instantaneous actual flow rates through the filling elements from at least one reference flow, the evaluation unit being designed in particular to assess the permissibility of the determined deviation.
- the reference flow rate can, for example, be a setpoint range of the actual flow rate. In the case of an actual flow rate that deviates in a characteristic way from such a reference flow rate, it is possible, for example, to conclude that the container has broken.
- the evaluation unit is then preferably designed to detect a faulty filling process and in particular a container breakage when a predetermined permissible deviation of the actual flow rate from a target flow rate is exceeded.
- the deviation in the actual flow rate can be, for example, a significant increase in the actual flow rate above a reference flow rate / target flow rate in the sense of a threshold value. If the reference flow rate / target flow rate is exceeded, for example, over a predetermined period of time during the filling process, it is concluded that the container has broken or a similar leakage and thus that the filling process is faulty, i.e. improper.
- the filling machine preferably includes a controller which is designed to prematurely prevent the product flow individually for the filling element concerned in the event of a faulty filling process / impermissible deviation, in particular in the event of a container breakage determined based thereon. Product losses due to container breakage or similar leaks on the outlet side can thus be minimized.
- a premature termination of the filling process is to be understood as being terminated before the filling machine reaches a specified maximum filling angle and / or before the specified maximum filling time has elapsed.
- the evaluation unit is preferably designed to store reference flows through the filling elements and / or reference flow curves over time through the filling elements, which are each specific for a certain product and / or specific for individual filling elements. This allows the function of individual filling elements and / or the presence of a broken bottle to be monitored particularly reliably.
- Such specific reference flows and / or reference flow curves over time can be adapted on the basis of empirical values and / or measured values and / or after statistical evaluation of filling processes or the like in order to optimize the production process.
- the evaluation unit is preferably designed to store the measured actual flow rate and to assign it to the assigned filling elements and / or the filled products and / or the cleaning agents used and to evaluate it statistically on this basis. in order to calculate specific reference flows and / or reference flow curves over time for individual filling elements and / or different products and / or different cleaning agents.
- the object set is also achieved with a method according to claim 8. Accordingly, the method is used to control filling operations and / or processes for CIP (cleaning-in-place) on a filling machine with fill level limitation by means of short-circuit probes, in particular on a filling machine according to at least one of the embodiments described above. According to the invention, a momentary actual flow through the individual filling elements is monitored in addition to the filling level limitation.
- CIP cleaning-in-place
- the actual flow rate is preferably measured in feed lines to the individual filling elements. This can be implemented comparatively easily in terms of apparatus and, if necessary, retrofitted to existing filling machines with fill level limitation.
- the actual flow rate can be measured in the filling elements and then in particular in the area of the short-circuit probes.
- a deviation of the instantaneous actual flow rate and / or its time profile from at least one reference flow rate and / or time reference flow profile is preferably calculated continuously. This allows you to determine deviations from reference values in real time and, if necessary, to draw conclusions about irregularities in the filling operation.
- the calculated deviation is preferably assessed automatically with regard to its permissibility. This means that a permissible deviation is characteristic of a proper filling operation, while an impermissible deviation indicates a malfunction, in particular a broken bottle.
- a machine assessment of the reliability is carried out electronically based on comparison criteria in an assigned evaluation unit and / or control unit.
- individual filling processes are automatically terminated prematurely in the event of an impermissible deviation characteristic of a container breakage.
- a detected impermissible deviation is evaluated in real time and output in a control signal to abort the respective filling process as promptly as possible and in any case before the proper end of the filling process. This way, product losses due to container breakage can be minimized.
- the impermissible deviation is preferably calculated by comparing the actual flow rate and / or its time profile with at least one reference flow rate and / or time reference flow profile. Comparative criteria calculated in this way can be continuously optimized on the basis of data collected in previous filling processes on a specific filling element and, if necessary, adapted to changed production conditions. This allows the reliability to be optimized in the sense of weighing up potential false-positive results and false-negative results.
- an amount of a cleaning agent or similar CIP medium that has flowed through individual filling elements is calculated from the actual flow rate measured, for example cumulatively by integrating the measured actual flow rate. For example, a required flow rate can be logged.
- the inflow of the cleaning agent to the individual filling elements is preferably prevented individually for the filling elements by means of electronic control after a prescribed amount of cleaning agent or similar CIP medium has been reached for each filling element.
- a flow rate required to achieve a specific quality criterion of the CIP processes can be precisely maintained and the consumption of CIP cleaning agent or similar CIP medium can be minimized overall.
- the filling machine 1 for filling a liquid product 2, such as a drink, in containers 3, such as bottles made of glass or plastic includes filling organs 4 with short-circuit probes 5 for ending filling processes on the individual containers 3 when / after reaching a Target filling level 6 of the product 2 in the containers 3.
- Flow meters 7 are also individually assigned to the filling elements 4.
- the flow meters 7 are designed to measure a momentary actual flow rate 8 through the individual filling elements 4.
- the actual flow rate 8 can be measured in the product feed to the individual filling elements 4 and / or in the product paths running through the filling elements 4.
- the actual flow rate 8 of the product 2 is preferably measured in supply lines 9 to the individual filling elements 4.
- the individual filling organs 4 are connected via the supply lines 9 to a product vessel 10 which, for example, is annular and, like the filling organs 4, is attached to a rotor 11 of the filling machine 1.
- the rotor 11 is in the Figure 1 indicated only schematically by dashed lines.
- the rotor 11 of the filling machine 1 rotates continuously around a vertical axis of rotation 11a during the filling operation in a conventional manner. This is also only indicated schematically due to the known mechanical functioning of the filling machine 1.
- the filling elements 4 comprise a product valve 12 on the outlet side, which can release and prevent the discharge of the product 2 into the containers 3, which are attached to the filling element 4 from below, in a known manner.
- a relief gas path 13 with a relief valve 13a and a tensioning gas path 14 with a tensioning gas valve 14a can also be seen on the filling element 4, which establish the connection to a relief channel 15 and tensioning gas channel 16 running centrally on the rotor 11 in a known manner.
- a revolving lifting device 17 for lifting each of the containers 3 to the product valve 12 of the associated filling element 4 is also indicated schematically. This function is also known in principle and is therefore not explained in detail.
- the filling machine 1 comprises an electronic evaluation unit 18 for data processing of the actual flow rates 8 of the product 2 measured with the flow meters 7.
- the evaluation unit 18 can, for example, be integrated in a control 19 for the filling elements 4 which is embodied on the filling machine 1.
- the controller 19 processes, for example, measurement signals from the short-circuit probes 5 and controls the product valves 12, relief valves 13a and tension gas valves 15a.
- the filling machine 1 is probe-controlled. This means that the individual filling processes are terminated by the controller 19 as a function of a filling level measured by the short-circuit probes 5, that is to say when the target filling level 6 is reached.
- the evaluation unit 18 can separately check for each filling element 4 whether the filling process currently running has a correct current actual flow rate 8 and / or a time course of the actual flow rate 8 or an impermissible one There is a deviation from this, for example due to a broken bottle or a leaky bottle mouth.
- Such deviations are calculated and evaluated by the evaluation unit 18 with respect to the reference values stored therein.
- the evaluation unit 18 calculates, for example, that the instantaneous actual flow rate 8 and / or its temporal course deviates in an impermissible manner from a characteristic reference flow rate and / or reference flow course, the impermissible filling process at the affected filling element 4 is terminated prematurely, in particular as quickly as possible .
- broken bottles and / or otherwise leaky containers 3 can be detected on the basis of the flow measurement described, even in the case of probe-controlled filling processes, before the proper end of the individual filling processes is reached, i.e. before the filling machine 1 passes through the machine angle provided for the filling processes and / or before the end of the intended filling time for the filling processes. This minimizes product losses due to irregular filling processes.
- the flow meter 7 can be used in CIP processes to monitor the instantaneous actual flow 8 of a CIP medium, that is to say a cleaning agent, sterilizing agent, rinsing agent or the like, and to integrate the measured actual flow 8, for example.
- a CIP medium that is to say a cleaning agent, sterilizing agent, rinsing agent or the like.
- an amount of the cleaning agent that has flowed through the respective filling element 4 can be determined cumulatively.
- the amount of CIP medium that has flowed through the filling element 4 can be documented and the cleaning process for the individual filling element 4 can be ended in a targeted manner after a prescribed amount of the CIP medium has been reached for each filling element 4.
- the consumption of CIP media as a whole can thus be optimized.
- the actual flow rates 8 measured at the individual filling elements 4 by means of the flow meter 7 can be stored in the evaluation unit 18 in order to calculate individual reference flow rates for the individual filling elements 4 therefrom.
- a normal behavior in the filling operation and / or during CIP can be characterized individually for the filling elements 4, for example in the form of individual setpoint characteristics.
- reference flow rates and / or their chronological progressions can be stored product-specifically and / or format-specific for different filling processes in the evaluation unit 18 and activated by calling up appropriate product-specific and / or format-specific filling programs and / or CIP programs when production is changed.
- the actual flow rates 8 measured with the flow meters 7 and the product quantities calculated therefrom indicate whether the containers 3 are within a permissible range of their dimensional tolerance or in an impermissible manner differ.
- the flow measurement described in the product path thus also enables quality control of the containers 3 processed in the filling machine 1.
- the ones in the Figure 1 The illustrated arrangement of the flow meter 7 on the respective supply line 9 to the individual filling elements 4 can be implemented with comparatively little technical effort and, if necessary, retrofitted to probe-controlled filling machines.
- the flow meters 7 are merely to be arranged at a suitable location, in particular in freely accessible sections of the supply lines 9, and the controller 19 is to be supplemented by the evaluation unit 18.
- the supply lines 9 are preferably made from a plastic approved for filling liquid food, in particular from PTFE.
- Supply lines 9 made of plastic are particularly suitable for flow measurement, since they do not hinder the function of electromagnetic / inductive flow meters 7.
- the Flow meters 7 can for example work inductively (IDM) or by determining mass flow (MDM).
- Supply lines 9 made of plastic are also advantageous for connecting assemblies made of materials with different temperature-related expansion behavior, such as different steels, gray cast iron or the like.
- the Figure 2 shows schematically a filling machine 21 with a function that is basically identical to that described above. However, instead of the liquid product, a cleaning agent 22 or a similar CIP medium used in a CIP process is shown schematically.
- the filling machine 21 comprises a product path 23 on the outlet side, a filling element 24 surrounding it and a short-circuit probe 25 for ending individual filling processes after a target filling level 26 has been reached, which is in the Figure 2 is indicated only schematically (without container).
- the filling machine 21 differs from the filling machine 1 described above essentially in the flow meters 27 integrated in the filling elements 24. These measure the actual flow rate 28 of the product or cleaning agent 22 in the area of the short-circuit probe 25.
- the short-circuit probe 25 can include, for example, a non-conductive section 25a in the area of the flow meter 27. This favors inductive flow measurement.
- the filling machine 21 further comprises an annular product vessel 29 to which the filling elements 24 are flanged without connecting lines running freely between them.
- the other functions of the filling machine 21, in particular the evaluation of the actual flow rates 28 measured with the individual flow meters 27 in the evaluation unit 18 and their connection to the controller 19 correspond in principle to the functions described with regard to the filling machine 1, so that they are not described / shown again .
- the filling machines 1, 21 can be used as follows: Correct filling processes are automatically terminated by means of the short-circuit probes 5, 25 after the respective target height 6, 26 has been reached. In this way, all of the containers 3 are filled with the product 2 with an essentially identical filling height.
- the momentary actual flow rate 8, 28 of the product 2 to or through the filling elements 4, 24 is continuously monitored.
- the measured actual flow rates 8, 28 are continuously compared with at least one reference flow rate and / or a reference course of the flow rate. Any deviations in the actual flow rate 8, 28 that are determined in this regard are checked in the evaluation unit 18 for permissibility.
- the control 19 of the filling machine 1, 21 is instructed to automatically start the filling process of the filling element 4, 24 concerned by actuating the respective filling element 4, 24 existing product valve 12 prematurely and especially as early as possible. This makes it possible to prevent the product 2 from being delivered to a defective container 3 and thus being recorded as a product loss.
- a cleaning agent 22, sterilization agent or the like flows through the product path 23 and / or the supply line 9, the actual flow rate 8, 28 of which can also be monitored individually for the filling elements 4, 24 with the aid of the individual flow meters 7, 27 .
- the individual actual flow rates 8, 28 can be integrated, for example, and thus the amount of cleaning agent 22 that has flowed through the individual filling elements 4, 24 can be determined cumulatively.
- the CIP processes for individual filling elements 4, 24 can be ended in a targeted manner as soon as a required minimum flow rate of cleaning agent 22 is reached at the respective filling element 4, 24 based on the measured actual flow rates 8, 28.
- the criteria for assessing the admissibility of actual flows 8, 28 during filling processes and / or during CIP processes can be flexibly programmed for individual filling elements 4, 24 and / or products 2 and / or cleaning agents 22 and / or containers by means of electronic programming of the evaluation unit 18 3.
Landscapes
- Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
- Basic Packing Technique (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Füllmaschine zum Abfüllen eines flüssigen Produkts in Behälter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Kontrolle von Füllvorgängen und/oder CIP-Prozessen gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.
- Gattungsgemäße Füllmaschinen umfassen Füllorgane mit Kurzschlusssonden zum Beenden von Füllvorgängen nach Erreichen einer Sollfüllhöhe des Produkts in den Behältern.
- Nachteilig bei derartigen Füllmaschinen ist zum Beispiel, dass einzelne Abfüllvorgänge bei einem Flaschenbruch erst nach Durchlaufen des für die Abfüllung vorgesehenen Maschinenwinkelbereichs und/oder nach Ablauf einer für den Füllvorgang vorgesehenen Fülldauer beendet werden können. Das heißt, erst dann kann ermittelt werden, ob ein ausbleibender Kurzschluss im Bereich der Kurzschlusssonde auf einen unzureichenden Füllstand und damit auf einen Flaschenbruch schließen lässt.
- Bis zum Erreichen des maximalen Füllwinkels der Füllmaschine und/oder bis zum Ablauf der maximalen Fülldauer kann daher bereits eine nennenswerte Produktmenge verloren gehen. Flaschenbruch führt an derartigen Füllmaschinen daher zu einem erheblichen Produktverlust.
- Zudem wäre es wünschenswert, sowohl die jeweilige Abfüllmenge an einzelnen Füllorganen ermitteln zu können als auch eine bei CIP-Prozessen durch die einzelnen Füllorgane geflossene Menge eines Reinigungsmittels, Sterilisationsmittels, Spülmittels oder dergleichen.
- Es besteht daher Bedarf zur Verbesserung von Füllmaschinen und Verfahren, die auf einer Füllstandbegrenzung mittels Kurzschlusssonden beruhen, hinsichtlich wenigstens eines der oben genannten Problemstellungen.
- Die gestellte Aufgabe wird mit einer Füllmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Die Füllmaschine ist zum Abfüllen eines flüssigen Produkts in Behälter ausgebildet und umfasst Füllorgane mit Kurzschlusssonden zum Beenden von Füllvorgängen nach Erreichen einer Sollfüllhöhe des Produkts in den Behältern. Erfindungsgemäß umfasst die Füllmaschine ferner den Füllorganen individuell zugeordnete Durchflussmesser zur Messung eines momentanen Ist-Durchflusses durch die einzelnen Füllorgane.
- Dadurch lässt sich die Durchflussmenge durch die einzelnen Füllorgane sowohl im Füllbetrieb als auch bei CIP-Prozessen ermitteln. Es lässt sich sowohl die Durchflussmenge pro Zeiteinheit für beliebige Zeitintervalle ermitteln als auch die insgesamt für einzelne Abfüllvorgänge und/oder CIP-Prozesse durch die einzelnen Füllorgane geflossene Menge an Produkt oder Reinigungsmittel oder Sterilisationsmittel.
- Eine Überwachung des momentanen Ist-Durchflusses erlaubt zudem Rückschluss auf unregelmäßige Füllvorgänge, wie beispielsweise aufgrund eines Flaschenbruchs. Flaschenbruch führt zu einer charakteristischen Änderung des Ist-Durchflusses am betroffenen Durchflussmesser, beispielsweise zu einem stufenartigen Anstieg des Ist-Durchflusses.
- Die Durchflussmesser können beispielsweise induktive Durchflussmesser (IDM) sein, Massen-Durchflussmesser (MDM) und/oder geeignete mechanische Durchflussmesser (z. B. Flügelradzähler).
- Es ist ferner denkbar, den Durchfluss bzw. die Durchflussmenge mittels Differenzdruckmessung und/oder Zeitmessung zu bestimmen.
- Vorzugsweise sind die Durchflussmesser in/an Zufuhrleitungen zu den einzelnen Füllorganen angeordnet. Die Durchflussmesser können dort auf gut zugängliche Weise angeordnet und gegebenenfalls an bestehenden Füllmaschinen mit Kurzschlusssonden zum Beenden von Füllvorgängen nachgerüstet werden. Die Durchflussmesser können aber auch in/an den einzelnen Füllorganen angeordnet sein.
- Die Zuleitungen sind vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, insbesondere aus PTFE. Elektrisch isolierende Zuleitungen eignen sich für unterschiedliche Prinzipien der Durchflussmessung, insbesondere für eine induktive Durchflussmessung. Zudem ermöglichen Kunststoffe den Ausgleich thermisch bedingter Spannungen zwischen Baugruppen aus unterschiedlichen Materialien mit relativ geringem Konstruktionsaufwand.
- Vorzugsweise umfasst die Füllmaschine ferner eine Auswerteeinheit zur Ermittlung von Abweichungen der momentanen Ist-Durchflüsse durch die Füllorgane von wenigstens einem Referenz-Durchfluss, wobei die Auswerteeinheit insbesondere zur Beurteilung der Zulässigkeit der ermittelten Abweichung ausgebildet ist. Der Referenz-Durchfluss kann beispielsweise ein Sollbereich des Ist-Durchflusses sein. Bei einem von einem derartigen Referenz-Durchfluss auf charakteristische Weise abweichenden Ist-Durchfluss kann beispielsweise auf einen Behälterbruch geschlossen werden.
- Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dann dazu ausgebildet, bei Überschreiten einer vorgegebenen zulässigen Abweichung des Ist-Durchflusses von einem Soll-Durchfluss einen fehlerhaften Füllvorgang und insbesondere einen Behälterbruch festzustellen.
- Die Abweichung des Ist-Durchflusses kann beispielsweise ein signifikanter Anstieg des Ist-Durchflusses über einen Referenz-Durchfluss / Soll-Durchfluss im Sinne eines Schwellenwerts sein. Wird der Referenz-Durchfluss / Soll-Durchfluss beispielsweise über eine vorgegebene Zeitspanne während des Abfüllvorgangs überschritten, wird auf einen Behälterbruch oder dergleichen Undichtigkeit geschlossen und somit auf einen fehlerhaften, also nicht ordnungsgemäßen Füllvorgang.
- Vorzugsweise umfasst die Füllmaschine eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, den Produktfluss bei fehlerhaftem Füllvorgang / unzulässiger Abweichung, insbesondere bei einem darauf basierend festgestellten Behälterbruch, individuell für das betroffene Füllorgan vorzeitig zu unterbinden. Produktverluste aufgrund von Behälterbruch oder dergleichen auslaufseitigen Undichtigkeiten lassen sich damit minimieren.
- Unter einem vorzeitigen Abbruch des Füllvorgangs ist zu verstehen, dass dieser vor Erreichen eines vorgesehenen maximalen Füllwinkels der Füllmaschine und/oder vor Ablauf einer vorgesehenen maximalen Fülldauer abgebrochen wird.
- Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit zum Speichern von Referenz-Durchflüssen durch die Füllorgane und/oder zeitlichen Referenz-Durchflussverläufen durch die Füllorgane ausgebildet, die jeweils spezifisch für ein bestimmtes Produkt und/oder spezifisch für einzelne Füllorgane sind. Dadurch lässt sich die Funktion einzelner Füllorgane und/oder das Vorliegen eines Flaschenbruchs besonders zuverlässig überwachen.
- Derartige, spezifische Referenz-Durchflüsse und/oder zeitliche Referenz-Durchflussverläufe können auf der Grundlage von Erfahrungswerten und/oder Messwerten und/oder nach statistischer Auswertung von Füllvorgängen oder dergleichen angepasst werden, um den Produktionsablauf zu optimieren.
- Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den gemessenen Ist-Durchfluss zu speichern und den zugeordneten Füllorganen und/oder den abgefüllten Produkten und/oder den verwendeten Reinigungsmitteln zuzuordnen und auf dieser Grundlage statistisch auszuwerten, um für einzelne Füllorgane und/oder unterschiedliche Produkte und/oder unterschiedliche Reinigungsmittel spezifische Referenz-Durchflüsse und/oder zeitliche Referenz-Durchflussverläufe zu berechnen.
- Dies ermöglicht eine verbesserte Funktionskontrolle der einzelnen Füllorgane und eine verbesserte Überwachung der Begleitumstände einzelner Abfüllvorgänge. Beispielsweise ermöglicht eine Trendanalyse zuvor durchgeführter Füllvorgänge eine Vorhersage über den Verlauf und/oder die Qualität mit den einzelnen Füllvorgängen nachfolgend durchzuführender Füllvorgänge. Zudem kann aus Schwankungen der durch Durchflussmessung ermittelten Ist-Füllmenge auf die Qualität und insbesondere Maßhaltigkeit der Behälter geschlossen werden.
- Die gestellte Aufgabe wird ebenso mit einem Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Demnach dient das Verfahren zur Kontrolle von Füllvorgängen und/oder Prozessen zum CIP (Cleaning-In-Place) an einer Füllmaschine mit Füllstandbegrenzung mittels Kurzschlusssonden, insbesondere an einer Füllmaschine nach wenigstens einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen. Erfindungsgemäß wird zusätzlich zur Füllstandbegrenzung ein momentaner Ist-Durchfluss durch die einzelnen Füllorgane überwacht.
- Damit lassen sich die bezüglich des Anspruchs 1 beschriebenen Vorteile erzielen.
- Vorzugsweise wird der Ist-Durchfluss in Zuleitungen zu den einzelnen Füllorganen gemessen. Dies lässt sich apparativ vergleichsweise einfach umsetzen und gegebenenfalls an bestehenden Füllmaschinen mit Füllstandbegrenzung nachrüsten.
- Alternativ oder ergänzend kann der Ist-Durchfluss in den Füllorganen und dann insbesondere im Bereich der Kurzschlusssonden gemessen werden.
- Vorzugsweise wird eine Abweichung des momentanen Ist-Durchflusses und/oder seines zeitlichen Verlaufs von wenigstens einem Referenz-Durchfluss und/oder zeitlichen Referenz-Durchflussverlauf laufend berechnet. Dadurch kann man in Echtzeit Abweichungen von Referenzwerten feststellen und gegebenenfalls auf Unregelmäßigkeiten im Füllbetrieb schließen.
- Vorzugsweise wird die berechnete Abweichung hinsichtlich ihrer Zulässigkeit maschinell beurteilt. Darunter ist zu verstehen, dass eine zulässige Abweichung für einen ordnungsgemäßen Füllbetrieb charakteristisch ist, eine unzulässige Abweichung dagegen auf eine Fehlfunktion, insbesondere einen Flaschenbruch hinweist. Eine maschinelle Beurteilung der Zuverlässigkeit erfolgt auf elektronischem Wege anhand von Vergleichskriterien in einer zugeordneten Auswerteeinheit und/oder Steuereinheit.
- Vorzugsweise werden einzelne Füllvorgänge bei einer für einen Behälterbruch charakteristischen unzulässigen Abweichung maschinell vorzeitig abgebrochen. Darunter ist zu verstehen, dass eine festgestellte unzulässige Abweichung in Echtzeit ausgewertet und in ein Steuersignal zum Abbrechen des jeweiligen Füllvorgangs möglichst zeitnah und in jedem Fall vor dem ordnungsgemäßen Ende der Füllvorgänge ausgegeben wird. Dadurch können Produktverluste aufgrund von Behälterbruch minimiert werden.
- Vorzugsweise wird die unzulässige Abweichung durch Vergleich des Ist-Durchflusses und/oder seines zeitlichen Verlaufs mit wenigstens einem Referenz-Durchfluss und/oder zeitlichen Referenz-Durchflussverlauf berechnet. Derartig berechnete Vergleichskriterien können auf der Grundlage bei vorangegangenen Füllvorgängen an einem bestimmten Füllorgan erhobenen Daten laufend optimiert und gegebenenfalls an geänderte Produktionsbedingungen angepasst werden. Dadurch lässt sich die Zuverlässigkeit im Sinne einer Abwägung potentieller Falsch-Positiv-Ergebnisse und Falsch-Negativ-Ergebnisse optimieren.
- Vorzugsweise wird bei CIP-Prozessen aus dem dabei gemessenen Ist-Durchfluss eine durch einzelne Füllorgane geflossene Menge eines Reinigungsmittels oder dergleichen CIP-Mediums berechnet, beispielsweise kumulativ durch Integration des gemessenen Ist-Durchflusses. Damit lässt sich beispielsweise eine geforderte Durchflussmenge protokollieren.
- Vorzugsweise wird der Zufluss des Reinigungsmittels zu den einzelnen Füllorganen nach Erreichen einer pro Füllorgan vorgeschriebenen Menge des Reinigungsmittels oder dergleichen CIP-Mediums mittels elektronischer Steuerung individuell für die Füllorgane unterbunden. Dadurch lässt sich eine für das Erreichen eines bestimmten Qualitätskriteriums der CIP-Prozesse nötige Durchflussmenge exakt einhalten und der Verbrauch von CIP-Reinigungsmittel oder dergleichen CIP-Medium insgesamt minimieren.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
- Figur 1
- eine erste Ausführungsform der Füllmaschine; und
- Figur 2
- eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Füllmaschine.
- Wie die
Figur 1 erkennen lässt, umfasst die Füllmaschine 1 zum Abfüllen eines flüssigen Produkts 2, wie beispielsweise eines Getränks, in Behälter 3, wie beispielsweise Flaschen aus Glas oder Kunststoff, Füllorgane 4 mit Kurzschlusssonden 5 zum Beenden von Füllvorgängen an den einzelnen Behältern 3 bei/nach Erreichen einer Sollfüllhöhe 6 des Produkts 2 in den Behältern 3. - Den Füllorganen 4 sind zusätzlich Durchflussmesser 7 individuell zugeordnet. Die Durchflussmesser 7 sind zur Messung eines momentanen Ist-Durchflusses 8 durch die einzelnen Füllorgane 4 ausgebildet. Der Ist-Durchfluss 8 kann im Produktzulauf zu den einzelnen Füllorganen 4 und/oder in den durch die Füllorgane 4 verlaufenden Produktwegen gemessen werden.
- Der Ist-Durchfluss 8 des Produkts 2 wird vorzugsweise in Zufuhrleitungen 9 zu den einzelnen Füllorganen 4 gemessen. Die einzelnen Füllorgane 4 sind über die Zufuhrleitungen 9 an einen Produktkessel 10 angeschlossen, der beispielsweise ringförmig ausgebildet und, wie die Füllorgane 4, an einem Rotor 11 der Füllmaschine 1 befestigt ist.
- Der Rotor 11 ist in der
Figur 1 lediglich schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet. Der Rotor 11 der Füllmaschine 1 dreht sich während des Füllbetriebs auf herkömmliche Weise kontinuierlich um eine vertikale Drehachse 11a. Auch dies ist aufgrund der bekannten mechanischen Funktionsweise der Füllmaschine 1 nur schematisch angedeutet. - Die Füllorgane 4 umfassen ein auslaufseitiges Produktventil 12, das die Abgabe des Produkts 2 in die von unten an das Füllorgan 4 abdichtend angesetzten Behälter 3 auf bekannte Weise freigeben und unterbinden kann.
- Am Füllorgan 4 sind ferner beispielhaft ein Entlastungsgasweg 13 mit einem Entlastungsventil 13a sowie ein Spanngasweg 14 mit einem Spanngasventil 14a zu erkennen, die auf bekannte Weise die Verbindung zu einem zentral am Rotor 11 verlaufenden Entlastungskanal 15 und Spanngaskanal 16 herstellen.
- Schematisch angedeutet ist ferner eine umlaufende Hubvorrichtung 17 zum Anheben je eines der Behälter 3 an das Produktventil 12 des zugeordnete Füllorgans 4. Auch diese Funktion ist prinzipiell bekannt und daher nicht im Detail erläutert.
- Die Füllmaschine 1 umfasst eine elektronische Auswerteeinheit 18 zur Datenverarbeitung der mit den Durchflussmessern 7 gemessenen Ist-Durchflüsse 8 des Produkts 2.
- Die Auswerteeinheit 18 kann beispielsweise in eine an der Füllmaschine 1 ausgebildete Steuerung 19 für die Füllorgane 4 integriert sein. Die Steuerung 19 verarbeitet beispielsweise Messsignale der Kurzschlusssonden 5 und steuert die Produktventile 12, Entlastungsventile 13a und Spanngasventile 15a.
- Die Füllmaschine 1 ist sondengesteuert. Das heißt, die einzelnen Füllvorgänge werden in Abhängigkeit von einem mit den Kurzschlusssonden 5 jeweils gemessenen Füllstands, also bei Erreichen des Sollfüllstands 6 von der Steuerung 19 beendet.
- Zusätzlich wird der Ist-Durchfluss 8 des Produkts 2 durch die einzelnen Füllorgane 4 mit Hilfe der Durchflussmesser 7 laufend überwacht. Mit Hilfe des auf diese Weise überwachten Ist-Durchflüsse 8 kann von der Auswerteeinheit 18 für jedes Füllorgan 4 separat überprüft werden, ob der jeweils laufende Füllvorgang einen ordnungsgemäßen momentanen Ist-Durchfluss 8 und/oder zeitlichen Verlauf des Ist-Durchflusses 8 aufweist oder eine unzulässige Abweichung davon vorliegt, beispielsweise aufgrund eines Flaschenbruchs oder einer undichten Flaschenmündung.
- Derartige Abweichungen werden von der Auswerteeinheit 18 bezüglich darin gespeicherter Referenzwerte berechnet und bewertet.
- Berechnet die Auswerteeinheit 18 beispielsweise, dass der momentane Ist-Durchfluss 8 und/oder sein zeitlicher Verlauf auf unzulässige Weise von einem charakteristischen Referenz-Durchfluss und/oder Referenz-Durchflussverlauf abweicht, so wird der unzulässige Füllvorgang am betroffenen Füllorgan 4 vorzeitig, insbesondere schnellstmöglich abgebrochen.
- Anders gesagt, können Flaschenbrüche und/oder anderweitig undichte Behälter 3 aufgrund der beschriebenen Durchflussmessung auch bei sondengesteuerten Füllvorgängen vor dem Erreichen des ordnungsgemäßen Endes der einzelnen Füllvorgänge erkannt werden, also vor Durchlaufen des für die Füllvorgänge vorgesehenen Maschinenwinkels der Füllmaschine 1 und/oder vor Ablauf der für die Füllvorgänge vorgesehenen Fülldauer. Dadurch lassen sich Produktverluste aufgrund unregelmäßiger Füllvorgänge minimieren.
- Ferner kann der Durchflussmesser 7 bei CIP-Prozessen dazu verwendet werden, den momentanen Ist-Durchfluss 8 eines CIP-Mediums, also eines Reinigungsmittels, Sterilisationsmittels, Spülmittels oder dergleichen, zu überwachen und den gemessenen Ist-Durchfluss 8 beispielsweise zu integrieren. Dadurch kann eine durch das jeweilige Füllorgan 4 geflossene Menge des Reinigungsmittels kumulativ bestimmt werden.
- Somit lässt sich zum einen die durch das Füllorgan 4 geflossene Menge des CIP-Mediums dokumentieren als auch der Reinigungsvorgang für das einzelne Füllorgan 4 nach Erreichen einer pro Füllorgan 4 vorgeschriebenen Menge des CIP-Mediums zielgerichtet beenden. Der Verbrauch von CIP-Medien insgesamt lässt sich dadurch optimieren.
- Die an den einzelnen Füllorganen 4 mittels der Durchflussmesser 7 gemessenen Ist-Durchflüsse 8 können in der Auswerteeinheit 18 gespeichert werden, um daraus individuelle Referenz-Durchflüsse für die einzelne Füllorgane 4 zu berechnen. Dadurch kann man für die Füllorgane 4 individuell ein Normalverhalten im Füllbetrieb und/oder beim CIP charakterisieren, beispielsweise in Form individueller Sollkennlinien.
- Ferner sind statistische Auswertungen der gemessenen Ist-Durchflüsse 8 möglich, beispielsweise die Berechnung von Mittelwerten und/oder Trends für einzelne Füllorgane 4. Dadurch lässt sich die Ordnungsmäßigkeit einzelner Füllvorgänge und/oder CIP-Prozesse an den Füllorganen 4 noch präziser überwachen und/oder eine drohende Fehlfunktion einzelner Füllorgane 4 feststellen.
- Zudem können die Referenz-Durchflüsse und/oder deren zeitliche Verläufe produktspezifisch und/oder formatspezifisch für unterschiedliche Füllvorgänge in der Auswerteeinheit 18 gespeichert und bei Produktionsumstellungen durch Aufruf entsprechender produktspezifischer und/oder formatspezifischer Füllprogramme und/oder CIP-Programme aktiviert werden.
- Da eine im Wesentlichen einheitliche Füllhöhe der Behälter bei sondengesteuerter Abfüllung vorausgesetzt werden kann, lassen die mit den Durchflussmessern 7 gemessenen Ist-Durchflüsse 8 und die daraus berechneten Produktmengen darauf schließen, ob die Behälter 3 innerhalb eines zulässigen Bereichs ihrer Maßtoleranz liegen oder in unzulässiger Weise davon abweichen. Somit ermöglicht die beschriebene Durchflussmessung im Produktweg auch eine Qualitätskontrolle der in der Füllmaschine 1 verarbeiteten Behälter 3.
- Die in der
Figur 1 dargestellte Anordnung des Durchflussmessers 7 an der jeweiligen Zufuhrleitung 9 zu den einzelnen Füllorganen 4 lässt sich mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand umsetzen und gegebenenfalls an sondengesteuerten Füllmaschinen nachrüsten. Zu diesem Zweck sind die Durchflussmesser 7 lediglich an geeigneter Stelle, insbesondere in frei zugänglichen Abschnitten der Zufuhrleitungen 9 anzuordnen und die Steuerung 19 durch die Auswerteeinheit 18 zu ergänzen. - Die Zufuhrleitungen 9 sind vorzugsweise aus einem für die Abfüllung flüssiger Lebensmittel zugelassenen Kunststoff gefertigt, insbesondere aus PTFE.
- Zufuhrleitungen 9 aus Kunststoff eigenen sich für eine Durchflussmessung besonders gut, da sie die Funktion elektromagnetischer / induktiver Durchflussmesser 7 nicht behindern. Die Durchflussmesser 7 können beispielsweise induktiv arbeiten (IDM) oder durch Bestimmung von Massendurchfluss (MDM).
- Zufuhrleitungen 9 aus Kunststoff sind zudem vorteilhaft zur Verbindung von Baugruppen aus Materialien mit unterschiedlichem temperaturbedingten Ausdehnungsverhalten, wie beispielsweise unterschiedlicher Stähle, Grauguss oder dergleichen.
- Die
Figur 2 zeigt schematisch eine Füllmaschine 21 mit prinzipiell identischer Funktion wie zuvor beschrieben. Allerdings ist anstelle des flüssigen Produkts ein bei einem CIP-Prozess eingesetztes Reinigungsmittel 22 oder dergleichen CIP-Medium schematisch dargestellt. Die Füllmaschine 21 umfasst einen auslaufseitigen Produktweg 23, ein diesen umschließendes Füllorgan 24 und eine Kurzschlusssonde 25 zum Beenden einzelner Füllvorgänge nach Erreichen einer Sollfüllhöhe 26, die in derFigur 2 lediglich schematisch (ohne Behälter) angedeutet ist. - Die Füllmaschine 21 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Füllmaschine 1 im Wesentlichen durch in die Füllorgane 24 integrierte Durchflussmesser 27. Diese messen den Ist-Durchfluss 28 des Produkts oder Reinigungsmittels 22 somit im Bereich der Kurzschlusssonde 25.
- Die Kurzschlusssonde 25 kann im Bereich des Durchflussmessers 27 beispielsweise einen nichtleitenden Abschnitt 25a umfassen. Dies begünstigt eine induktive Durchflussmessung.
- Die Füllmaschine 21 umfasst ferner einen ringförmigen Produktkessel 29, an dem die Füllorgane 24 ohne dazwischen frei verlaufende Verbindungsleitungen angeflanscht sind.
- Die übrigen Funktionen der Füllmaschine 21, insbesondere die Auswertung der mit den einzelnen Durchflussmessern 27 gemessenen Ist-Durchflüsse 28 in der Auswerteeinheit 18 und deren Anbindung an die Steuerung 19 entsprechen prinzipiell den bezüglich der Füllmaschine 1 beschriebenen Funktionen, sodass diese nicht nochmals beschrieben / dargestellt sind.
- Mit den Füllmaschinen 1, 21 kann jeweils wie folgt gearbeitet werden:
Ordnungsgemäße Füllvorgänge werden mittels der Kurzschlusssonden 5, 25 nach Erreichen der jeweiligen Sollfühlhöhe 6, 26 automatisch beendet. Auf diese Weise werden sämtliche Behälter 3 mit im Wesentlichen identischer Füllhöhe mit dem Produkt 2 befüllt. - Während der einzelnen Füllvorgänge wird laufend der momentane Ist-Durchfluss 8, 28 des Produkts 2 zu den bzw. durch die Füllorgane 4, 24 überwacht. Die gemessenen Ist-Durchflüsse 8, 28 werden hierbei laufend mit wenigstens einem Referenz-Durchfluss und/oder einem Referenzverlauf des Durchflusses verglichen. Diesbezüglich gegebenenfalls festgestellten Abweichungen des Ist-Durchflusses 8, 28 werden in der Auswerteeinheit 18 auf Zulässigkeit überprüft.
- Wird beispielsweise eine unzulässige Abweichung des Ist-Durchflusses 8, 28 festgestellt, die charakteristisch für einen Flaschenbruch ist, wird die Steuerung 19 der Füllmaschine 1, 21 angewiesen, den Füllvorgang des betroffenen Füllorgans 4, 24 automatisch durch Betätigung des am jeweiligen Füllorgans 4, 24 vorhandenen Produktventils 12 vorzeitig und insbesondere möglichst frühzeitig abzubrechen. Dadurch lässt sich verhindern, dass das Produkt 2 an einen defekten Behälter 3 abgegeben wird und somit als Produktverlust zu Buche schlägt.
- Bei CIP-Prozessen wird der Produktweg 23 und/oder die Zuleitung 9 mit einem Reinigungsmittel 22, Sterilisationsmittel oder dergleichen durchströmt, dessen Ist-Durchfluss 8, 28 ebenso mit Hilfe der einzelnen Durchflussmesser 7, 27 individuell für die Füllorgane 4, 24 überwacht werden kann.
- Hierbei können die einzelnen Ist-Durchflüsse 8, 28 beispielweise integriert und somit die durch die einzelnen Füllorgane 4, 24 geflossene Menge des Reinigungsmittels 22 kumulativ bestimmt werden. Ebenso können die CIP-Prozesse für einzelne Füllorgane 4, 24 zielgerichtet beendet werden, sobald eine geforderte Mindest-Durchflussmenge des Reinigungsmittels 22 am jeweiligen Füllorgan 4, 24 basierend auf den gemessenen Ist-Durchflüssen 8, 28 erreicht ist.
- Die Kriterien zur Beurteilung der Zulässigkeit von Ist-Durchflüssen 8, 28 während Füllvorgängen und/oder bei CIP-Prozessen können mittels elektronischer Programmierung der Auswerteeinheit 18 flexibel für einzelne Füllorgane 4, 24 und/oder Produkte 2 und/oder Reinigungsmittel 22 und/oder Behälter 3 festgelegt werden.
Claims (14)
- Füllmaschine (1, 21) zum Abfüllen eines flüssigen Produkts (2) in Behälter (3), umfassend Füllorgane (4, 24) mit Kurzschlusssonden (5, 25) zum Beenden von Füllvorgängen nach Erreichen einer Sollfüllhöhe (6, 16) des Produkts (2) in den Behältern (3), gekennzeichnet durch den Füllorganen (4, 24) individuell zugeordnete Durchflussmesser (7, 27) zur Messung eines momentanen Ist-Durchflusses (8, 28) durch die einzelnen Füllorgane (4, 24).
- Füllmaschine nach Anspruch 1, wobei die Durchflussmesser (7) in/an Zufuhrleitungen (9) zu den einzelnen Füllorganen (4) angeordnet sind.
- Füllmaschine nach Anspruch 1, ferner mit einer Auswerteeinheit (18) zur Ermittlung von Abweichungen der momentanen Ist-Durchflüsse (8, 28) durch die Füllorgane (4, 24) von wenigstens einem Referenz-Durchfluss und insbesondere zur Beurteilung der Zulässigkeit der ermittelten Abweichungen.
- Füllmaschine nach Anspruch 3, wobei die Auswerteeinheit (18) ausgebildet ist, bei Überschreiten einer vorgegebenen zulässigen Abweichung des Ist-Durchflusses (8, 28) von einem Soll-Durchfluss einen fehlerhaften Füllvorgang und insbesondere einen Behälterbruch festzustellen.
- Füllmaschine nach Anspruch 3 und/oder 4, ferner mit einer Steuerung (19), die dazu ausgebildet ist, den Produktfluss bei unzulässiger Abweichung und insbesondere einem darauf basierend festgestellten Behälterbruch individuell für das betroffene Füllorgan (4, 24) vorzeitig zu unterbinden.
- Füllmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Auswerteeinheit (18) zum Speichern von für das Produkt (2) und/oder einzelne Füllorgane (4, 24) spezifischen Referenz-Durchflüssen und/oder zeitlichen Referenz-Durchflussverläufen ausgebildet ist.
- Füllmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Auswerteeinheit (18) dazu ausgebildet ist, den gemessenen Ist-Durchfluss (8, 28) für einzelne Füllorgane (4, 24) und/oder unterschiedliche Produkte (2) und/oder unterschiedliche Reinigungsmittel (22) individuell zu speichern und statistisch auszuwerten, um für einzelne Füllorgane (4, 24) und/oder unterschiedliche Produkte und/oder unterschiedliche Reinigungsmittel spezifische Referenz-Durchflüsse und/oder zeitliche Referenz-Durchflussverläufe zu berechnen.
- Verfahren zur Kontrolle von Füllvorgängen und/oder CIP-Prozessen an einer Füllmaschine (1, 21) mit Füllstandbegrenzung mittels Kurzschlusssonde (5, 25), insbesondere an einer Füllmaschine nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein momentaner Ist-Durchfluss durch die einzelnen Füllorgane überwacht wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ist-Durchfluss (8) in Zuleitungen (9) zu den einzelnen Füllorganen (4) gemessen wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ist-Durchfluss (28) in den Füllorganen (24) und insbesondere im Bereich der Kurzschlusssonden (25) gemessen wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei eine Abweichung des momentanen Ist-Durchflusses (8, 28) von wenigstens einem gespeicherten Referenz-Durchfluss und/oder Referenz-Durchflussverlauf laufend maschinell berechnet und insbesondere auf Zulässigkeit beurteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, wobei einzelne Füllvorgänge bei einer für einen Behälterbruch charakteristischen unzulässigen Abweichung vorzeitig mittels elektronischer Steuerung (19) abgebrochen werden.
- Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei bei CIP-Prozessen aus dem dabei gemessenen Ist-Durchfluss (8,28) eine durch einzelne Füllorgane (4, 24) geflossene Menge eines Reinigungsmittels (22) berechnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Zufluss des Reinigungsmittels (22) zu einzelnen Füllorganen (4, 24) nach Erreichen einer pro Füllorgan (4, 24) vorgeschriebenen Menge des Reinigungsmittels (22) mittels elektronischer Steuerung (19) individuell für die Füllorgane (4, 24) unterbunden wird.
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