WO2007048742A1 - Verfahren zum sicheren abfüllen bei ventilgesteuerten abfüllanlagen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for safe filling in valve-controlled filling systems according to the preamble of claim 1.
- valve-controlled filling systems are used to fill liquid products in special containers, usually bottles.
- the problem here is often the foaming during the filling process. If the filling product is a soapy liquid, for example hair shampoo, the foaming caused by air bubbles during filling can easily cause the shampoo bottle to overflow during the filling process. Such spillover at a single filling station can result in the stoppage of the entire bottling plant. Depending on what quantity of the product has overflowed, extensive cleaning measures are necessary.
- the amount of product that is to be filled in each filling process is often measured with flowmeters (eg Dosimass, Dosimag Fa. Endress + Hauser) and adjusted by a dosing.
- flowmeters eg Dosimass, Dosimag Fa. Endress + Hauser
- the object of the invention is therefore to provide a method for safe filling in valve-controlled filling systems, that does not have the disadvantages mentioned above, that in particular the overflow during the filling process due to air bubble formation reliably prevented and is easy and inexpensive to implement.
- Method for safe filling in valve-controlled filling systems at individual filling stations flow meters for determining the filling quantity of the Have bottling, characterized by the following steps: opening the filling valve at the time TO; Determining the flow rate value D (ti) with the filling valve open for several time intervals t1, t2, ..tn, checking the flow rate values D (ti) for significant deviations caused by air bubble formation in the filling product; Closing the filling valve at time Tl if no significant deviations occur; Close the filling valve at time Tl ' ⁇ Tl if significant deviations occur
- the essential idea of the invention is the formation of air bubbles in the filling, causing the overflow during the filling process, quickly and easily by evaluating several flow values D (ti), at times to which a constant flow at the filling station in question should prevail, to recognize.
- the flow meters it may be z.
- the invention is particularly suitable for fast filling operations, in which the time between the opening and closing of the filling valve is less than 1-5 seconds.
- the pulses that are output at the pulse output of the flow meters, taken to determine the current flow value taken to determine the current flow value.
- Fig. 1 typical filling plant in a schematic representation
- Fig. 2 filling curve at a filling station of the filling plant
- FIG. 3 simplified filling curve according to FIG. 2.
- Fig. 1 is a typical filling plant, as used in various industries, shown.
- the liquid filling product P (hair shampoo) is provided in a storage container 40.
- the feed tank 40 is connected via a central supply line 50 with the individual filling stations ap which are designated as line 1 to line 16. For clarity, only two filling station a and p are provided with reference numerals.
- Each filling station has a flow meter 52 and a filling valve 54. Via valve tips 56, the filling product AP is filled into the filling container 60, here shampoo bottles.
- the filling containers 60a to 60p together are guided via a conveyor belt 70 to the individual filling stations.
- the flow measuring devices 52 and the filling valves 54 are connected to a dosing control unit 10 via signal lines, 16 control signal lines SSL1 -SSL 16 and 16 measuring signal lines MSL1-MSL16.
- the metering control unit 10 is constructed in a modular manner. It consists of a power supply, a central processing unit, Profibus DP slave unit, a digital pulse input unit (16-fold), a digital pulse output unit (16-fold 24V, 0.5 A) and a 4-20 mA - Unit (4x AI, 2x AO)
- the dosing control unit 10 is connected to a central controller 20.
- the communication between the Dosier horrungsaku 10 and the central controller 20 is carried out according to the Profibus DP standard, the Dosier horrungsaku 10 acts as a Profibus DP slave and the controller 20 as a Profibus DP master.
- the controller 20 controls the entire supply and discharge of the filling container 60 to the individual filling stations a-p. The entire filling cycle for every 16 filling containers takes about 5 seconds.
- the dosing control unit 10 is further connected to a local display unit 30, which is designed as a touch screen, via which the configuration of the bottling plant takes place.
- Constant filling conditions are obtained only when the head pressure KP is kept constant in the storage tank 40.
- a pressure gauge 46 is provided on the reservoir 40, which measures the head pressure KP in the container 40.
- the head pressure KP can be adjusted.
- the corresponding control of the head pressure also takes place via the metering control unit 10.
- the current head pressure is transmitted as a 4-20 mA signal via the measurement signal line MSL 17 to the metering control unit 10.
- the valve 44 is controlled by the metering control unit 10 in order to thereby keep the head pressure KP in the container 40 constant.
- a filling curve as typically occurs at each of the filling stations a-p, is shown.
- the flow rate at one of the filling tips is plotted as a function of time.
- the desired filling quantity F is predetermined during the start-up of the bottling plant and stored in the metering control unit 10. According to the Filling capacity F, the filling valve is activated at each filling station.
- Tl command from the dosing control unit 10 to the filling valve 54a open the valve.
- T2 filling valve 54a is fully open.
- T3 command from the dosing control unit 10 to the filling valve 54a close valve, since the filling amount is achieved taking into account the follow-up amount.
- T4 filling valve 54a is closed.
- the filling quantity F of the filling product AP filled into the filling container 60 corresponds in principle to the area under the curve between the times T 1 and T 4 (about 0.5 sec).
- Fig. 3 the filling curve of FIG. 2 is again shown greatly simplified.
- the flow remains approximately constant between times T2 and T3.
- This time range is subdivided into several time intervals t1 to tn.
- the entire filling process takes less than 1 second.
- the length of the time intervals t1 to tn can be selected between approximately 10 and 100 ms.
- the current flow value D (tj) can be given
- the values D ( ⁇ t 1 ) are checked for significant deviations If a significant change is detected, the valve 44 at the filling station in question is closed before time T 3. Significant deviations are generally indicative of foaming, and closure of the filling container avoids overflowing the filling container.
- the invention assumes that between the times T2 and T3, the flow rate is approximately constant.
- the mean value of the flow rate in this time range can be obtained, for example, with a moving averaging from the values D (tj).
- the tolerance limit is approx. +/- 5%. It is application specifically adjustable.
- the inventive method is characterized mainly by its simplicity and by its speed. With the method according to the invention a safe filling is possible even with foaming filling products and fast filling operations.
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Abstract
Bei einem Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfüllanlagen, die an einzelnen Abfüllstationen (a-p) Durchfüssmessgeräte (52) zur Bestimmung der Abfüllmenge des Abfüllprodukts aufweisen, werden bei geöffnetem Abfüllventil (54) die Durchflusswertes D(ti) für mehrere Zeitintervalle tl, t2, ..tn bestimmt und auf signifikante Abweichungen, die durch eine Luftblasenbildung im Abfüllprodukt hervorgerufen werden, hin geprüft. Treten signifikante Abweichungen auf , so wird das betreffende Abfüllventil vorzeitig geschlossen.
Description
Beschreibung
Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfü
Uanlagen
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfüllanlagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
[0002] In verschiedenen Industriebereichen werden ventilgesteuerte Abfüllanlagen eingesetzt, um flüssige Produkte in spezielle Behälter, meist Flaschen, abzufüllen. Problematisch hierbei ist häufig die Schaumbildung beim Abfüllprozess. Handelt es sich bei dem Abfüllprodukt um eine seifige Flüssigkeit, zum Beispiel Haarshampoo, so kann die Schaumbildung, die durch Luftblasen beim Abfüllen verursacht wird, leicht ein Überlaufen der Shampooflasche beim Abfüllvorgang bewirken. Ein solches Überlaufen an einer einzelnen Abfüllstation kann den Stillstand der gesamten Abfüllanlage nach sich ziehen. Je nach dem, welche Menge des Produkts übergelaufen ist, sind umfangreiche Reinigungsmaßnahmen notwendig sind.
[0003] Die Menge des Produktes, die bei jedem Abfüllvorgang abgefüllt werden soll, wird häufig mit Durchflussmessgeräten (z. B. Dosimass, Dosimag der Fa. Endress+Hauser) gemessen und über eine Dosiersteuerung eingestellt.
[0004] Treten beim Abfüllvorgang Luftblasen auf, so ist die Durchflussmessung je nach Messprinzip mehr oder weniger gestört. Die vom entsprechenden Messgerät gelieferten Durchflusswerte weichen vom tatsächlich vorhandenen Durchfluss ab. Bei Coriolis-Massedurchflussmessgeräten und bei magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräten sind aufwendige Verfahren zur Luftblasenerkennung bekannt. Augrund der komplizierten Auswerteverfahren dauert es eine gewisse Zeit, bis das Gerät eine Luftblasenerkennung erkennt und diese z. B. an seinem Statusausgang anzeigt. Für schnelle Abfüllvorgange, mit Abfüllzeiten unter einer Sekunde, sind solche Verfahren nicht geeignet.
[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfüllanlagen anzugeben, dass die oben genannten Nachteile nicht aufweist, dass insbesondere das Überlaufen während des Abfüllprozesses aufgrund von Luftblasenbildung sicher verhindert und das einfach und kostengünstig realisierbar ist.
[0006] Gelöst wird diese Aufgabe durch folgende im Anspruch 1 angegebene Merkmale.
[0007] Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfüllanlagen, die an einzelnen Abfüllstationen Durchflussmessgeräte zur Bestimmung der Abfüllmenge des
Abfüllprodukts aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Öffnen des Abfüllventils zum Zeitpunkt TO; Bestimmung des Durchflusswertes D(ti) bei geöffnetem Abfüllventil für mehrere Zeitintervalle tl, t2, ..tn, Prüfung der Durchflusswerte D(ti) auf signifikante Abweichungen, die durch Luftblasenbildung im Abfüllprodukt hervorgerufen werden; Schließen des Abfüllventils zum Zeitpunkt Tl wenn keine signifikante Abweichungen auftreten; Schließen des Abfüllventils zum Zeitpunkt Tl' < Tl wenn signifikante Abweichungen auftreten
[0008] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Bildung von Luftblasen im Abfüllprodukt, die das Überlaufen beim Abfüllvorgang verursachen, schnell und einfach durch die Auswertung mehrere Durchfluss werte D(ti), zu Zeiten zu denen ein konstanter Durchfluss an der betreffenden Abfüllstation herrschen sollte, zu erkennen.
[0009] Falls signifikante Abweichungen im Durchfluss festgestellt werden, wird das betreffende Abfüllventil vorzeitig geschlossen.
[0010] Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0011] Bei den Durchflussmessgeräten kann es sich z. B. um Coriolis- bzw. magn etisch- induktive Durchflussmessgeräte handeln.
[0012] Die Erfindung eignet sich besonders für schnelle Abfüllvorgänge, bei denen die Zeitdauer zwischen dem Öffnen und Schließen des Abfüllventils unter 1-5 Sekunden liegt.
[0013] In einer Weiterentwicklung der Erfindung werden die Impulse, die am Impulsausgang der Durchflussmessgeräte ausgegeben werden, zur Bestimmung des aktuellen Durchfluss wertes genommen.
[0014] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
[0015] Es zeigen:
[0016] Fig. 1 typische Abfüllanlage in schematischer Darstellung;
[0017] Fig. 2 Abfüllkurve an einer Abfüllstation der Abfüllanlage
[0018] Fig. 3 vereinfachte Abfüllkurve nach Fig. 2
[0019] In Fig. 1 ist eine typische Abfüllanlage, wie sie in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt wird, dargestellt. Das flüssige Abfüllprodukt P (Haarshampoo) wird in einem Vorlagebehälter 40 bereitgestellt. Der Vorlagebehälter 40 ist über eine zentrale Zufuhrleitung 50 mit den einzelnen Abfüllstationen a-p die als Linie 1 bis Linie 16 bezeichnet sind, verbunden. Der Übersichtlichkeit halber sind nur zwei Abfüllstation a und p mit Bezugszeichen versehen. Jede Abfüllstation weist ein Durchflussmessgerät
52 und ein Abfüllventil 54 auf. Über Ventilspitzen 56 wird das Abfüllprodukt AP in die Abfüllbehälter 60, hier Shampooflaschen, eingefüllt. Die Abfüllbehälter 60a bis 60p gemeinsam werden über ein Transportband 70 zu den einzelnen Abfüllstationen geführt. Die Durchflussmessgeräte 52 und die Abfüllventile 54 sind über Signalleitungen, 16 Steuersignalleitungen SSLl -SSL 16 und 16 Messsignalleitungen MSL1-MSL16, mit einer Dosiersteuerungseinheit 10 verbunden.
[0020] Die Dosiersteuerungseinheit 10 ist modulartig aufgebaut. Sie besteht aus einem Netzteil, einer zentralen Recheneinheit, Profibus DP Slave-Einheit, einer digitalen Impuls-Eingangs-Einheit (16 fach), einer digitalen Impuls- Ausgangseinheit (16-fach 24V, 0,5 A) und einer 4-20 mA- Einheit (4fach AI, 2-fach AO)
[0021] Über eine Busverbindungsleitung 22 ist die Dosiersteuerungseinheit 10 mit einer zentralen Steuerung 20 verbunden. Die Kommunikation zwischen der Dosiersteuerungseinheit 10 und der zentralen Steuerung 20 erfolgt nach dem Profibus DP Standard, wobei die Dosiersteuerungseinheit 10 als Profibus DP Slave und die Steuerung 20 als Profibus DP Master fungiert. Die Steuerung 20 steuert die gesamte Zuführung und Abfuhr der Abfüllbehälter 60 zu den einzelnen Abfüllstationen a-p. Der gesamte Abfüllzyklus für jeweils 16 Abfüllbehälter dauert ca. 5 Sekunden.
[0022] Die Dosiersteuerungseinheit 10 ist weiterhin mit einer lokalen Anzeigeeinheit 30, die als Touchscreen ausgebildet ist, verbunden über die die Konfigurierung der Abfüllanlage erfolgt.
[0023] Konstante Abfüllbedingungen erhält man nur, wenn der Kopf druck KP im Vorlagebehälter 40 konstant gehalten wird. Hierfür ist ein Druckmesser 46 am Vorlagebehälter 40 vorgesehen, der den Kopfdruck KP im Behälter 40 misst. Über eine Druckluft-Zufuhrleitung 42, in der ein Ventil 44 vorgesehen ist, kann der Kopfdruck KP eingestellt werden. Die entsprechende Regelung des Kopfdrucks erfolgt ebenfalls über die Dosiersteuerungseinheit 10. Hierfür wird der aktuelle Kopfdruck als 4-20 mA-Signal über die Messsignalleitung MSL 17 an die Dosiersteuerungseinheit 10 übertragen. Über die Steuerungssignalleitung SSL17 wird das Ventil 44 von der Dosiersteuereinheit 10 entsprechend angesteuert, um dadurch den Kopfdruck KP im Behälter 40 konstant zu halten.
[0024] In Fig. 2 ist eine Abfüllkurve, wie sie an jeder der Abfüllstationen a-p typischerweise auftritt, dargestellt. Aufgetragen ist die Durchflussmenge an einer der Abfüllspitzen in Abhängigkeit von der Zeit.
[0025] Die gewünschte Füllmenge F wird bei der Inbetriebnahme der Abfüllanlage vorgegeben und in der Dosiersteuerungseinheit 10 abgespeichert. Entsprechend der
Füllmenge F wird das Abfüllventil an jeder einzelnen Abfüllstation angesteuert.
[0026] Die in der Zeichnung dargestellten gestrichelten Linien kennzeichnen folgende
Zeitpunkte: Tl Befehl von der Dosiersteuereinheit 10 an das Abfüllventil 54a Ventil öffnen. T2 Abfüllventil 54a ist vollständig geöffnet. T3 Befehl von der Dosiersteuereinheit 10 an das Abfüll ventil 54a Ventil schließen, da die Abfüllmenge unter Berücksichtigung der Nachlaufmenge erreicht ist. T4 Abfüllventil 54a ist geschlossen. Die in den Abfüllbehälter 60 abgefüllte Füllmenge F des Abfüllprodukts AP entspricht im Prinzip der Fläche unter der Kurve zwischen den Zeitpunkten Tl und T4 (ca. 0.5 sec)
[0027] Es findet natürlich keine mathematische Integration der Abfüllkurve in der Dosier- steuerungseinheit 10 statt. Es werden einfach die Impulswerte, die das Durchfluss- messgerät an seinem Impulsausgang liefert, aufaddiert. Wird ein bestimmter Grenzwert, der Füllmenge F minus der Nachlaufmenge entspricht, erreicht, so erfolgt der Schließbefehl an das jeweilige Abfüllventil. Die Nachlaufmenge, d. h. die Menge Abfüllprodukt die nach dem Schließbefehl noch abfließt, ist damit entsprechend berücksichtigt.
[0028] Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Durchfluss zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 in denen das Abfüllventil vdlig geöffnet ist, relativ konstant. In diesem Zeitbereich erfolgt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0029] In Fig. 3 ist die Abfüllkurve gemäß Fig. 2 noch einmal stark vereinfacht dargestellt. Für das erfindungsgemäße Verfahren geht man davon aus, dass der Durchfluss zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 etwa konstant bleibt. Dieser Zeitbereich wird in mehrere Zeitintervalle tl bis tn unterteilt. Der gesamte Abfüllvorgang dauert weniger als 1 Sekunde. Die Länge der Zeitintervalle tl bis tn ist zwischen ca. 10-100 msec wählbar. Für jedes Zeitintervall ti kann der aktuelle Durchfluss wert D (tj angegeben werden. Die Summe aller Durchfluss werte D (t J für i= 1 bis n ergibt die Abfüllmenge F. Die Werte D (^t1) werden auf signifikante Abweichungen überprüft. Wird eine signifikante Änderung festgestellt, so wird das Ventil 44 an der betreffenden Abfüllstation vor dem Zeitpunkt T3 geschlossen. Signifikante Abweichungen deuten in der Regel auf Schaumbildung hin. Durch ein Schließen des betreffenden Abfüllventils wird ein Überlaufen des Abfüllbehälters vermieden.
[0030] Die Erfindung geht davon aus, dass zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 die Durchflussrate in etwa konstant ist. Der Mittelwert des Durchflusses in diesem Zeitbereich kann zum Beispiel mit einer gleitenden Mittelwertbildung aus den Werten D (tj) gewonnen werden. Die Toleranzgrenze beträgt ca. +/- 5%. Sie ist applikations-
spezifisch einstellbar.
[0031] Da nur die Dosiersteuerungseinheit 10 über die entsprechende Information, in welchen Zeitbereichen mit einem konstanten Durchfluss zu rechnen sein müsste, verfügt, kann diese einfache Luftblasenerkennung nicht von den Durchfluss- messgeräten selbst durchgeführt werden.
[0032] Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich vor allem durch seine Einfachheit und durch seine Schnelligkeit aus. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein sicheres Abfüllen auch bei schäumenden Abfüllprodukten und schnellen Abfüllvorgängen möglich.
[0033] Verunreinigungen der Abfüllanlage 1 aufgrund von Überfüllungen werden so sicher vermieden. [0034]
Tabelle 1
Claims
Ansprüche
[0001] 1. Verfahren zum sicheren Abfüllen bei ventilgesteuerten Abfüllanlagen, die an einzelnen Abfüllstationen Durchflussmessgeräte zur Bestimmung der Abfüllmenge des Abfüllprodukts aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Öffnen des Abfüllventis zum Zeitpunkt TO, Bestimmung des Durchflusswertes D(ti) bei geöffnetem Abfüllventil für mehrere Zeitintervalle tl, t2, ..tn, Prüfung der Durchflusswerte D(ti) auf agrdfikante Abweichungen, die durch Luftblasenbildung im Abfüllprodukt hervorgerufen werden, Schließen des Abfüllventis zum Zeitpunkt Tl wenn keine signifikante Abweichungen auftreten, Schließen des Abfüllventis zum Zeitpunkt Tl' < Tl wenn signifikante Abweichungen auftreten.
[0002] 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfüllanlage mehrere Abfüllstationen mit jeweils einem Durchflussmessgerät und einem Ab- füllventi aufweist.
[0003] 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abfüllvorgang nur an der Abfüllstation unterbrochen wird, an der signifikante Abweichungen auftreten.
[0004] 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmessgeräte Corioϊs- bzw. Magnetisch- hduktive-Durchflussmessgeräte sind.
[0005] 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer zwischen dem Öffnen und Schließen des Abfüllventis ca. 1-5 Sekunden beträgt.
[0006] 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Durchflusswert über die Impulswerte, die am Impulsausgang des Durchflussmessgeräts ausgegeben werden, bestimmt wird.
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