用于装填容器的方法和装填系统

摘要

本发明涉及一种用于通过装填系统以液体装填材料装填容器(2)的方法，通过该方法，装填材料被经由装填材料体积流量控制器(18)供给到容器(2)，该装填材料体积流量控制器(18)以开环或闭环的方式基于目标装填曲线(FK)控制装填材料体积流量，该目标装填曲线(FK)被存储在控制该装填材料体积流量控制器(18)的控制计算机(17)中，即具有在多个按时间顺序排列的连续子阶段中变化的装填材料体积流量进程，该装填材料体积流量进程包括在装填阶段的开始和结束时的至少一个减少的装填材料体积流量(Ql、Q3)以及在位于二者之间的快速装填阶段中的增大的装填材料体积流量(Q2)。为了同时装填容器组，该装填系统(1)为每个容器(2)形成装填位置(3.1-3.4)，其中，在装填阶段过程中，该装填材料被经由为所有装填位置(3.1-3.4)所共用的装填材料体积流量控制器(18)供给到装填位置(3.1-3.4)，并且被供给到每个容器的体积流量被通过相应的单独的流量计(20)连续地检测作为实际值并且在控制计算机(17)中用于校正对于该装填材料体积流量控制器(18)的控制。

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的方法以及一种根据 权利要求11的前序部分所述的装填系统。

背景技术

一种带有如权利要求1的前序部分所述的特征的方法是已知的(EP0 979207B1)。利用意在于装填过程的装填阶段期间用于装填相对大体积的 桶状容器或桶的该已知方法，通过体积流量控制器或装填材料体积控制器 并且特别根据存储在控制计算机中的装填曲线对流到相应容器中的装填材 料体积流量进行控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法，利用该方法，至少两个容器、但优选 地不止两个容器(例如四个容器)可以所要求的装填精度仅利用单个装填 材料流量控制器同时进行装填，并且特别地通过考虑了目标装填曲线进行 装填。为了解决该问题，提供了根据权利要求1所述的方法。提供了根据 权利要求11所述的装填系统。

根据本发明所述的方法的具体特征是，仅利用单个装填材料体积流量 控制器，对于至少两个容器、且优选地不止两个容器进行同时装填或以时 间并行的方式进行装填经由装填头发生，在所有情况下，为每个容器分配 一个装填头。由于在实践中，就在装填阶段过程中流入到各个容器或流到 装填头的该装填材料体积流量而言，获得绝对相同的状况是不可能的，因 此，本发明表明，对于总装填材料体积流量以及因此对流到装填头的装填 材料体积流量的控制确实通过各个装填材料流量控制器普遍地发生，但流 到容器的每个装填材料体积流量都由单独的流量计进行监控，并且利用来 自该流量计的测量结果对该控制进行校正(校正控制)。

根据目标装填曲线对该装填材料体积流量控制器进行的全面控制，该 目标装填曲线为标准化装填曲线或为装填材料所特有的和/或为容器所特 有的装填曲线。

通过根据本发明的方法，可通过减少所需功能元件的数量而在设计和 技术控制方面实现对该装填系统的大幅简化。特别地，仅需要单个装填材 料体积流量控制器，并且例如同样仅需要一个用于提供该装填材料的装填 材料泵，并且具体来说，尽管存在以所需的装填精度同时装填至少两个容 器(但优选地不止两个容器)的可能性。

利用根据本发明的方法，容器具有优选地介于3至10升的范围中的容 器或装填体积。如果该目标装填曲线呈现出了具有不同体积流量的子阶段， 则校正控制例如通过移动各个子阶段之间的过渡的时间点而发生。然而， 在任何情况下，基于来自流量计的测量值，当已将所需的总装填体积传入 它时，对于每个容器都到达了装填或装填阶段的最终完结。

在本发明的另一实施例中，该方法被设置成，例如使得通过控制计算 机基于从流量计提供到该控制计算机的测量值实现了在该目标装填曲线的 至少两个子阶段之间、例如在具有减少的装填材料体积流量(Q1)的装填 阶段与具有增大的装填材料体积流量(Q2)的快速装填阶段之间和/或在快 速装填阶段与结尾装填阶段之间的过渡的时间位移，

和/或

通过该控制计算机，基于从流量计提供给该控制计算机的测量值，发 生该装填阶段的结束的时间位移，

和/或

该控制计算机同时监控各个实际装填曲线，并且基于与该目标装填曲 线相比较的结果分别控制装填过程或该装填材料体积流量控制器，

和/或

通过将由该流量计获取的装填材料体积流量以及该容器处的对应的实 际装填曲线与存放在控制计算机中的目标装填曲线相比较，对装填材料体 积流量控制器的致动进行校正，并且，在存在偏差的情况下，例如通过为 所需装填曲线的至少两个子阶段之间的过渡确定时间而对装填材料体积流 量控制器的致动进行校正，

和/或

当已将最小装填材料量引入到那些装填最慢的容器中时，基于由流量 计提供的测量值，该控制计算机仅执行从装填阶段到快速装填阶段的时间 转换，其中，在快速装填阶段开始时输送那些装填最慢的容器，

和/或

当装填材料以最大流量流入到其中的容器被在快速装填阶段的结束时 装填了所需的装填材料量时，从快速装填阶段到后续阶段、例如到结尾装 填阶段的转换随后以减少的或正在减少的装填材料体积流量(Q3)发生， 和/或，在对利用加压气体预加压的该容器进行反压力装填的情况下，经由 为所有装填点所共用的回气管线引导通过液体装填材料从该容器挤出的回 气，在该回气管线中，设置回气调节器以便维持恒定的回气压力，

和/或

在利用含有二氧化碳的装填材料进行压力装填的情况下，加压气体压 力和/或回气压力略高于该装填材料的二氧化碳平衡压力，从而例如达到1.5 巴，

和/或

为了致动装填材料体积流量控制器，使用为产品和/或容器所特有的目 标装填曲线，

其中，迄今为止所引用的特征在所有情况下均可被单独地或在任意所 需的组合中使用。

术语“压力装填”在本发明的意义上应该被理解为意指一种装填方法， 利用这种装填方法，待装填的容器在所有情况下均在密封位置中触靠在该 装填元件上，并且通常在实际装填阶段之前，即在打开液体阀之前，被经 由形成在该装填元件中的至少一个受控气体通道利用加压气体(例如惰性 气体或二氧化碳气体)预加压。随后，该加压气体在利用流入到该容器中 的装填材料进行装填的过程中，不断从该容器的内部被作为回气挤出，并 且具体地经由形成在该装填元件中的至少一个受控气体通道，流到回气通 道中。该预加压阶段可以在其它处理阶段之后进行，这些其它处理阶段例 如为利用惰性气体(诸如二氧化碳气体等)对容器的内部进行排空和/或冲 洗，并且具体地，同样经由形成在装填元件中的气体通道进行。

表述“基本上”或“约”或“大致”在本发明的意义上表示相对于相 应的精确值的+/-10％、优选地为+/-5％的偏离和/或呈对就功能而言是无关 紧要的变化的形式的偏离。

本发明的其它实施例、优点和应用可能性也源自对实施例进行的下列 描述并且源自附图。在该上下文中，所描述和/或以绘图的方式呈现的所有 特征本身或处于所需的任意组合中原则上均是本发明的目的，不管在权利 要求中是否包括它们或对其有所提及。权利要求的内容同样是该说明书的 组成部分。

附图简要说明

下文中基于与实施例相关的附图更为详细地说明本发明。这些附图示 出了：

图1是一种用于利用诸如啤酒之类的液体材料对四个呈罐的形式的容 器进行同时装填或并行装填的装填系统的功能示意图；

图2是图1的装填系统的装填位置中的一个连同在该装填位置的装填 头或装填元件处被布置成处于密封位置中的容器的功能示意图；

图3是在装填该容器的期间的装填曲线的时间进程；

图4是部件单元的透视图，该部件单元包括图1的装填系统的装填头 和通向这些装填头的管线以及布置在这些管线中的功能元件；

图5是部件单元的透视图。

具体实施方式

在图1中大体上以1指代的装填系统是装填机的组成部分，并用于例 如利用诸如啤酒之类的含有CO₂的装填材料同时或并行压力装填四个容器 2。容器2优选地为体积为从三升到十升(例如3.1升、5升、或10升)的 罐，例如宴会罐(partycan)。为了同时装填容器2，该装填系统形成四个 装填位置3.1-3.4，容器2被定向在这些装填位置处，每一个容器2均被定 向成它们的容器开口向上放置，它们的容器轴线处于垂直方向，并且它们 的容器底部竖直地站立在容器支承件4上。利用其容器开口，经由密封件 5.1处于密封位置中的容器2被布置在装填元件或装填头5处。

除了其它元件以外，每个装填头5均包括可控制的液体阀6，该可控制 的液体阀6可被在打开状态与关闭状态之间进行控制，在该打开状态中， 装填材料可流入到相关的容器2中，在关闭状态中，装填材料2到容器中 的流入被液体阀6、加压气体阀7和回气阀8所中断。每个装填头5也具有 长的装填管9，该长的装填管9在装填过程中向远处延伸穿过该容器开口， 延伸到该容器的内部，并且通过该长的装填管9利用液体装填材料对相应 的容器2进行装填。装填管9的上端连接到形成在装填材料头5中的液体 通道，在该液体通道中布置有液体阀6，并且此外加压气体阀7在出口侧通 向该液体通道。

在装填相应容器2的过程中，回气阀8在入口侧上例如通过相对于装 填管9横向地设置在密封件5.1内的未示出的开口而与该容器的内部的尚未 被装填材料占据的头部空间相连。

为了将装填材料分别引导到装填位置3.1-3.4或者设置于该处的装填头 5，使用装填材料泵10，该装填材料泵10可被在其输送能力(体积流量) 及其输出压力方面进行调节或控制，优选地进行无级调节或控制，并且优 选地装填材料泵10的电机可由变频器在其速度和/或转矩方面进行调节或 控制(FU控制泵)。

装填材料泵10在入口侧上被连接到提供装填材料的未示出的来源(例 如装填材料罐)，并且在出口侧上被连接到产品管线11，该产品管线11在 由双向分配器形成的第一分支12处延伸成两个产品管线13，这两个产品管 线13又各自在由双向分配器形成的第二分支14处延伸成产品管线15，每 个产品管线15均通向装填头5并且通向位于该处的液体阀6。由于该多重 分支，并且由于产品管线13的有效截面相对于产品管线11的相应分级或 分级式缩小以及产品管线15的有效截面相对于产品管线13的相应分级或 分级式缩小，利用装填阶段中打开的液体阀16，在装填容器2的期间，将 所有产品管线15中的以及通过所有装填材料头5的装填材料体积流量保持 成是尽可能相同的。获得了产品管线13和15的渐变的有效流动截面实现 了，例如这是因为形成这些产品管线的管线的内部截面对应地是阶梯状的， 和/或这是因为在产品管线13和15中设置了阻流器，该阻流器相应地抑制 了装填材料体积流量。

特别地，当通过形成这些产品管线的管道的内部截面的对应分级导致 产品管线13和15的有效截面的分级时，在这些管道内侧产生了静态压力， 该静态压力最终导致在所有装填头5以及分别在它们的装填材料出口或口 部中主要呈现的几乎相同的流量和压力状况。

分支12和14以及形成这些分支的双向分配器分别优选地形成为Y形 分支以有助于流动，如特别在图4中以非常示意性的形式所表示的那样。

在产品管线11中沿着装填材料的流动方向在装填材料泵10的下游设 置有压力传感器16，该压力传感器16持续不断地监视产品管线11内的装 填材料的压力，并且该压力传感器16的传感器信号经由控制计算机17以 如下方式控制除其它元件之外的装填材料泵10，使得装填材料泵10在产品 管线11中输出恒定的或基本恒定的装填材料压力，并且无论在装填容器2 的过程中该装填材料体积流量如何波动均是如此。由于FU控制泵10与压 力传感器16的组合，可以甚至是在没有装填材料罐的情况下，特别地甚至 是在没有其中装填材料被设置于高于装填头5的程度的装填材料罐的情况 下，也能确保适当的装填材料输送。

在该产品管线11中设置在分支12的上游的是气动致动的装填材料体 积流量控制器18(DFC控制器)，该控制器18在装填容器2的过程中、即 在装填阶段期间根据存储在控制计算机17的内存中的程序(例如为产品和 /或容器所专用的程序、即例如根据为该产品和/或该容器所专用的依赖于时 间的目标装填曲线FK)来控制装填材料通流或总装填材料体积流量，并且 因此还控制流到装填头5的装填材料体积流量。该装填材料体积流量控制 器18例如被形成为，使得受到气动控制压力影响的为定位于此的装填材料 通道或通路定界的隔膜根据该控制压力改变用于装填材料的通流的开口横 截面。装填材料体积流量控制器18经由I/P转换器19由控制计算机17进 行控制，该I/P转换器19将来自控制计算机17的电控制信号转换成致动该 装填材料体积流量控制器18的控制压力。

在每个产品管线15中设置独立的流量计20，该流量计20根据装填材 料体积流量输送电测量信号，并且例如被形成为磁感应式流量计，即形成 为离子漂移计(IDM)。来自该流量计20的测量信号同样以下文中更为详 细描述的方式被引导到控制计算机17，用于对装填过程进行控制和校正(校 正控制)。

所有装填头5的加压气体阀7均在入口侧上连接于共用的加压气体管 线21，加压气体(例如诸如CO₂气体或氮之类的惰性气体乃至无菌空气) 在加压气体压力下并且具体地通过布置22被引导到该共用的加压气体管线 21，该布置22控制来自未示出的来源的加压气体压力，该来源提供了处于 加压气体压力下的加压气体。

不言自明的是，装填头5也可以迄今描述的方式受到冲洗气体的影响。 在这种情况下，可在冲洗气体与加压气体之间以及在冲洗气体的压力与加 压气体的压力之间进行区分。

回气阀8在出口侧上连接到共用的回气管线23，在该共用的回气管线 23中设置有压力传感器24，该压力传感器24在装填过程中不断地测量回 气管线中的回气压力，并且该压力传感器24的输出信号被引导到控制计算 机17。在回气管线23中沿着回气的流动方向在压力传感器24的下游还设 置有回气控制器，优选地为气动回气控制器，即由气动控制压力致动的回 气控制器，该气动控制压力由控制计算机17经由I/P转换器26以如下方式 根据来自压力传感器24的测量信号进行控制，使得在装填操作过程中，回 气管线23中的回气压力是恒定的。在穿过回气控制器25之后，回气被引 导到未示出的水槽，用于收集回气，并且特别地经由打开的阀31将回气收 集到例如被形成为旋流器的气体或蒸汽分离器28。可从该回气中分离出来 的水分成分可被经由排放管线29引导出去。

为了对引导装填材料和回气的装填系统1的至少所有区域进行定位 (CIP)清洁和/或消毒，将CIP清洁和/或消毒介质流经由装填材料泵10 和产品管线11、13和15引导到装填头5，并且经由阀27将该介质经由回 气管线23引导回未示出的罐或收集系统。

此外，回气控制器25在出口侧上经由转换阀31连接到气体分离器28。 在CIP清洗和/或消毒过程中，转换阀30和27被打开并且转换阀31被关 闭。

原则上，容器2的装填例如以如下方式发生，首先在预加压阶段中,液 体阀6被关闭并且回气阀8被关闭，通过打开加压气体阀27，使装填头5 处被布置在密封位置中的容器2的内部同时受到加压气体的初步加压的影 响或被处于加压气体的初步加压下，该加压气体在该情况下同样被经由装 填管9引入到相应的容器2中。

然而，优选地，在该预加压阶段之前是如下阶段，在该阶段中，在相 应的装填材料头5处已被布置在密封位置中的容器2的内部被同时用惰性 气体进行冲洗。为此，在液体阀6被关闭的情况下，例如，加压气体阀7 和回气阀8被打开，使得存在于相应容器内部中的任何气体均被该加压气 体挤出，被经由装填管9、经由回气阀8和回气管线23引入到内部。

在该容器2的预加压之后，在装填阶段中，在加压气体阀7被关闭的 情况下，通过打开该回气阀8和液体阀7开始容器2的压力装填。当由流 量计20测量到的所需装填材料量已被引导到相应容器2时，该装填阶段、 即装填材料到相应容器2的输送随后在任何情况下均通过关闭该液体阀6 而结束。在装填过程中，被入流的装填材料量从容器的内部挤出的惰性气 体被作为回气经由回气管线23引导出去。通过在该管线中保持回气压力恒 定，在压力传感器24和回气控制器25的协助下，在针对所有容器2进行 的装填过程中实现了包括就容器内部而言的相同状况。在装填阶段结束之 后，例如经由未示出的卸压阀和/或卸压管线缓解了容器2的压力。

特别地，容器2在装填阶段中的装填根据存储在控制计算机17的内存 中的目标装填曲线FK发生，该目标装填曲线FK优选地是与时间相关的并 且是为产品和/或容器所特有的，主要根据该目标装填曲线FK来控制该装 填材料体积流量控制器18。

图3示出了该装填材料体积流量Q的该目标装填材料曲线FK以及相 应地对应于该曲线的时间进程的常规示例，如果不施加校正控制，该装填 材料体积流量Q就在该装填材料体积流量控制器18的出口处产生，并且在 理想情况下，该装填材料体积流量Q也对应于在装填阶段过程中流到每个 容器2的装填材料体积流量。对应于该目标装填材料曲线FK，装填材料体 积流量在装填阶段开始时出现，即在液体阀6和回气阀8在初始装填阶段 中的时间点11处打开的情况下，该装填材料体积流量最初上升且随后保持 处于恒定值Q1，直到初始装填阶段结束为止。该初始装填阶段在时间点t2 处结束，即在理论上已将每个容器2部分地装填有体积V2的时间点。此后， 在始于时间点2的快速装填阶段中，最初存在装填材料体积流量到值Q2 的上升，该装填材料体积流量随后保持不变，直到快速装填阶段在时间点 t3处结束，其中，每个容器2在理想情况下均随后被部分装填有体积V3。 在快速装填阶段之后，即在时间点t3处，在结尾装填阶段中，最初存在装 填材料体积流量到值Q3的降低，其在所表示的实施例的情况下展现成仅略 高于或低于值Q1，并且被保持不变直到该结尾装填阶段结束为止，或者相 应地直到该装填阶段在时间点t4处的结束为止，使得在时间点t4处，每个 容器2均被装填有所需量V4的装填材料。

对于装填体积为5升的容器，该装填材料体积流量Q1例如达到0.2升 /秒，使得在初始装填阶段结束时，即在时间点t2处，约0.15-0.5升的装填 材料将已被引导到每个容器2。这些容器的值Q2例如达到约1.2升/秒，使 得在快速装填阶段结束时，即在时间点t3处，约4.5-4.75升的装填材料将 已被引导到每个容器。

尽管产品管线11、13和15以迄今所述的方式分支了几次，并且在其 有效截面中以阶梯状的方式形成，但实际上对于装填材料的或流到装填材 料头5的装填材料体积流的相同流动状况而言是不可能的。相反，对于每 个装填头5，在装填阶段过程中所必需的是，实际装填曲线由相关的流量计 20并且通过与存储在控制计算机17中的目标装填曲线FK进行比较来确 定，在该控制系统中执行校正动作。这在所有情况下均发生在也被指定为 同步点的时间点t2和t3处。

对于该校正控制，例如以如下方式控制该装填材料体积流量控制器18， 使得只要需要，就延迟该初始装填阶段的末端、即时间点t2，直到在初始 装填阶段结束时已将装填材料体积V2引导到最后一个容器2、即最慢装填 的容器2为止。以此类推，该情况同样也适用于快速装填阶段的结束，即 只要需要，就通过控制计算机17在该装填材料体积流量控制器18上起作 用的校正控制来延迟时间点t3，直到已将所需的装填材料体积V3引导到最 后一个容器2为止。

然而，作为优选方案，该校正在快速装填阶段结束时发生，使得当已 将装填材料量V3引导到第一容器2、即最快装填的容器2时，随后，通过 装填材料体积流量控制器18的致动，对于所有容器2开始该结尾装填阶段， 其中，在该阶段中，当所需的装填材料量V4事实上已被引入到有关容器2 中时，随后对每个装填头5的液体阀6进行单独关闭。

该校正控制以如下方式进一步发生，使得在第一同步点、即在时间点 t2处，那些装填头5的液体阀被以已经被引入填充材料量V2的容器先于最 后一个容器2的方式暂时关闭，随后当已将装填材料量V2引入到最后一个 容器时被打开，使得对于所有的容器同时启动该快速装填阶段。以此类推， 校正控制也可发生在第二同步点、即在时间点t3处。

原则上，下列可能性同样存在，在第一同步点处、即在时间点t2处， 所有的装填头5的液体阀6均保持打开，并且减少的装填材料体积流量 Q1也继续被引导到在最后一个容器2之前已被装填有装填材料体积V2的 那些容器。仅当已将体积V2引入到最后一个容器时，才发生到快速装填 阶段的切换。在由控制计算机17控制的该阶段结束时，通过过早关闭相 应的液体阀6，在快速装填阶段起始时考虑增大的装填材料体积。

所描述的装填系统1形成了例如没有容器支承件4的完整的部件单元 32(图5)，该同样被以预制的方式安装在装填机的机架上。

迄今已经基于示例性实施例描述了本发明。所明白的是，许多修改和 引伸均是可能的，而不会背离本发明所基于的创新概念。

附图标记列表

1装填系统

2容器

3.1-3.4装填位置

4容器支承件

5装填头

5.1密封件

6液体阀

7加压气体阀

8回气阀

9装填管

10装填材料泵

11产品管线

12分支或双分配器

13产品管线

14分支或双分配器

15产品管线

16压力传感器

17控制计算机

18装填材料体积流量控制器

19I/P转换器

20流量计

21加压气体管线

22压力调节器

23回气管线

24压力传感器

25回气控制器

26I/P控制器

27关闭阀

28气体或蒸汽分离器

29排放管线

30、31关闭阀

32部件单元

V1-V4装填材料量