EP2019809A1 - Verfahren sowie vorrichtung zum gesteuerten aufschäumen eines in flaschen oder dergleichen behälter eingebrachten füllgutes - Google Patents

Verfahren sowie vorrichtung zum gesteuerten aufschäumen eines in flaschen oder dergleichen behälter eingebrachten füllgutes

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EP2019809A1
EP2019809A1 EP07725136A EP07725136A EP2019809A1 EP 2019809 A1 EP2019809 A1 EP 2019809A1 EP 07725136 A EP07725136 A EP 07725136A EP 07725136 A EP07725136 A EP 07725136A EP 2019809 A1 EP2019809 A1 EP 2019809A1
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EP
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pump
controlled
aufschäummedium
container
injection
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EP07725136A
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English (en)
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EP2019809B1 (de
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Haas Gernod
Muszinski Olaf
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KHS GmbH
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KHS GmbH
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Publication date
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    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/22—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
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    • B67C3/22—Details
    • B67C3/222—Head-space air removing devices, e.g. by inducing foam

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a device according to the preamble of claim 14.
  • bottles, barrels or the like containers that have been filled in a filling machine with a liquid filling material, preferably with a filling material containing carbonic acid, before closing with a pressurized liquid AufMummedium.
  • the aim is foaming the filling material in the respective container in order thereby to displace air or existing atmospheric oxygen above the level of contents in the container and to avoid the deterioration of the contents or its durability and taste due to oxygen.
  • water is used as the liquid foaming medium, for example in each case in the heated state.
  • At least one injection nozzle which is supplied with the foaming medium under pressure and under which the containers filled with the contents are passed on a transport path between a filling machine and a closing machine following this filling machine in the production line, serves to introduce the foaming medium.
  • the introduction or injection of the frothing liquid should also take into account product-specific parameters as well as the production line performance, i. depending on the number of per unit time treated with the AufMummedium done so that on the one hand, a sufficiently strong foaming is achieved, on the other hand, a foaming is avoided. Furthermore, it is necessary to carry out the introduction of the AufMummediums germ-free.
  • the introduced into the container for foaming energy input depends on various parameters, such as. from the temperature and quantity of the foaming medium introduced into the respective container as well as from the injection pressure with which this medium is injected into the containers. Also the injection time has to be considered.
  • the object of the invention is to provide a method by which an improved foaming of a bottled or similar container filled filling material is achieved.
  • the injection pressure is suitable for controlling the energy input or the foaming process as a function of the performance of the production line or as a function of the performance of the filling machine and the subsequent closing machine.
  • the invention is still based on the finding that a regulation of the foaming process and in particular the injection pressure in dependence on the performance of the production line or the filler and thus also by the number of per unit time treated with the AufMummedium container is only possible if the injection pressure can be regulated in a wide range, for example in a range between at least 1 bar and 8 bar, preferably in a range between at least about 1 bar and 15 bar, namely at a correspondingly low volume flow of the liquid AufMummediums, for example at a maximum flow 2 l / min, preferably of at most 1, 5 l / min for the injection pressure generating pump.
  • the setpoint for the injection pressure is determined by this control device for the respective power of the production line , for example, by removal from an electronically stored in the memory list or table.
  • this actual injection pressure is compared as an actual value with the desired value and the speed and / or power of the pump is readjusted such that the actual value corresponds to the desired value.
  • the generally designated 1 in the figure device is part of a production line for filling bottles 2 or the like container with a liquid product and for closing the filled bottles 2 and serves to fill the bottles 2 filled product, in particular carbonated product by a controlled Enriching energy input so that is displaced by the foam forming air and in particular atmospheric oxygen above the Gregutspiegels from the bottle 2, without causing overfoaming.
  • the energy input is controlled by at least one injection nozzle 3, which is provided above the movement path of the upright bottles 2 between a filling machine, not shown, and a sealing machine, also not shown.
  • the AufFummedium is for example water or product.
  • the respective energy input is in particular from the kinetic energy, d. H. from the amount and from the injection pressure of the introduced foaming medium and from the heat energy, d. H. from the temperature of the foaming medium together.
  • d. H. the kinetic energy
  • the injector 3 passing bottles 2 to keep the energy input into each bottle 2 as constant as possible is in the device 1 in the manner described in more detail below at constant or substantially constant temperature of the Aufbulums the kinetic energy of the energy input controlled by changes in the injection pressure as a function of power, wherein during operation of the device 1, the Aufbulummedium constantly from the injection nozzle 3 with the adapted to the performance of the production line and the adjusted injection pressure emerges from the injection nozzle 3.
  • the device 1 is u.a. from a pump circuit 4, the essential part of which is a high-pressure pump 5 with a frequency-controlled drive motor.
  • the inlet of the pump 5 communicates via a flowmeter 6 and a conduit 7 with a source 8 which provides the liquid foaming medium.
  • This source 8 is, for example, the respective supply network for fresh water, in which case in the line 7 even more elements such.
  • control and / or check valves, filters, etc. are provided.
  • 9 designates a temperature sensor provided in the line 7, with which the temperature of the foaming medium provided by the source 8 is determined.
  • a bypass Parallel to the series arrangement of the pump 5 and the flow meter 6 is a bypass, which is essentially formed by a line 10, which connects the output of the pump 5 with the upstream of the pump 5 in the flow direction of Aufschummummed inlet of the flow meter 6.
  • a throttle 11 and a pressure at the output of the pump 5 measuring pressure sensor 12 and another temperature sensor 13 is arranged in the line 10 u.a.
  • the flow cross-section formed by this throttle 11 is selected so that even at a low volume flow or in the absence of a volume flow at the output of the pump circuit 4 sufficient for the lubrication and cooling of the pump 5 minimum flow is ensured by the pump 5.
  • the output of the pump circuit 4 is connected via a line 14 to the input of an example, electrically operated boiler 15, which is an integral part of a heating circuit 16 and to the u in the illustrated embodiment. a. a pressure sensor 17, a level sensor 18 and a temperature sensor 19 are provided.
  • the output of the boiler 15 is connected via a line 20 to the injection nozzle 3, which has, for example, a defined, but adjustable to the respective filling material nozzle or flow cross-section.
  • bypass line 22 In which an electrically controllable check valve 24 is provided and which leads to a drain 25.
  • the boiler 15 is first filled with the CruMummedium (for example, water) and the AufMummedium heated to a temperature slightly above the later operating or operating temperature of this medium, for example, at an operating or operating temperature of 85 ° C to a Temperature of 90 0 C.
  • the filling of the boiler 15 via the example, shut off the pump 5 and / or the pump bypass 10.
  • the heating of the boiler is activated as soon as the level gauge 18 has detected the complete filling of the boiler.
  • closed check valve 21 and open check valve 24 is a stream of liquid heated AufMummediums from the boiler 15 via the line 20 to the bypass line 23 and from there into the sequence 25.
  • About the temperature sensors 19 and 22 is a control the temperature of the AufMummediums to operating temperature (for example, 85 0 C), by appropriate control of the heating of the boiler 15th
  • the bypass line 23 is closed with the check valve 24 and the check valve 21 is opened so that the AufMummedium heated to operating temperature is injected with the pump pressure generated by the pump 5 in the past under the injector 3 2 bottles.
  • the check valve 21 In a production interruption, the check valve 21 is closed and the bypass line 23 is opened via the check valve 24, so that further heated Aufschummummium flows through the line 20 while maintaining the required temperature.
  • the check valve 21 could be closed and the bypass line 23 can be opened via the check valve 24, namely when the production is interrupted.
  • the bypass lines 23 and 26 are opened via the associated shut-off valves 24 and 27 when the shut-off valve 21 is closed.
  • the control of the energy input in the high-pressure injection by controlling the pressure at the outlet of the pump 5 and thus the injection pressure of the AufMummediums at the injection nozzle 3 in response to a typical for each product performance-dependent setpoint occurs.
  • This product-typical desired value is stored, for example, as a data set in a memory 30 of the computer-aided control device 29, so that the control device 29 can regulate the pump 5 product and performance-dependent (container / hour), taking into account one of the performance of the production line (filled and closed Bottles 2 per unit of time) and, for example, derived at the filling machine control signal and taking into account the voltage applied to the injection nozzle 3 and for example determined by the pressure sensor 17 pressure, each as actual values.
  • the pump 5 and the pump circuit 4 are formed so that a regulation of the pump pressure in the range between at least 2 bar and 16 bar is possible, namely at a relatively small flow in the range of about 0.7 - 1, 5 l / min.
  • the diameter of the injection nozzle 3 is changed, i. for a product which is liable to froth, e.g., sobier, an injection nozzle 3 is used with reduced nozzle diameter. Conversely, in a product or product, which is difficult to foaming, an injection nozzle 3 with a larger nozzle diameter is used.
  • the table below shows typical process parameters for three different products, taking into account bottles 2 with an internal diameter of 22 mm at their mouths.
  • the ratio V ma / V m i n is about 3-4, the pump pressure at high power is well above 8 bar and the maximum injected quantity V max at the foaming medium even with the hardly foamable product 3 and with low output of the production plant is well below 0.05 ml per bottle.
  • the small amount of AufMummedium to be introduced into the bottles 2 has u.a. also the advantage that when using water as AufQuummedium no or substantially no dilution of the product occurs and that in particular the consumption of AufQuummedium is significantly reduced.
  • the pump bypass By formed by the line 10 pump bypass, it is possible to keep the emerging from the injection nozzle 3 amount of AufMummedium small in the desired manner and still ensure a sufficient minimum flow for the pump 5, especially for lubrication and / or cooling Pump 5. Furthermore, the pump bypass avoids overshoot in regulating the pump pressure as a function of the output of the production plant, ie With only extremely small pressure fluctuations, for example in the range of a maximum of +/- 0.3 bar, readjustment of the pump pressure can be achieved in an extremely short time, for example in 0.5 sec., even in the case of extreme changes in system performance.
  • the injection nozzle 3 sensor e.g. with an opto-electrical sensor 31, for example in the form of a camera to detect the foaming generated by the high-pressure injection as actual foaming and to compare with an associated desired foaming, so then relevant parameters of the injection process, in particular injection pressure, etc. can be acted regulating or controlling ,
  • the injection pressure is controlled by the pressure of the pump 5.
  • Other measures are conceivable, for example a Control by controlled opening and closing of a bypass line, for example the bypass line 26 and / or by controlled opening and closing of the pump-bypass forming line 10.
  • various combinations for controlling the injection pressure at the injection nozzle 3 are conceivable.
  • each injection nozzle 3 with a check valve 21 and an associated controllable bypass line 23, for example, such that each bottle 2 for foaming a plurality of injection nozzles 3 passes.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gesteuerten Aufschäumen eines in Flaschen (2) oder dergleichen Behälter eingebrachten Füllgutes, unter Verwendung wenigstens einer Spritzdüse (3), über die ein flüssiges Aufschäummedium in die die Düse passierenden Behälter unter Druck eingespritzt wird, wobei der Einspritzdruck mit zunehmender Anzahl der die Düse je Zeiteinheit passierenden Behälter, d.h. mit zunehmender Behälterzahl je Zeiteinheit erhöht wird.

Description

Verfahren sowie Vorrichtung zum gesteuerten Aufschäumen eines in Flaschen oder dergleichen Behälter eingebrachten Füllgutes
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff Patentanspruch 14.
In der Getränkeindustrie ist bekannt, Flaschen, Fässer oder dergleichen Behälter, die in einer Füllmaschine mit einem flüssigen Füllgut, vorzugsweise mit einem Kohlesäure enthaltenden Füllgut gefüllt wurden, vor dem Verschließen mit einem unter Druck stehenden flüssigen Aufschäummedium zu beaufschlagen. Angestrebt ist ein Aufschäumen des Füllgutes in dem jeweiligen Behälter, um hierdurch über dem Füllgutspiegel im Behälter vorhandene Luft bzw. vorhandenen Luftsauerstoff zu verdrängen und die Beeinträchtigung des Füllgutes bzw. dessen Haltbarkeit und Geschmack durch Sauerstoff zu vermeiden. Als flüssiges Aufschäummedium wird dabei beispielsweise Wasser verwendet, und zwar beispielsweise jeweils im erhitzten Zustand. Zum Einbringen des Aufschäummediums dient wenigstens eine Einspritzdüse, der das Aufschäummedium unter Druck zugeführt wird und unter der die mit dem Füllgut gefüllten Behälter auf einer Transportstrecke zwischen einer Füllmaschine und einer auf diese Füllmaschine in der Produktionslinie folgenden Verschließmaschine hindurchgeführt werden. Das Einbringen bzw. Einspritzen der Aufschäumflüssigkeit sollte auch unter Berücksichtigung produktspezifischer Parameter sowie auch in Abhängigkeit von der Leistung der Produktionslinie, d.h. in Abhängigkeit von der Anzahl der je Zeiteinheit mit dem Aufschäummedium behandelten Behälter so erfolgen, dass einerseits ein ausreichend starkes Aufschäumen erreicht wird, andererseits aber ein Überschäumen vermieden ist. Weiterhin ist es erforderlich, das Einbringen des Aufschäummediums keimfrei durchzuführen.
Der in die Behälter zum Aufschäumen eingebrachte Energieeintrag ist von verschiedenen Parametern abhängig, so u.a. von der Temperatur und Menge des in den jeweiligen Behälter eingebrachten Aufschäummediums sowie auch vom Einspritzdruck, mit dem dieses Medium in die Behälter eingespritzt wird. Ebenfalls ist auch die Einspritzzeit zu berücksichtigen.
Bei bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen zum Aufschäumen werden der Einspritzdruck und der Volumenstrom des Aufschäummediums für das jeweilige Füllgut und für eine bestimmte Sollleistung der Füllmaschine bzw. der Produktionslinie fest eingestellt. Schwankungen in der Leistung der Produktionslinie führen dann aber zwangsläufig zu einem fehlerhaften Aufschäumen des Füllgutes in den Behältern, d.h. entweder zu einem nur unzureichenden Aufschäumen oder aber zu einem Überschäumen.
Bekannt ist weiterhin auch eine Vorrichtung zum gesteuerten Zuführen eines Inert- Gases, beispielsweise CO2-Gases an Getränkedosen während des Verschließvorgangs, um durch Verdrängen von Luft und Luftsauerstoff oberhalb des Füllgutspiegels die Haltbarkeit des Produktes zu verbessern (DE 196 13 142 B4). In Abhängigkeit von der Verschließgeschwindigkeit wird die zugeführte Gasmenge geregelt. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein verbessertes Aufschäumen eines in Flaschen oder dergleichen Behälter abgefüllten Füllgutes erzielt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 14.
Nach einer der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis eignet sich von diesen Parametern im Wesentlichen nur der Einspritzdruck für eine Regelung des Energieeintrages bzw. des Aufschäumprozesses in Abhängigkeit von der Leistung der Produktionslinie bzw. in Abhängigkeit von der Leistung der Füllmaschine und der nachfolgenden Verschließmaschine. Der Erfindung liegt aber weiterhin die Erkenntnis zugrunde, dass eine Regelung des Aufschäumprozesses und dabei insbesondere des Einspritzdruckes in Anhängigkeit von der Leistung der Produktionslinie bzw. des Füllers und damit auch von der Anzahl der je Zeiteinheit mit dem Aufschäummedium behandelten Behälter nur dann möglich ist, wenn der Einspritzdruck in einem weiten Bereich regelbar ist, beispielsweise in einem Bereich zwischen wenigstens 1 bar und 8 bar, vorzugsweise in einem Bereich zwischen wenigstens etwa 1 bar und 15 bar, und zwar bei entsprechend geringem Volumenstrom des flüssigen Aufschäummediums, beispielsweise bei einem Volumenstrom von maximal 2 l/min, vorzugsweise von maximal 1 ,5 l/min für die den Einspritzdruck erzeugende Pumpe. Bei der Erfindung erfolgt in dieser Weise eine echte Regelung des Energieeintrags bzw. des Aufschäumprozesses in Abhängigkeit von der Leistung der Produktionsanlage. Durch Auswahl der produktspezifischen Parameter, nämlich der Art des Füllgutes, der Fülltemperatur, der Art der Behälter bzw. Flaschen usw. an der Steuereinrichtung bzw. an einer dort vorgesehenen Eingabevorrichtung wird durch diese Steuereinrichtung für die jeweilige Leistung der Produktionslinie der Sollwert für den Einspritzdruck ermittelt, und zwar beispielsweise durch Entnahme aus einer im Speicher elektronisch abgelegten Liste oder Tabelle. Durch Messung des Einspritzdruckes an der Einspritzdüse mit einem dort vorgesehenen Drucksensor wird dieser tatsächliche Einspritzdruck als Istwert mit dem Sollwert verglichen und die Drehzahl und/oder Leistung der Pumpe derart nachgeregelt, dass der Istwert dem Sollwert entspricht.
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur, die in vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Hochdruckeinspritzung zeigt, näher erläutert.
Die in der Figur allgemein mit 1 bezeichnete Vorrichtung ist Bestandteil einer Produktionslinie zum Füllen von Flaschen 2 oder dergleichen Behälter mit einem flüssigen Füllgut sowie zum Verschließen der gefüllten Flaschen 2 und dient dazu, das in die Flaschen 2 abgefüllte Füllgut, insbesondere kohlesäurehaltiges Füllgut durch einen gesteuerten Energieeintrag derart aufzuschäumen, dass durch den sich bildenden Schaum Luft und insbesondere Luftsauerstoff oberhalb des Füllgutspiegels aus der Flasche 2 verdrängt wird, ohne das es zu einem Überschäumen kommt. Der Energieeintrag erfolgt gesteuert durch wenigstens eine Einspritzdüse 3, die oberhalb der Bewegungsbahn der aufrecht stehenden Flaschen 2 zwischen einer nicht dargestellten Füllmaschine und einer ebenfalls nicht dargestellten Verschließmaschine vorgesehen ist. Für das Aufschäumen wird in jede sich unter der Einspritzdüse 3 vorbeibewegende Flasche eine bestimmte Menge an einem flüssigen, das Aufschäumen (bewirkenden ggf. erwärmten Medium mit einem bestimmten Einspritzdruck eingebracht. Das Aufschäummedium ist dabei beispielsweise Wasser- oder aber Füllgut.
Der jeweilige Energieeintrag setzt sich insbesondere aus der kinetischen Energie, d. h. aus der Menge und aus dem Einspritzdruck des eingebrachten Aufschäummediums sowie aus der Wärmeenergie, d. h. aus der Temperatur des Aufschäummediums zusammen. Um auch bei unterschiedlicher Leistung der Produktionsanlage, d. h. bei unterschiedlicher Anzahl der je Zeiteinheit gefüllten und verschlossenen Flaschen 2 bzw. bei unterschiedlicher Anzahl der je Zeiteinheit die Einspritzdüse 3 passierenden Flaschen 2 den Energieeintrag in jede Flasche 2 möglichst konstant zu halten, wird bei der Vorrichtung 1 in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise bei konstanter oder im Wesentlichen konstanter Temperatur des Aufschäummediums die kinetische Energie des Energieeintrags durch Änderungen des Einspritzdruckes in Abhängigkeit von der Leistung geregelt, wobei während des Betriebes der Vorrichtung 1 das Aufschäummedium ständig aus der Einspritzdüse 3 mit der an die Leistung der Produktionslinie angepassten Menge und dem angepassten Einspritzdruck aus der Einspritzdüse 3 austritt.
Im Einzelnen besteht die Vorrichtung 1 u.a. aus einem Pumpenkreis 4, dessen wesentlicher Bestandteil eine Hochdruckpumpe 5 mit einem frequenzgeregeltem Antriebsmotor ist. Der Eingang der Pumpe 5 steht über einen Durchflussmesser 6 und eine Leitung 7 mit einer Quelle 8 in Verbindung, die das flüssige Aufschäummedium zur Verfügung stellt. Diese Quelle 8 ist beispielsweise das jeweilige Versorgungsnetz für Frischwasser, wobei dann in der Leitung 7 noch weitere Elemente, wie z. B. Steuer- und/oder Sperrventile, Filter usw. vorgesehen sind. Mit 9 ist ein in der Leitung 7 vorgesehener Temperatursensor bezeichnet, mit der die Temperatur des von der Quelle 8 zur Verfügung gestellten Aufschäummediums ermittelt wird.
Parallel zu der Serienanordnung aus der Pumpe 5 und dem Durchflussmesser 6 ist ein Bypass, der im Wesentlichen von einer Leitung 10 gebildet ist, die den Ausgang der Pumpe 5 mit dem in Strömungsrichtung des Aufschäummediums vor der Pumpe 5 angeordneten Einlass des Durchflussmessers 6 verbindet. In der Leitung 10 sind u.a. eine Drossel 11 sowie ein den Druck am Ausgang der Pumpe 5 messender Drucksensor 12 und ein weiterer Temperatursensor 13 angeordnet. Der von dieser Drossel 11 gebildete Strömungsquerschnitt ist so gewählt, dass auch bei einem geringen Volumenstrom oder bei Fehlen eines Volumenstroms am Ausgang des Pumpenkreises 4 ein für das Schmieren und Kühlen der Pumpe 5 ausreichender Min- destdurchfluss durch die Pumpe 5 gewährleistet ist.
Der Ausgang des Pumpenkreises 4 ist über eine Leitung 14 mit dem Eingang eines beispielsweise elektrisch betriebenen Heizkessels 15 verbunden, der wesentlicher Bestandteil eines Heizkreises 16 ist und an dem bei der dargestellten Ausführungsform u. a. ein Drucksensor 17, ein Füllstandsensor 18 und ein Temperatursensor 19 vorgesehen sind. Der Ausgang des Heizkessels 15 ist über eine Leitung 20 mit der Einspritzdüse 3 verbunden, die beispielsweise einen definierten, allerdings auf das jeweilige Füllgut einstellbaren Düsen- oder Strömungsquerschnitt aufweist. In der Leitung befindet sich vor der Einspritzdüse 3 ein elektrisch steuerbares Sperrventil 21 und in Strömungsrichtung vor diesem Sperrventil ein weiterer Temperatursensor 22.
Zwischen dem Temperatursensor 22 und dem Sperrventil 21 zweigt von der Leitung 20 eine Bypass-Leitung 22 ab, in der ein elektrisch steuerbares Sperrventil 24 vorgesehen ist und die zu einem Ablauf 25 führt. Eine ähnliche Bypass-Leitung 26, in sehen ist und die zu einem Ablauf 25 führt. Eine ähnliche Bypass-Leitung 26, in der ein elektrisch betätigbares Sperrventil 27 vorgesehen ist und die zu einem Ablauf 28 führt, zweigt am Einlass des Heizkessels 15 ab.
Gesteuert durch eine zentrale Steuereinheit 29, der u.a. die Signale der verschiedenen Temperatursensoren und Drucksensoren zugeführt werden, sind zunächst folgende grundsätzliche Arbeitsweisen möglich:
1. Füllen des Heizkessels 15 mit dem flüssigen Aufschäummedium und Aufheizen des Aufschäummediums auf Betriebstemperatur.
Für die Inbetriebnahme der Vorrichtung 1 wird der Heizkessel 15 zunächst mit dem Aufschäummedium (beispielsweise Wasser) gefüllt und das Aufschäummedium auf eine Temperatur etwas oberhalb der späteren Betriebs- oder Arbeitstemperatur dieses Mediums erhitzt, beispielsweise bei einer Betriebs- oder Arbeitstemperatur von 85°C auf eine Temperatur von 900C. Das Füllen des Heizkessels 15 erfolgt über die beispielsweise abgeschaltete Pumpe 5 und/oder den Pumpen-Bypass 10. Die Heizung des Heizkessels wird aktiviert, sobald der Füllstandsmesser 18 das vollständige Befüllen des Heizkessels festgestellt hat.
2. Beheizen der Leitung 20 und der Bypass-Leitungen 23 und 26
Bei eingeschalteter Pumpe 5, geschlossenem Sperrventil 21 sowie geöffnetem Sperrventil 24 erfolgt ein Strom des flüssigen erhitzten Aufschäummediums aus dem Heizkessel 15 über die Leitung 20 an die Bypass-Leitung 23 und von dort in den Ablauf 25. Über die Temperatursensoren 19 und 22 erfolgt eine Regelung der Temperatur des Aufschäummediums auf Betriebstemperatur (beispielsweise 850C), und zwar durch entsprechende Steuerung der Heizung des Heizkessels 15.
3. Laufender Betrieb der Vorrichtung 1
Für den Betrieb der Vorrichtung 1 wird die Bypass-Leitung 23 mit dem Sperrventil 24 geschlossen und das Sperrventil 21 geöffnet, sodass das auf Betriebstemperatur erhitzte Aufschäummedium mit dem durch die Pumpe 5 erzeugten Pumpendruck in die unter der Einspritzdüse 3 vorbeibewegten Flaschen 2 eingespritzt wird.
4. Produktionsunterbrechung
Bei einer Produktionsunterbrechung wird das Sperrventil 21 geschlossen und die Bypass-Leitung 23 über das Sperrventil 24 geöffnet, sodass weiterhin erwärmtes Aufschäummedium die Leitung 20 unter Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur durchströmt. In analoger Weise könnten dann, wenn die von dem Temperatursensor 22 gemessene Temperatur einen vorgegebenen unteren Schwellwert unterschreitet, das Sperrventil 21 geschlossen und die Bypass- Leitung 23 über das Sperrventil 24 geöffnet werden, und zwar bei Unterbrechung der Produktion.
5. Produktionsende
Zum Entleeren, insbesondere auch des Heizkessels 15 am Produktionsende werden bei geschlossenem Sperrventil 21 die Bypass-Leitungen 23 und 26 über die zugehörigen Sperrventile 24 und 27 geöffnet. Wie oben ausgeführt, erfolgt die Regelung des Energieeintrages bei der Hochdruckeinspritzung durch Steuerung des Druckes am Ausgang der Pumpe 5 und damit des Einspritzdruckes des Aufschäummediums an der Einspritzdüse 3 in Abhängigkeit von einem für das jeweilige Füllgut typischen leistungsabhängigen Sollwert. Dieser produkttypische Sollwert ist beispielsweise als Datensatz in einem Speicher 30 der rechnergestützten Steuereinrichtung 29 abgelegt, sodass die Steuereinrichtung 29 die Pumpe 5 dann produkt- und leistungsabhängig (Behälter/Stunde) regeln kann, und zwar unter Berücksichtigung eines der Leistung der Produktionslinie (gefüllte und verschlossene Flaschen 2 je Zeiteinheit) entsprechenden und beispielsweise an der Füllmaschine abgeleiteten Steuersignals und unter Berücksichtigung des an der Einspritzdüse 3 anliegenden und z.B. von dem Drucksensor 17 ermittelten Drucks, jeweils als Istwerte.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Pumpe 5 bzw. der Pumpenkreis 4 so ausgebildet, dass eine Regelung des Pumpendruckes im Bereich zwischen wenigstens 2 bar und 16 bar möglich ist, und zwar bei einem relativ kleinen Förderstrom im Bereich von etwa 0,7 - 1 ,5 l/min.
Da mit zunehmender Leistung der Produktionsanlage die Zeitdauer, in der sich jede Flasche 2 unter der Einspritzdüse 3 befindet und damit auch die eingebrachte Menge an Aufschäummedium abnehmen, wird mit zunehmender Leistung der Produktionsanlage der Einspritzdruck erhöht.
Abhängig von dem jeweiligen Füllgut wird bei der dargestellten Ausführungsform auch der Durchmesser der Einspritzdüse 3 verändert, d.h. bei einem Füllgut, welches leicht zum Aufschäumen neigt, wie z.B. Weißbier, wird eine Einspritzdüse 3 mit reduziertem Düsendurchmesser verwendet. Umgekehrt kommt bei einem Produkt oder Füllgut, welches nur schwer zur Schaumbildung neigt, eine Einspritzdüse 3 mit einem größeren Düsendurchmesser zur Anwendung.
In der nachstehenden Tabelle sind für drei unterschiedliche Produkte typische Verfahrensparameter wiedergegeben, und zwar unter Berücksichtigung von Flaschen 2, die an ihrer Flaschenmündung einen Innendurchmesser von 22 mm aufweisen.
Produkt bzw. Energieeintrag Düsendurchmesser Maximales Minimales Füllgut in mJ in mm Volumen in Volumen in ml/Fl 1) ml/Fl 2)
1) ist dabei das maximale in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Volumen Vmax an Aufschäummedium und steht jeweils für eine minimale Leistung von etwa 1 800 Flaschen je Stunde, bei Pumpendruck von 2,3 bar.
2) ist dabei das minimale in die jeweilige Flasche 2 eingebrachte Volumen Vmin an Aufschäummedium und steht jeweils für eine maximale Leistung von etwa 29 000 Flaschen je Stunde, bei einem Einspritzdruck von 15 bar. Für die Pumpe 5 ergeben sich dabei die in der nachfolgenden Tabelle zusammenge- fassten Arbeitspunkte:
Generell ist aus den vorstehenden Tabellen u.a. ersichtlich, dass unabhängig von dem jeweiligen Produkt das Verhältnis Vmaχ/Vmin etwa 3 - 4 beträgt, der Pumpendruck bei hoher Leistung deutlich über 8 bar liegt und die maximale eingespritzte Menge Vmax an Aufschäummedium selbst bei dem schwer aufschäumbaren Produkt 3 und bei niedriger Leistung der Produktionsanlage deutlich unter 0,05 ml je Flasche liegt.
Die geringe Menge an in die Flaschen 2 einzubringendem Aufschäummedium hat u.a. auch den Vorteil, dass bei Verwendung von Wasser als Aufschäummedium keine oder im Wesentlichen keine Verdünnung des Produktes eintritt und dass insbesondere auch der Verbrauch an Aufschäummedium wesentlich reduziert wird.
Durch den von der Leitung 10 gebildeten Pumpen-Bypass ist es möglich, die aus der Einspritzdüse 3 austretende Menge an Aufschäummedium in der erwünschten Weise klein zu halten und dennoch eine ausreichende Mindestfördermenge für die Pumpe 5 sicherzustellen, insbesondere auch zur Schmierung und/oder Kühlung der Pumpe 5. Weiterhin ist durch den Pumpen-Bypass ein Überschwingen beim Regeln des Pumpendruckes in Abhängigkeit von der Leistung der Produktionsanlage vermieden, d.h. bei nur extrem kleinen Druckschwankungen beispielsweise im Bereich von maximal +/- 0,3 bar ist ein Nachregeln des Pumpendruckes in extrem kurzer Zeit, beispielsweise in 0,5 Sek. erreichbar, und zwar selbst bei einer extremen Änderungen der Anlagenleistung.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So ist es beispielsweise möglich, mit einem im Transportweg der Flaschen 2 auf die Einspritzdüse 3 folgenden Sensor, z.B. mit einem optoelektrischen Sensor 31 beispielsweise in Form einer Kamera das mit der Hochdruckeinspritzung erzeugte Aufschäumen als Ist-Aufschäumung zu erfassen und mit einer zugeordneten Soll- Aufschäumung zu vergleichen, sodass dann auf relevante Parameter des Einspritzprozesses, insbesondere Einspritzdruck usw. regelnd oder steuernd eingewirkt werden kann.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass der Einspritzdruck durch den Druck der Pumpe 5 geregelt wird. Auch andere Maßnahmen sind denkbar, beispielsweise eine Regelung durch gesteuertes Öffnen und Schließen einer Bypass-Leitung, beispielsweise der Bypass-Leitung 26 und/oder durch gesteuertes Öffnen und Schließen der dem Pumpen-Bypass bildenden Leitung 10. Auch verschiedene Kombinationen zur Regelung des Einspritzdruckes an der Einspritzdüse 3 sind denkbar.
Weiterhin ist es auch möglich, mehrere Einspritzdüsen 3 mit jeweils einem Sperrventil 21 und einer zugehörigen steuerbaren Bypassleitung 23 vorzusehen, und zwar beispielsweise derart, dass jede Flasche 2 für das Aufschäumen mehrere Einspritzdüsen 3 passiert.
Bezugszeichenliste
1 Hochdruckeinspritzvorrichtung
2 Flasche
3 Einspritzdüse
4 Pumpenkreis
5 Pumpe
6 Durchflussmesser
7 Leitung
8 Quelle für das flüssige Aufschäummedium
9 Temperatursensor
10 Leitung des Pumpen-Bypasses
11 Drossel
12 Drucksensor
13 Temperatursensor
14 Leitung
15 Heizkessel
16 Heizkreis
17 Drucksensor
18 Füllstandsensor
19 Temperatursensor 0 Leitung 1 Sperrventil 2 Temperatursensor 3 Bypass-Leitung 4 Sperrventil 5 Ablauf 6 Bypass-Leitung 7 Sperrventil 8 Ablauf 9 Steuereinrichtung 0 Speicher 1 Sensor

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum gesteuerten Aufschäumen eines in Flaschen (2) oder dergleichen Behälter eingebrachten Füllgutes, unter Verwendung wenigstens einer Einspritzdüse (3), über die ein flüssiges Aufschäummedium in die die Düse (3) passierenden Behälter (2) unter Druck (Einspritzdruck) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck mit zunehmender Anzahl der die Düse (3) je Zeiteinheit passierenden Behälter (2), d.h. mit zunehmender Behandlungsleistung erhöht wird, und dass das Einspritzen des Aufschäummediums bei einer Behandlungsleistung deutlich über 1 800 Behälter (2) pro Stunde größer als 8 bar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck bei einer Behandlungsleistung von etwa 2 800 Behälter (2) pro Stunde im Bereich zwischen 1 und 3 bar liegt, beispielsweise 2,3 bar beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck bei einer Behandlungsleistung von etwa 25 000 bis 30 000 Behälter (2) pro Stunde deutlich über 8 bar liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck bei einer Behandlungsleistung von etwa 25 000 bis 30 000 Behälter (2) pro Stunde etwa 15 bar beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an in den jeweiligen Behälter (2) eingespritztem Behandlungsmedium kleiner als 0,05 ml ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an in den jeweiligen Behälter (2) eingespritztem Behandlungsmedium mit abnehmender Behandlungsleistung erhöht wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an eingebrachtem Aufschäummedium in Abhängigkeit von der Behandlungsleistung maximal im Verhältnis 1 :4 oder 1 :3 geändert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium im heißen Zustand, beispielsweise mit einer Temperatur im Bereich zwischen 80 0C und 90 °C in die Behälter eingebracht wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufschäummedium Wasser verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Aufschäummedium das in die Behälter eingebrachte Füllgut verwendet wird.
11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des Aufschäummediums mittels eines Sensors, vorzugsweise mittels eines optoelektrischen Sensors das Aufschäumen des Füllgutes überwacht wird und/oder unter Verwendung des von dem Sensor gelieferten Sensorsignals das Einbringen des Aufschäummediums in die Behälter (2) und/oder andere das Aufschäumen beeinflussende Parameter gesteuert werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Sensorsignal der Einspritzdruck und/oder die Geschwindigkeit, mit der die Behälter die wenigstens eine Einspritzdüse (3) passieren, gesteuert werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Pumpe (5) mit einem frequenzgesteuerten Antrieb zur Regelung des Einspritzdruckes.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Pumpe mit einem durch Änderung der Drehzahl wenigstens um den Faktor sechs, beispielsweise um den Faktor sieben änderbaren Pumpendruck.
15. Vorrichtung zum gesteuerten Aufschäumen eines in Flaschen (2) oder dergleichen Behälter eingebrachten Füllgutes, mit wenigstens einer Einspritzdüse (3), über die ein flüssiges Aufschäummedium in die diese Düse (3) passierenden Behälter (2) unter Druck eingespritzt wird, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (29), die den Einspritzdruck mit zunehmender Anzahl der die Düse (3) je Zeiteinheit passierenden Behälter (2), d.h. mit zunehmender Behandlungsleistung erhöht und so ausgebildet ist, dass das Einspritzen des Aufschäummediums bei einer Behandlungsleistung deutlich über 1 800 Behälter (2) pro Stunde größer als 8 bar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) bei einer Behandlungsleistung von etwa 2 800 Behälter (2) pro Stunde im Bereich zwischen 1 und 3 bar liegt, beispielsweise 2,3 bar beträgt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) bei einer Behandlungsleistung von etwa 25 000 bis 30 000 Behälter (2) pro Stunde deutlich über 8 bar liegt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzdruck gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) bei einer Behandlungsleistung von etwa 25 000 bis 30 000 Behälter (2) pro Stunde etwa 15 bar beträgt.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) die Menge an in den jeweiligen Behälter (2) eingespritztem Behandlungsmedium kleiner als 0,05 ml ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) die Menge an in den jeweiligen Behälter (2) eingespritztem Behandlungsmedium mit abnehmender Behandlungsleistung erhöht wird.
2 I .Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gesteuert durch die Steuereinrichtung (29) die Menge an eingebrachtem Aufschäummedium in Abhängigkeit von der Behandlungsleistung maximal im Verhältnis 1 :4 oder 1 :3 geändert wird.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium Wasser ist.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschäummedium das in die Behälter (2) eingebrachte Füllgut ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensor, vorzugsweise optoelektrischen Sensor (31) zur Überwachung des Aufschäumens des Füllgutes.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpe (5) mit einem frequenzgesteuerten Antrieb zur Regelung des Einspritzdruckes.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Pumpe mit einem durch Änderung der Drehzahl wenigstens um den Faktor sechs, beispielsweise um den Faktor sieben änderbaren Pumpendruck.
27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Pumpe (5) ein Pumpen-Bypass vorgesehen ist.
28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Pumpe größer ist als die an der Einsritzdüse abgegebene Menge an Aufschäummedium.
29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (15) zum Erhitzen des Aufschäummediums.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erhitzen des Aufschäummediums zwischen der Pumpe (5) und der wenigstens einen Einspritzdüse (3) vorgesehen ist.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer an die wenigstens eine Einspritzdüse (3) führenden Leitung (20) wenigstens ein die Einspritzdüse (3) sperrendes Ventil (21) vorgesehen ist, und dass in Strömungsrichtung vor diesem Ventil (21) eine steuerbare Bypass-Leitung (23) abzweigt.
32. Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung zwischen der Pumpe (5) und der Einrichtung (15) zum Erhitzen des Aufschäummediums eine steuerbare Bypass-Leitung (26) abzweigt.
33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einspritzdüse (3) an einer von wenigstens einem Transportelement, beispielsweise einem Transportstern gebildeten Transportstrecke zwischen einer Füllmaschine und einer Verschließmaschine vorgesehen ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Einspritzdüse (3) im Auslaufstern der Füllmaschine vorgesehen ist.
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