CN102791612B - 用于液体的计量装置和计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种计量装置，带有用于有待成剂量地输出到容器中的液体，尤其是饮料的入口（28）。该装置包括阀座（14）、与该阀座配合作用的封闭元件（10、11）和用于液体的剂量的出口（4）。为了在输出液体到容器中时减少泡沫的产生而建议，封闭元件可以置入第一和第二打开位置，其中在阀座与封闭元件之间的通流横截面在第二打开位置中要大于在第一打开位置中。此外本发明还涉及一种计量方法，包括将液体输送给阀，阀被置入第一和第二打开位置。

Description

用于液体的计量装置和计量方法

技术领域

本发明涉及一种液体流动控制装置，尤其是一种计量装置，其带有针对尤其成剂量的待输出的液体的入口，包括阀座、与该阀座配合作用的封闭元件和用于液体的出口。此外本发明还涉及一种用于输出液体的方法，尤其是计量方法。

背景技术

这种计量装置和计量方法例如用于快速地用液体（牛奶或果汁）灌装容器、尤其是由复合材料（纸板和PE涂层）构成的包装物。在用这种液体进行灌装时要注意的是，尽量不产生泡沫。这所以是重要的，是因为由复合材料制成的包装物在灌装后在其上端部上被折合并且通过焊接封闭。若产生泡沫，那么上部包装物边缘的、之后形成焊缝的内表面会被弄湿。由此可能在焊接包装物边缘时出现不密封，因为弄湿的部位阻止了PE涂层的按规定的连接。

若应当灌装含维他命C的液体，那么在已灌装的包装物的顶部空间中应尽量不存在空气。空气会与维他命C反应，并且会妨碍液体在封闭的包装物中无损的且长时间的贮存。但在泡沫形成时会不能毫无问题地无空气地获得顶部空间。

因此出于前述原因存在这样的要求，即，在灌装特定的液体到容器中时应尽量避免泡沫形成。

只要液体在自由状态下直接被灌装入容器，那么由于液体与容器底部的碰撞就无法避免剧烈的泡沫形成。在灌装流中就已经形成了涡流或流动收紧，其不允许液体的平静的灌装流。

为了减少泡沫形成，研发出细管式出口，其产生在灌装流中的尽量层式的流动。流出口包括多个薄管，液体通过所述薄管导入包装物。在流出口之上布置有阀体，所述阀体可以截止或开放来自储藏罐的液体的流入口由此还有灌装流。但也事实已经证明，由于液体在细管的内壁上的摩擦，各个（液）流还是会太不平静。

一种改进在于，在这种计量装置的出口上布置带有精细的轴向平行的孔的柱形体。在孔的狭窄空间内几乎不形成涡流，从而使得液体可以尽量平静地流动。带有这种柱形体的计量装置例如在EP0754144B1中示出。在计量进入包装物的液体时，用公知的措施远远不足以抑制泡沫形成。

为避免在待灌装的液体中的泡沫形成，EP1588948A2公开了一种带有用于液体的入口的液体灌装喷嘴，该液体灌装喷嘴包括阀座和与该阀座配合作用的锥形封闭元件以及用于液体的出口。该封闭元件可以被置入第一和第二打开位置，其中，在阀座与封闭元件之间的过流截面和液体关于待灌装的容器的输送角在所述两个打开位置中是不同的。

GB2308174A公开一种液体输送阀，用于将液体按量精确地灌装到容器中。在带有用于液体的入口的柱形壳体中，同心地从外向内布置有溢流活塞（Flutungskolben）、多滴滴量活塞

以及单滴滴量活塞（Tropfkolben），它们封闭液体输送阀的出口孔。内部的单滴滴量活塞经由活塞杆与作为驱动器的压缩空气缸连接。在单滴滴量活塞和与之同心布置的多滴滴量活塞之间布置有第一弹簧。在多滴滴量活塞与包围所述多滴滴量活塞的溢流活塞之间则布置有第二弹簧。最后，溢流活塞相对液体输送阀的壳体经由第三弹簧支撑。所述活塞在出口孔的区域中具有一致倾斜的壁段。借助活塞杆可以将相互通过弹簧联接的活塞根据活塞杆的冲程打开和关闭。为了灌装液体，首先将外部的溢流活塞连同在其中布置的多滴滴量活塞以及单滴滴量活塞完全打开，从而使绝大部分液体经由在外部的溢流活塞与用作阀座的出口孔之间的环形间隙灌装（约95%）。为了灌装剩余的液体，在液体输送阀关闭后将活塞杆如下程度地抬起，即，要么仅抬起中央单滴滴量活塞，要么抬起单滴滴量活塞以及包围该单滴滴量活塞的多滴滴量活塞，从而使剩余液体量单滴地或多滴地进入容器。

DE2209772A公开一种液体流动控制装置，其带有用于液体，例如漆，的入口。液体流动控制装置包括带有阀杆的、以可运动的方式布置在灌装头中的封闭件，该封闭件可以用锥形的圆周面贴靠灌装头的流出接管接触。在封闭件的内部有阀柱塞，其在中央流出孔的阀座处能够贴靠接触件的底部。阀柱塞在封闭件中借助从上部以弹簧加载的和从下部能暂时地以压力机构加载的活塞板往复运动。封闭件先最大程度地开放流出接管的出口。一旦绝大部分灌装量都进入了待灌装的容器，那么阀杆就如下程度地降低，即，封闭件以其圆周面与出口的阀座保持很小的间距，从而使待灌入的液体仅还可以通过在封闭件与阀座之间的环形间隙流出。封闭件然后牢牢地按压到阀座上。但同时借助压缩空气使阀柱塞继续克服弹簧的作用保持在其打开位置中。待灌入的液体现在可以仅还以很小的量通过中央出口孔流入待灌装的容器。一旦容器内达到正确的重量，那么阀柱塞借助压簧突然向下朝着阀座方向运动，由此液体输入完全截止。

DE2246176A1公开了一种用于液体的上表面式灌装阀

其可以进入部分打开的第一位置和完全打开的第二位置。用于液体的上表面式灌装的灌装阀为此目的包括布置在主阀体中朝着阀中心同心布置的可调节的精细流动阀，借助其可以部分或完全覆盖将精细流动阀室与准备室连接的开口。在进行上表面式灌装时，始终首先借助精细流动阀杆打开精细流动阀。通过开口的横截面的开放，在完全打开精细流动阀时不产生尖锐的液体流。精细流动阀流柔和地以及定向地从主阀体中的精细流动阀室的中央出口出来。一旦主阀体被液体包围，那么主阀体就借助阀体空心杆置入完全打开的位置，由此高速灌装容器。

发明内容

基于该现有技术，本发明所要解决的技术问题是，完成一种液体流动控制装置，特别是计量装置和完成一种液体流动控制方法，特别是计量方法，该方法在将液体输出时，特别是液体的计量中，在包装物中有效减少泡沫形成。在输出结束后，在液体流动控制装置中应当用简单的手段阻止液体渗漏。

该技术问题首先基于这样的认识，即，由计量本身引发不平静的灌装流以及因而随之而来的泡沫形成。为了确保始终相同的灌装量，在现有技术中阀的打开和关闭都是突然的。这种灌装流的突然输出或截止导致了不平静的灌装流。

具体来说，该技术问题在开头所述类型的液体流动控制装置中、尤其是计量装置中通过权力要求1的特征来解决。

从方法角度来看，该技术问题通过具有权利要求5特征的液体流动控制方法、尤其是计量方法来解决。

通过使封闭件能首先进入第一打开位置、然后进入第二打开位置（所述第一打开位置和第二打开位置具有不同大小的过流横截面），而首先使小量液体流入容器中并且覆盖容器的底部。仅当容器底部以第一个量的液体覆盖时，液体的完全的灌装流才在封闭元件的第二打开位置流入容器中。通过液体的分级别进入，减少输出液体时的飞溅形成由此还有泡沫形成。

具有第一和第二打开位置的封闭元件具有能不依赖于彼此地运动的第一和第二部件，其中，在液体通过计量装置的通流方向上，第一部件由第二部件包围并且所述部件如下方式地布置，即，第一部件的打开将封闭元件置入第一打开位置，并且第二部件的打开将封闭元件置入第二打开位置。

按照本发明，为了进一步平静（液）流，在计量装置的出口上布置由一种本身公知的、例如由EP0278560A1公知的柱形流出口，带有多个沿轴向彼此相邻地布置的通路。流出口的朝向封闭元件的、优选平的端侧同时构成阀座的至少一个组成部分，其中，封闭元件的第一和第二部件分别密封地贴靠在流出口内通路的多个口部上。

封闭元件的第二级的打开或关闭，引起液体的特别是少泡沫的和无飞溅的计量，在封闭元件的第二级的打开或关闭时，首先在流出口中心的第一部件分别开放多个通路，并且紧接着第二部件开放多个与流出口的居中布置的孔同心的孔。要么是第一部件要么是第二部件可以密封地贴靠在流出口中的所有的口部上。

通过在流出口的出口上的液体的尽量小的、与灌装的无飞溅的开始和结束相关联的流动速度，达到避免泡沫形成。为了避免泡沫，本发明利用了流出口的通路中液体的流动特性：

基本上在过流的管中分为层式的和涡流式的流动。在层式流动中，速度分布按抛物线变化，其中，最大速度处在管轴线中。在涡流式流动中，速度分布均匀得多。是否以层式或涡流式流动为主，可以通过“雷诺数”确定。Re<2000对应层式流动，Re>3000对应涡流式流动。用于求出雷诺数的公式为：

Re＝v_mxd/ν

v_m：平均速度

d：内管径

ν：动态粘度

平均速度由液体的体积流量除以管的横截面积得出。可以将液体的给定的体积流量要么在相同的平均速度下引导通过惟一一个大尺寸的管，要么在相同的横截面面积值时引导通过多个小尺寸的管。但若引导液体通过多个管，则根据前述公式针对单个管得出比在使用惟一一个大尺寸的管时更小的雷诺数。就这点而言，可以用流出口中通路的数量、流动截面、尤其是直径，在灌装时有针对性地影响流动特性。

尤其在灌装过程的开始阶段中，力求达到在流出口的通路的出口处的层式流动特性。（液）流以表征层式流动的抛物线形式、很柔和地开始，这导致柔和地碰到底面。为了不破坏层式流动的优势，在开始阶段中首先不同时打开流出口的所有通路，而是仅打开如下中央通路，封闭元件的第一部件可以贴靠在所述中央通路的口部上。紧接着将包围中央通路的如下通路开放，封闭元件的第二部件可以贴靠在所述通路的口部上。

通路关闭时以相反顺序进行。

在流出口中的通路的流动截面如此地确定尺寸，使得，在封闭件的部件密封地套装到口部上之后，避免由于液体的毛细作用引起的单个通路的漏尽。由此在灌装过程的开始阶段中再次达到柔和的流动。在将第一部件从阀座抬起并且在通路打开时，首先取消毛细作用。在通路中的剩余液体仅通过重力加速地开始排空。液体同时在封闭元件之上通过现在已经开放的通路有渐增地伴流

若通路由可以贴靠在通路的口部上的封闭元件的部件再次关闭，则截止通路的液体供给。一旦此后毛细力与大气外部压力之间的力均衡又得到平衡，那么灌装流就被停止。通过在流出口内的通路内部的毛细作用和密封安放的封闭元件有效地阻止在封闭元件关闭后液体的渗漏或不受控制的漏尽。

为了使通路的直径与不同的灌装任务，尤其是不同粘度的液体以及不同的灌装速度相适应，流出口优选可拆除地固定在计量装置的出口上。

为了先在容器底部上尽量均匀地分配小量液体，按照计量装置的一种有利的实施方案规定，封闭元件的第一部件的第一面和第二部件的第二面对置，且这些面被布置成，使在第一部件打开时，在第一与第二部件之间形成了小的环形间隙。被相对较窄的环形间隙开放的通流横截面，明显小于在阀座与处在第二打开位置的封闭元件之间的通流横截面。之后用相对较小的能量使仅少量液体均匀地出现在容器底部上，由此减少飞溅和泡沫的产生。

在第一与第二打开位置之间的灌装流的逐渐加强可以由此实现，即，在液体通过装置的通流方向上，这样减小在第一部件的第一面与第二部件的第二面之间的间距，使在第一部件打开期间被环形间隙开放的通流横截面连续扩大。由此逐渐加强的灌装流还较为有效地阻止了飞溅和泡沫的产生。

两件式封闭元件可以用仅一个驱动器操纵，当第一部件与用于打开封闭元件的力传递机构连接且第二部件这样联接在第一部件上时，即，封闭元件的第二部件直至到达第一打开位置都是搁置在阀座上的。

结合在第一部件打开时连续扩大的通流横截面，可以通过对力传递机构的速度的控制调整灌装流的压力特性，其最佳地与各带灌入的液体一致。

附图说明

接下来借助按本发明的计量装置的实施例详细阐释本发明。其中：

图1是按本发明的计量装置的剖开后的侧视图，以及

图2-5示出了有两件式封闭元件的不同位置的按图1的计量装置。

具体实施方式

首先，计量装置1包括阀门壳体2，该阀门壳体布置在灌装室的盖板3上。在未示出的灌装室中，用液体，例如果汁来灌装容器，尤其是用复合材料制成的包装物。计量装置1的出口4与盖板3内对应其出口横截面的通路5对齐。在盖板3之下，与计量装置1的出口4同心地布置有一个本身公知的柱形流出口6。流出口6当然也可以直接固定在计量装置1上。

流出口6在功能上划分成中央流出口7和包围该中央流出口的边缘流出口8。无论是中央流出口7还是边缘流出口8，都由多个彼此相邻地地沿流出口6的轴向分布的柱形、优选圆柱形的通路9构成。

两件式的封闭元件在阀门壳体2内移动式地受引导，该封闭元件具有中央柱塞10作为第一部件以及具有包围柱塞10的环形阀体11作为第二部件。

柱塞10和阀体11分别在端侧具有中央的密封板12或环形的密封板13，所述密封板在封闭元件的关闭状态下共同密封地安放在流出口6的上侧14上。上侧14因此同时形成用于封闭元件的阀座。但阀座当然也可以构造成阀门壳体2的组成部分，例如构造为在其出口4上环绕的向内指向的接片，环形密封板13的外边缘套装在该接片上。

中央柱塞10与控制杆15连接以打开和关闭封闭元件。控制杆15与未示出的线性驱动器连接。环形的阀体11联接在柱塞10上。

柱塞10在中央密封板12之上具有实施成带动件16的区段，该区段到柱塞10的位于其上的有较小直径的区段的过渡部分形成环绕的凸肩17。

环形的阀体11具有围绕其中央孔18的一个围绕柱塞10布置的、向上延伸的随动套筒19，该随动套筒在其上端部上具有与凸肩17配合作用的止挡20。随动套筒19以此方式将阀体11联接在柱塞10上。随动套筒19在其圆周上配设有多个通道21。

阀体11的向上取向的、分散的、优选截锥形的表面23与柱塞10上带动件16的基本上垂直延伸的、柱形的、优选圆柱形的表面对置。带动件阀体11的相对垂线以锐角α倾斜的表面23与柱塞10上的带动件16的基本上垂直分布的表面对置，因而在柱塞10打开时在柱塞10与阀体11之间构成一个很小的环状间隙24。此外，在计量装置1的图1所示的第二打开位置中，开放了在阀体11的环形密封板13与流出口6的上侧14之间的较大的环形间隙25。

为了使柱塞10和阀体11在封闭元件的各个位置中都具有相对彼此定义的位置并且环形密封板13充分密封在流出口6中的通路9，设有压簧26，该压簧一方面支撑在阀体11的上侧上并且另一方面支撑在布置在柱塞10的上区段中的弹簧座圈27上。

最后，由阀门壳体2构成的阀室配设有用于待输送的液体的入口28，该入口与未示出的储备罐连接。

为了操纵柱塞10和与之联接的阀体11，柱塞10与控制杆15连接，该控制杆用滑动引导装置30引导通过壳体盖29。为了排除污物的进入和液体通过滑动引导装置30的流出，如下膜片31在阀门壳体2与柱塞10之间延伸，该膜片确保了阀室相对滑动引导装置30的严密的密封。

在图2至5中示出了计量装置1的运行方式：

图2中计量装置1是关闭的。柱塞10和阀体11两者都位于它们的下关闭位置中并且因而与它们的密封板12、13由以下方式构成一个密封单元，即，它们覆盖中央流出口和边缘流出口7、8。处在阀室中的液体不能流入待灌装的容器。

在图3中柱塞10被抬起。现在，通过在柱塞10上的随动套筒19的通道21开放的、液体的很少的第一个量，其通过很小的环形间隙24和通过中央流出口7流入容器。

如下速度，柱塞10可以以该速度被抬起进入图4所示的、封闭元件的第一打开位置，并且接下来又被降低进入关闭位置，优选是可变的，由此，结合阀体11的、以角度（α）倾斜的表面，可以实现一种受调节的、减小压力的打开。由此达到，在灌装过程开始时最小化液体与容器底部的碰撞。

随着到达第一打开位置，以第一液体层覆盖容器底部，并且柱塞10的带动件16以其凸肩17碰上阀体11的随动套筒19的止挡20。

在其它的向上运动中，柱塞10的凸肩17将阀体11由下关闭位置向上带入封闭元件的、图5所示的第二打开位置。由此，在整个范围内开放流出口6的上侧14，从而现在使液体的强度逐渐加强至最大，并且可以如此长久地通过小的环形间隙以及大的环形间隙24、25流入容器，直至控制杆15使柱塞10又向下运动。

在向下运动中，阀体11通过压簧26首先被压到流出口6的上侧14上（图4），由此使灌装流现在以相反的顺序又减小。在随后的柱塞10进入关闭位置（图2）的向下运动中，液体的速度通过陷入中央孔18的柱塞10而被连续减小，因为定义中央孔18的、以角（α）倾斜的表面23伴随着柱塞10的陷入而住不到使小的环形间隙24变小。此后，灌装过程温和地并且无飞溅地结束。

附图标记列表

编号	名称
		1	计量装置

2	阀壳体
		3	盖板
4	出口
		5	通路
6	流出口
		7	中央流出口
8	边缘流出口
		9	通路
10	柱塞
		11	阀体
12	中央密封板
		13	环形密封板
14	上侧
		15	控制杆
16	带动件
		17	凸肩
18	中央孔
		19	随动套筒
20	止挡
		21	通道
22	第一面
		23	倾斜的表面
24	小环形间隙
		25	大环形间隙
26	压簧
		27	弹簧座圈
28	入口
		29	壳体盖
30	滑动引导装置

Claims (6)

1.一种带有用于液体的入口（28）的液体流动控制装置，包括阀座（14）、与所述阀座配合作用的封闭元件（10、11）和用于液体的出口（4），其中

-封闭元件（10、11）能够置入第一打开位置和第二打开位置，

-在所述阀座（14）与所述封闭元件（10、11）之间的通流横截面在所述第二打开位置中要大于在所述第一打开位置中，

-所述封闭元件（10、11）具有相互不依赖地运动的第一部件和第二部件（10、11），其中，在液体通过所述液体流动控制装置（1）的通流方向上，所述第一部件（10）被所述第二部件（11）包围且所述部件布置成，使所述第一部件（10）的打开将所述封闭元件置入所述第一打开位置中，所述第二部件（11）的打开则将所述封闭元件置入所述第二打开位置中，

-在所述出口（4）上布置有柱形流出口（6），所述流出口（6）带有多个沿轴向彼此相邻地布置的通路（9），以及

-所述流出口（6）的朝向所述封闭元件（10、11）的端侧形成所述阀座（14）的至少一个组成部分，其中，所述封闭元件（10、11）的所述第一部件和所述第二部件（10、11）能够密封地贴靠在所述流出口（6）中的通路（9）的口部。

2.按权利要求1所述的液体流动控制装置，其特征在于，所述封闭元件（10、11）的所述第一部件（10）的第一面（16）和所述第二部件（11）的第二面（23）对置，且所述面布置成，使在所述第一部件（10）打开时在所述第一部件与所述第二部件（10、11）之间形成环形间隙（24）。

3.按权利要求2所述的液体流动控制装置，其特征在于，第二部件（11）的第二面（23）沿液体的通流方向向内倾斜，沿液体通过所述装置（1）的通流方向，在所述面（16、23）之间的间距减小，使得在所述第一部件（10）打开时，通过所述环形间隙（24）开放的通流横截面连续扩大。

4.按权利要求1至3之一所述的液体流动控制装置，其特征在于，所述第一部件（10）与用于打开所述封闭元件（10、11）的力传递机构（15）连接，以及所述第二部件（11）以如下方式与所述第一部件（10）连接，使得所述封闭元件的所述第二部件（11）直至到达所述第一打开位置都搁置在所述阀座（14）上。

5.一种液体流动控制方法，包括将液体输送给阀，所述阀首先被置入第一打开位置，然后被置入第二打开位置，其中，所述阀的通流横截面在所述第二打开位置要大于在所述第一打开位置，且所述阀的打开促成的液体的输出，其中，沿液体通过所述阀的通流方向，在所述第一打开位置中的通流横截面被在所述第二打开位置中的附加的通流横截面包围，其特征在于，由所述阀输出的液体被引导通过带有多个沿轴向彼此相邻地布置的通路的流出口。

6.按权利要求5所述的液体流动控制方法，其特征在于，在所述阀打开进入所述第一打开位置时，开放的通流横截面连续扩大。

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