CN103159155A

CN103159155A - 用于灌装容器的灌装机构

Info

Publication number: CN103159155A
Application number: CN2012105320810A
Authority: CN
Inventors: 鲁珀特·梅恩金格尔; 斯提芬·珀斯尔; 塞巴斯蒂安·鲍姆加特纳; 斯提芬·富鲁茨特尔
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: DE102011056370A1; EP2604572B1; EP2604572A1; CN103159155B

Abstract

本发明涉及一种用于灌装容器的灌装机构，其具有用于以全液流(3)灌装容器(2)的全液流灌装件(10)和用于确定液面高度的液面探头(4)，其中，该液面探头(4)设置在该全液流灌装件(10)的下方，使得所述液面探头在灌装时位于全液流(3)中。

Description

用于灌装容器的灌装机构

技术领域

本发明涉及一种用于灌装容器且优选给饮料容器灌装饮料的灌装机构。

背景技术

为了在容器内灌装液体，公开了用于形成各灌装机构的不同可行方式。如在饮料灌装领域内所知，根据待灌装液体的不同，尤其根据待灌装产品的不同，采用不同的灌装机构，其尽量周全地考虑由产品决定的特性。

例如，已知所谓的长管灌装机构，在这里，要灌装到瓶子中的饮料借助深插入瓶子中的管子被注入。通过这种方式做到了瓶子的下潜灌装，这尤其对生泡沫的产品和/或对氧气敏感的产品表现出有利的灌装性能。

此外，已知所谓的无灌装管式灌装系统，在这里，液体从设于容器嘴口上方的产品出口端流入待灌装容器，并且被液体从容器内排挤出的气体借助回气管从容器中被导出。回气管此时一般位于灌装液流的中心，其中，灌装液流一般从回气管借助转向挡板被引导至待灌装容器的内壁，以便在起泡不多的情况下将液体小心灌注到当前容器中。

另外，已知所谓的全液流灌装机构（Vollstrahlfüller），其尤其也能以自由流灌装机构的形式构成。在这里，应灌装到相应容器内的液体从一般间隔设置在容器嘴口上方的产品出口端经容器嘴口顺利地流入。被液体排挤出的气体经过全液流和当前瓶口之间的间隙逸出。

容器的灌装通过不同的方式进行控制。因此，例如，已知体积控制，在这里，应该将一定的灌装体积的产品灌入某个容器中。另外，已知称量灌装机构，在这里，应该在各容器内达到一定的产品重量。另外，已知液面高度控制型灌装系统，在这里，在每个容器内达到的液面高度被用作灌充断开标准。

称量灌装尤其用于相对不均质产品，例如像含果纤维成分的果汁或含果成分的奶产品。当通过这种方式灌装的瓶子应该让最终消费者感到统一时，则优选控制液面高度的灌装。即，例如由于因玻璃瓶制造工艺而使得玻璃瓶具有不准确的内腔体积，所以，在这里可能在相同的灌装量下获得不同的灌装高度。但消费者通常将这种不同的灌装高度视为灌装有误。

在容器的全液流灌装领域内，例如DE 10 2008 029 208 A1公开了与灌装高度相关的控制，在这里，描述了自由液流灌装系统，其具有液面探头，液面探头在灌装液流外在灌装机构边缘处设置在一个定心机构上。但是，对于狭窄的容器嘴口，液面探头设置在灌装机构的边缘区域内是容易出事故的，这是因为探头在移入该容器时会碰撞该容器嘴口。

作为液面探头，通常采用电子传感器，此时，电极安置在液面高度传感器本身上，液面高度传感器在达到相应液面高度水平时与安置在灌装机构上的外壳点导电接触。但为了做到这一点，待灌装液体须具有一定的导电能力。针对上述液面探头的设计结构，对待灌装产品的导电能力的典型的要求是<20μS/cm，因此，导电能力弱的液体无法按照该原理来灌装。

发明内容

相应地，本发明的任务是提供一种改进的、用于给容器灌装液体的灌装机构，其允许根据液面高度进行全液流灌装。

该任务将通过具有权利要求1特征的灌装机构来完成。由从属权利要求得到有利的改进方案。

相应地，用于给容器灌装液体的灌装机构具有用于以全液流灌装该容器的全液流灌装件和用于确定液面高度的液面探头。根据本发明，该液面探头设置在该全液流灌装件的下方，使得所述液面探头在灌装时位于该全液流内。

由于液面探头设置在全液流灌装件的下方，使得液面探头在灌装时位于全液流内，所以，液面探头设置在这样的区域内，该区域在液面探头移入容器嘴口时发生碰撞的危险小，并且可以相应减小因液面探头碰撞容器嘴口而出现的复杂性。全液流灌装的基本原理没有因上述的液面探头布置而被破坏，因而，由灌入的液体排挤出的气体还总是在全液流和嘴口之间从当前容器的内腔中逸出。相应地得到一种灌装作业的可靠性和耐用性提高的灌装机构，其允许在液面高度得到控制的情况下以全液流灌装容器。

由于液面探头在容器灌装时位于全液流内，所以，由这种布置表现出的流体动力学作用和流体动力学条件被用于控制灌装机构的预定灌装高度。以下将描述该基本原理的不同变型。

为此，液面探头最好被布置成使得该液面探头在灌装时被全液流包围，最好完全位于全液流内。如果液面探头被全液流包围，则适用环流物体的物理学特性，从而在这里能以追溯且可重复的方式利用不同的流体动力学作用。

当液面探头具有探头体且该探头体与该全液流灌装件的阀体相接时，可以获得特别有利于流动的设计。通过此鲜明特点，可以实现液体尽量无湍流地流入该容器。这尤其对于饮料灌装和应非常小心灌充的其它食品的填充是有意义的。另外，这种设计实现了紧凑的结构，并且允许液面探头相对于出液口（该出液口一般相对于阀体对中布置）精确地对中布置。

优选地，液面探头的至少一部分相对于全液流灌装件的出液口居中设置，使得液面探头对称地位于全液流内。由于液面探头被全液流对称地包围，所以，对于每次灌装可靠地获得了流体动力学作用。

更具体地说，液面探头也可以由在流动方向上延伸的探头体构成，在探头体下端上可以设置不同的关断机构。

为了将液面探头可靠地移动到容器中，液面探头的至少一部分设置在该全液流灌装件的出液口的下方。此时，优选地，液面探头最好具有延伸穿过全液流灌装件的出液口的探头体。

在液面探头的一个优选实施方式中，该液面探头具有探头体，流体轮廓边缘

形成在探头体的位于下游的端部上。通过流体轮廓边缘，可以在位于流体轮廓边缘下游的区域内（例如，在探头体的端面区域内）形成一个基本上无液体区域。基本上无液体区域例如可以依据其电学作用、光学作用或流体技术作用（如根据电阻变化、折射率变化、吸收性能变化或者涡旋流动力变化）进行检测。相应特性的改变尤其出现在容器内液面升高超过流体轮廓边缘并且无液体区域相应瓦解之时。当例如流体轮廓边缘被置于该液面探头上的相应位置时，该作用可被相应用来确定达到预定液面高度。

液面探头优选具有探头体和与探头体有效连接的测力装置，该测力装置用于测量由全液流施加到探头体的力。此时，该力例如通过在探头体上的全液流的抽吸作用产生。这种抽吸作用尤其强烈地出现在流体轮廓边缘处。一旦探头体或流体轮廓边缘浸没到液面中，则该力改变，因此，该作用可被用于确定规定的灌装高度。

也可以如此完成预定液面高度的确定，即，液面探头具有在全液流的带动下运动的至少一个运动体，在这里，运动体最好是可被全液流驱动的回转体。在这里，例如，可以采用螺旋桨、可回转的旋转体或任何其它几何形状，其将全液流的直线流动运动转换为回转运动。当运动体浸没到液面中时，液流运动出现变化，其相应改变甚至停止该回转运动。这种情况可被用于确定达到预定液面高度。

在另一个有利的实施方式中，液面探头具有可由全液流操作且用于确定液面高度的至少一个流体开关，其中，该流体开关优选设置在该液面探头的探头体的下端上。该流体开关在全液流迎面流过时处于一个不同于流体截止时的开关位置。相应地，在流体开关浸没到液面中时，流动被中断，因此，由此获得的开关过程可用于确定达到液面高度。

液面探头优选具有用于确定液面高度的至少一个电极，在这里，该电极优选安置在该液面探头的探头体的下端上，并且该电极非常优选地设置在形成在探头体上的流体轮廓边缘的下游。通过这种方式，该电极在存在由全液流产生的流动时处于基本上无液体区域内。但如果液面升高到电极浸没的程度，则在这里可以通过液体产生电导通。通过这种方式，电极也被用来确定达到预定液面高度。

当液面探头具有至少一个光学传感器时，也可确定液面高度，在这里，该光学传感器最好能测量折射率变化、吸收、反射或透射的变化。通过这种方式，可以很可靠且无磨损地确定液面高度。

当设有至少一个压力传感器来确定在探头体的流体轮廓边缘下游的压力差时，得到了用于确定液面高度的又一个可行方式。

上述的机械解决方式或光学解决方式尤其具有以下优点：灌入液体的导电能力不再对液面探头是否被操作起决定性作用。尤其是，现在也可以按照控制液面高度的方式灌装导电能力小于20μS/cm的液体。

在探头体的下端也可设有浮子，浮子也随着液面的升高而升高，并由此操作一个开关。这样的浮子也可承受弹簧力，使得浮子被全液流的流体向下冲（这与弹簧作用力方向相反），然后只能随着液面的升高而被升起。

灌装机构优选配设有全液流灌装件，该全液流灌装件具有锥形的出液口和设于出液口内的阀锥，在这里，通过阀锥的提升可以使产品从全液流灌装件中流出。在这里，现在可以在出液口上例如通过定心钟形槽装接上要灌装的容器。

附图说明

本发明的其它优选实施方式和方案通过以下说明来详细描述，其中：

图1示意性示出灌装机构的结构；

图2示意性示出包括回转体的液面探头的第一变型；

图3示意性示出包括流体开关的液面探头的另一个变型；

图4示意性示出具有液面探头的灌装机构，该液面探头包括电极；

图5示意性示出包括光学液面探头的灌装机构；

图6示出具有液面探头的另一个灌装机构，该液面探头具有另一个光学传感器；

图7示意性示出另一个灌装机构，其具有对负压做出反应的液面探头；和

图8示出图7的灌装机构，其液面探头处于另一液面水平。

具体实施方式

以下，将结合附图来描述优选实施例。在这里，相同的、相似的或作用相同的零部件用相同的附图标记表示，在以下说明中有时放弃了对该零部件的反复描述，以避免说明书冗长。

图1示出了用于给瓶状容器2灌装液体30的灌装机构1。灌装机构1包括用于以全液流3灌装容器2的全液流灌装件10。为此，液体30从基本对中地设于容器嘴口20上的出液口16流出并以全液流3的形式经过容器2的嘴口20和颈部22流入容器内腔24。由升高的液面32从容器2中排挤出的气体（即，例如位于容器内腔24内的空气）可以在以全液流3的形式流入容器内腔24的液体30和容器2的嘴口20之间逸出，如通过图1的箭头示意性所示的那样。

在图1所示的实施方式中，出液口16与容器2的嘴口20是间隔设置的，在全液流灌装件10和容器2之间不存在直接接触。这种布置结构也被称为自由液流灌装。相应地，全液流3从全液流灌装件10经过容器嘴口20“落入”容器2的内腔中。

这样的构造例如常用在饮料灌装领域，用于将不起泡沫且对氧气不敏感的液体有效地灌装到容器中。例如，在将不起泡沫的水灌装到瓶中时就是这种情况。

为了调节液流，全液流灌装件10具有锥形阀座12，阀锥14可插入该阀座12中以便封闭。在图1所示的状态下把阀锥14从阀座12上抬起，结果，液体30可以相应地以全液流3的方式从出液口16流入容器2。而与图1所示的状态相比，如果阀锥14相应地落座到锥形阀座12中，则全液流灌装件10被关闭，从而没有液体30流出。要灌装容器2的液体30此时一般存在于全液流灌装件10的上方，例如在回转式灌装机的设于其上的液体容器如环形容器内，因而通过使阀锥14抬离阀座12，液体30以全液流3的方式流入容器2。

容器2内的液面32随着通过全液流3输入的液量的增加而升高。容器2内的液体30的液面高度的控制是通过液面探头4来实现的，该液面探头确定是否达到预定的液面高度。在这里，液面高度是指容器2的嘴口20与所存在的液面32之间的距离。通过这种方式做到了容器看上去被均匀灌装，无论某种容器的内腔体积是否略有变化。

图1中的液面探头4设置在全液流灌装件10下方，使得液面探头4在灌装时位于全液流3内。尤其是，液面探头4具有探头体40，探头体40在灌装时被全液流3包围。

在图1所示的实施方式中，探头体40与阀锥14相接。液面探头4也相应延伸穿过出液口16，因而，在这里，液面探头4的至少一部分位于出液口16下方。

通过按照与阀锥14直接连接的方式布置探头体40，探头体40相对于出液口16对中布置，从而液面探头4相对于全液流3对称设置。在全液流3具有圆形横截面时，探头体40相应准确地位于全液流3的纵轴线上。换句话说，除非穿过全液流3，否则无法从任何一侧接近液面探头4。

如从图1所示的示意性剖视图看到的那样，探头体40位于全液流灌装件10下方，进而液面探头4相应地位于全液流灌装件10下方，使得液面探头4完全位于全液流3内。

在图1所示的实施方式中，探头体40被构造成使得该探头体呈柱形条杆形式，在这里，在探头体40的下端上形成流体轮廓边缘42。流体轮廓边缘42造成在流动方向上紧接在流体轮廓边缘42之后形成无液体区域34。即，在这里可能会出现气泡，但该气泡处于负压。无液体区域34的形成要归咎于环流物体的流体动力学，并且不需要其它措施。

全液流3在液面探头4处的流动特性在流动方向上对该液面探头施加力，该力在图1中示意性标为力F_n。力F_n可通过借助示意性所示的测力装置5的测量来确定，该测力装置与探头体40有效连接。通过确定所述力F_n，可以确定液面探头4的探头体40是已经浸没到液面32中，还是有全液流3沿探头体40或者探头体40的区域流动。

例如，可通过测力装置5来测量由流入的全液流3施加于探头体40的力F_n。因为在这里取决于探头体40的端面，该力是相对小的力，所以必然需要灵敏的测力装置5。为了确定是否达到了预定液面高度，经过一段时间之后观察与一开始施加在探头体40上的力F_n的差值。当力F_n下降到某个预定值时，因为此时探头体开始浸没在液面32中，所以将阀锥14降下，灌装结束。

图2在一个替代实施方式中示出了包括阀体14的灌装机构1的一部分。液面探头4配设有探头体40，在这里，在探头体40的下侧区域内设有回转体50，该回转体在示意性所示的全液流3的液体30迎面流过时转动。相应地，回转体50一直转动，直到液体的液面32已经到达回转体50或者完全覆盖回转体50。相应地，可以通过合适的转动传感器例如借助里德触点或以光学方式检测回转体50的转动。当达到预定的液面高度时，回转体50的转动速度相应减小或者转动完全停止。如果达到该状态，则借助全液流灌装件10的灌装过程结束且阀锥14落座到阀座12中。

在如图3示意性所示的另一个变型中，探头体40也从阀体14延伸而出。在液面探头4的探头体40的下端设有流体开关52。此时，流体开关52被形成为使得该流体开关超出探头体40的直径并且相应地迎向全液流3。通过突出地形成流体开关52，全液流3或者液体30迎面流过该流体开关，从而流体开关52被相应偏转。在图3所示的方式中，此时流体开关52由迎流件520构成，该迎流件通过相应的铰链522铰接在探头体40上，使得该迎流件520可绕铰链522转动。通过施加预紧力，迎流件520被预紧到流体开关52的相应的闭合位置上。一旦全液流3的流体强烈地涌向迎流件520，从而克服了相应的弹簧预加载阻力（即，对迎流件520施加力

），则液面探头4相应发出信号表示尚未到达预定液面高度。而一旦液面32升高超过流体开关52的迎流件520的平面，则通过弹簧预紧力使流体开关52运动至闭合位置，并且液面探头4相应发出信号表示到达了期望的液面高度。

图4以另一示意性剖视图示出了灌装机构1的另一实施方式。可清楚地看到，圆锥形阀座12与阀锥14一起形成在全液流灌装件10中。出液口16借助相应的流体轮廓边缘形成在阀座12的末端。此外，在图4所示的全液流灌装件10的实施方式中还设有定心钟形槽18，其设计用于容纳待灌装容器的嘴口部。

在此实施例中也设有液面探头4，其中，液面探头4具有探头体40，该探头体可作为延长部直接连接于全液流灌装件10的阀锥14。灌装液体30位于全液流灌装件10的上方，从而通过把阀锥14从阀座12上抬起（例如，呈图4所示的形式），液体30就以全液流3的形式流入容器（图4未示出）。

在探头体40的下端也形成一个流体轮廓边缘42，使得探头体40基本上呈柱形。一对电极54设置在探头体40的端面44上。这些电极54被构造为短路电极。这两个电极54设置在探头体40的端面中央并且相应地位于流体轮廓边缘42下游。因为在探头体40下方有流体轮廓边缘42，所以当存在流动时，相应地在探头体端面44区域内形成了一个无液体区域34。但是，形成在流体轮廓边缘42下游的无液体区域34造成这两个电极54不能长久通过液体处于导电连接状态。只有当液面32升高到这两个电极54浸没到液体30中的程度时，才发生相应的导电接触，该导电接触于是发信号表示达到期望的液面高度。

图5示出了灌装机构1的另一个实施例，在这里，图5的基本结构与图4所示的灌装机构1的结构相似。液面探头4也包括探头体40，该探头体在其下端上形成流体轮廓边缘42。探头体40基本上在阀锥14的延长部上延伸。

通过相应的流动性能，也在有由全液流3造成的流动时在探头体40下方形成一个无液体区域34。

为了确定是否达到了规定的液面高度，在图5所示的实施方式中设有光学传感器56，在这里，通过窗560射出经光导562导送的光线。在窗560和相应位于窗下的介质之间界面处的、通过光导562输入的光线的折射特性或吸收特性是通过反射光来测量的，该反射光经过光导562又被反送回来。在这里，在探头体40被流体环流时，相应地在窗560下方产生基本上无液体区域34。但如果液面32升高超过窗560的平面，则液体完全位于窗560处，结果，在相应界面处的折射率相应改变，这样反射光就拥有不同的强度。因此，液面探头4可通过相应的光学观察来确定相应的液面32是否已经到达由窗560预定的液面高度。

图6示出了光学测量规定的液面高度的另一个变型，在这里，与图5所示的变型相比，在图6的另一个变型中设有光学传感器57，使得通过第一光波导570在一侧将光线入射到待灌装的容器中。该光线通过第二光波导572又被接收。当液面32升高超过由出射窗574和入射窗576限定的高度水平时，通过第二光波导572内的反射光的变化来检测达到了期望的液面高度水平。

同样可有利实现的是，出射窗574也担负入射窗576的功能。在此变型中，有利地，这两个光波导570和572终止于一个共同的入射-出射窗(未示出)中，即，用于光线射出的光波导和用于接收反射光的光波导两者终止于共同的入射-出射窗处。此时，这两个光波导最好也相互平行地设置。在这种情况下，也可以仅有唯一一个光波导用于光线的发出和接收。

在如图7和图8所示的另一实施例中，全液流灌装件10配设有液面探头4，该液面探头以带孔58的探头体40的形式设置。孔58用于确定在探头体40下端上依靠流体轮廓边缘42产生的负压。压力测量借助如图8示意性所示的压力传感器580进行，该压力传感器通过探头体40内的孔58与无液体区域34连通。

图8相应地示出了与图7的视图相比升高了的液面32，在这里，探头体40浸没在液面32中，进而孔58浸没在液面32中。在孔58内测量的压力相应改变，尤其是因为图7的无液体区域34因达到图8中的液面32而被瓦解。与图7所示的变型相比，孔58内的压力相应地增高。测量该压力增高并将其认定为液面水平达到预定灌装高度。

只要可应用，则在这些实施例中示出的所有独立特征均可被相互组合和/或互换，而不会偏离本发明的保护范围。

附图标记列表

1灌装机构；10全液流灌装件；12阀座；14阀锥；16出液口；18定心钟形槽；2容器；20嘴口；22颈部；24容器内腔；3全液流；30液体；32容器内的液面；34无液体区域；4液面探头；40探头体；42流体轮廓边缘；44端面；5测力装置；50回转体；52流体开关；520迎流件；522铰链；54电极；56光学传感器；560窗；562光导；57光学传感器；570第一光波导；572第二光波导；574出射窗；576入射窗；58孔；580压力传感器；F_n由全液流施加于液面探头的力；

由全液流施加于迎流件的力。

Claims

1.一种用于给容器(2)灌装液体(30)的灌装机构(1)，所述灌装机构(1)具有用于以全液流(3)灌装该容器(2)的全液流灌装件(10)和用于确定液面高度的液面探头(4)，

其特征在于，

该液面探头(4)设置在该全液流灌装件(10)的下方，使得所述液面探头在灌装时处于全液流(3)中。

2.根据权利要求1所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)被设置成使得该液面探头在灌装时被全液流(3)包围，最好完全位于全液流(3)中。

3.根据权利要求1或2所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有探头体(40)，该探头体与所述全液流灌装件(10)的阀体(14)相连接。

4.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)的至少一部分设置在所述全液流灌装件(10)的出液口(16)的下方。

5.根据权利要求4所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有探头体(40)，该探头体延伸穿过所述全液流灌装件(10)的所述出液口(16)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)的至少一部分相对于出液口(16)对中布置，使得所述液面探头(4)对称地位于全液流(3)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有探头体(40)，在该探头体的位于下游的端部上形成流体轮廓边缘(42)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有探头体(40)和与该探头体(40)有效连接的测力装置(5)，该测力装置(5)用于测量由全液流(3)施加在所述探头体(40)上的力。

9.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有用于确定液面高度的至少一个运动体(50)，该运动体能够在全液流(3)的带动下运动，其中，所述运动体(50)优选是能够被全液流(3)驱动的回转体。

10.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有用于确定液面高度的至少一个流体开关(52)，该流体开关能够由全液流(3)操作，其中，所述流体开关(52)最好安置在所述液面探头(4)的探头体(40)的下端上。

11.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有用于确定液面高度的至少一个电极(54)，其中，所述电极(54)最好安置在所述液面探头(4)的探头体(40)的下端上，并且其中，所述电极(54)特别优选地设置在形成在探头体(40)上的流体轮廓边缘(42)的下游。

12.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，所述液面探头(4)具有用于确定液面高度的至少一个光学传感器(56,57)，其中，该光学传感器最好能够测量折射率变化或透射变化。

13.根据前述权利要求中任一项所述的灌装机构(1)，其特征在于，设有至少一个压力传感器(580)，用以确定在探头体(40)的流体轮廓边缘(42)下游存在的压力差。