CN104417770A - 将灌装产品计量注入待灌装的容器的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种将灌装产品计量注入待灌装的容器(100)的装置(1)，该装置包括配料单元(3),该配料单元具有计量气缸(30)和设置在该计量气缸中，可在上部止点和下部止点(Tu)之间推移的计量活塞(32)，以及用于将灌装产品从可旋转的产品前置容器(2)中吸出的、具有阀座(40)的吸入阀(4)，其中，该阀座(40)在运转中设置在这样一个平面(E1)上，该平面高于计量活塞(32)的底座(320)在下部止点(Tu)所形成的平面。

Description

将灌装产品计量注入待灌装的容器的装置
技术领域
本发明涉及一种将灌装产品计量注入待灌装的容器的装置，优选用于计量粘稠的和/或糊状的灌装产品，例如奶油、酸奶、果酱、番茄酱、蛋黄酱和/或婴儿米糊。
背景技术
已知一种以旋转方式工作的将灌装产品计量注入待灌装的容器的装置，其中在产品前置容器周围设置多个配料单元，这些配料单元分别具有计量气缸和设置在计量气缸中的可推移的计量活塞。
在这些配料单元中，预存在产品前置容器内的灌装产品通过计量活塞吸入计量气缸中，然后所吸取的体积从灌装产品出口灌入设置在下方的待灌装的容器。相应地，通过计量气缸中的强制驱动的计量活塞实现精确的体积定量，该计量活塞交替地从产品前置容器中吸出灌装产品，然后将灌装产品通过产品出口推入待灌装的容器中。
相应的产品引导路径，即计量气缸和产品前置容器之间的产品通道以及计量气缸和排出口之间的排出通道，分别通过阀门连通。为此可使用例如水平旋转阀、垂直旋转阀、止回阀或座阀。
由FR 2 851 764 A1已知一种具有一个产品前置容器和多个安装其上的配料单元的装置。该配料单元包括安装在产品前置容器周围的计量气缸，在该计量气缸中，计量活塞由凸轮控制(kurvengesteuert)驱动，并且该计量气缸具有两个气动阀门。第一个阀门设计为吸入阀，设置于计量气缸和排出阀之间，控制从产品前置容器通向计量气缸的产品通道。吸入阀为座阀并径向打开和关闭。排出阀在计量气缸的轴向上安装在吸入阀下方，主要包括一个双作用气动缸，灌装产品通过该气动缸推出。
在这种已知设置中，可径向活动的座阀将产品前置容器与计量气缸连接起来，通过该设置并不能实现对计量活塞下方的充分排气，以致由于在计量气缸中存在可压缩的气囊，无法实现高灌装精确度。另外在灌装过程的最后对产品前置容器的清空也成为问题。
发明内容
与之相应，本发明的目的在于，提供一种可实现更高灌装精确度的计量注入灌装产品的装置。
该目的通过具有权利要求1所述特征的计量注入灌装产品的装置实现。有利的扩展方案出现在从属权利要求中。
相应地，建议使用一种将灌装产品计量注入待灌装的容器的装置，该装置包括具有配料单元，该配料单元具有计量气缸和设置在该计量气缸中可在上部止点和下部止点之间推移的计量活塞，以及用于将灌装产品从可旋转的产品前置容器中吸出的、具有阀座的吸入阀。根据本发明，该阀座在运转中设置在这样一个平面上，即，该平面高于计量活塞的底座在下部止点所形成的平面。
通过将阀座平面设置为高于计量活塞的底座在下部止点所形成的平面，能够使可能存在于计量活塞的底座下方的气囊通过位于上方的吸入阀流回产品前置容器中。由此可相应得出，位于计量活塞的底座下方的气囊得以减少或完全消除，从而能够确实地将预定体积的灌装产品灌入待灌装的容器内。
另外，通过这种方式，能够在配料的开始通过计量活塞在计量活塞的下方对计量气缸排气，并且能够将在配料过程中积聚的气体或空气排出，从而在计量活塞的底座下方不形成或仅形成极少的空气气囊或其他气体的气囊。通过减少或避免计量气缸中的不确定的空气和/或气体气囊，能够进一步提高装置的计量注入精确度。
本装置还优选包括可旋转的产品前置容器，在其周围可设置配料单元。其中吸入阀，尤其是吸入阀的阀座优选设置在该产品前置容器的底面。通过这种方式，能够在不吸入大份额的周围空气的情况下，使处在产品前置容器内的灌装产品完全从产品前置容器中流出。当产品前置容器的液面高度不足时，通过现有技术已知的，径向设置的吸入阀便已至少在吸入阀的上部吸入空气，与之相反，通过基本水平设置阀座，即使吸入阀只被很少的灌装产品覆盖，也能够保障完全吸取灌装产品并同时避免吸入空气。
相应地通过这样的建议设置，即，产品前置容器在其底面与吸入阀相连，并优选相应地在该产品前置容器下方水平设置阀座，能够实现灌装产品的精确计量注入直至产品前置容器几乎完全清空。相应地在计量注入周期的最后只须丢弃较少的灌装产品。另外因为吸入较少的空气，也可提高计量注入体积的精确度。
在另一个优选的方案中，吸入阀和计量气缸通过产品通道互相流体连通，其中该产品通道在安装状态下优选斜向上延伸至吸入阀。由此该产品通道也关于计量活塞的冲程方向倾斜设置。
通过产品通道的相应的倾斜走向，能够使在计量活塞的底座下方积聚的气囊通过产品通道和吸入阀排入产品前置容器内。相应地，也不会有气体囊或空气囊在产品通道内积聚，从而也能够在此进一步提高计量注入精确性。此外，在计量气缸中的计量活塞的下部止点优选这样设置，即，计量活塞的底座的平面至少齐平于或低于产品通道的上缘。这样，处于计量活塞的底座下方的空气或气体能够通过产品通道和吸入阀流入产品前置容器内。
计量气缸中的计量活塞、吸入阀以及排出阀优选机械地通过凸轮控制或压力控制，由气动、电气、电磁和/或电机控制。
在一个特别优选的实施方案中，至少吸入阀和排出阀由气动控制，其中相应的气动控制开关通过开关凸轮控制，该开关凸轮设置在本装置的固定支架上，在计量气缸的运转过程中由固定的或可激活的开关装置机械控制。由此一方面实现了特别简单的构造，从而避免了成本过高的控制，另一方面，在例如缺少待灌装的容器或灌装单元损坏的情况下，通过凸轮能够简单地机械地中断各个阀门的接通。
座阀形式的吸入阀和/或例如座阀形式的或双作用气动缸形式的排出阀优选顺着与计量气缸内的计量活塞的冲程轴线相平行的轴线活动。通过这种设置，使得产品流基本轴向地沿着阀杆流过吸入阀，然后吸入到计量气缸中，并再次推出该计量气缸，然后重新基本轴向地沿着排出阀的活动部件流动。
各个阀门的活动部件相对于周围及灌装产品的密封可以借助于波纹管实现。这样产生了优选的关于波纹管的环绕流向，与径向设置吸入阀时，横向流过波纹管的流向相比，灌装产品的纤维成分更不容易残留在波纹管的褶皱中，并且由此产生的关于波纹管的环流降低了波纹管的交变负荷荷载。这样能够减少机械磨损元素。
配料单元包括吸入阀、具有计量活塞的计量气缸以及排出阀和排出通道，该配料单元优选模块化组建，即，该配料单元能够作为一个功能完备的单元安装在产品前置容器上并又能从其上拆卸下来。通过这种模块化组建，当出现故障时，可以直接模块化更换整个配料单元。
产品前置容器优选具有一个底盘，配料单元这样固定在该底盘上，即，阀座优选与该底盘的内面齐平。特别优选在底盘内设置至少一个压缩介质通道，用于使用压缩介质冲击吸入阀和/或排出阀的至少一个阀门驱动装置。作为压缩介质通道可以在产品前置容器的底盘内引入例如压缩空气通道，为压缩单元的各个阀门驱动装置提供压缩空气。压缩空气通道不须进行开关控制，而是可以始终提供压缩空气。以同样的方式也可以设置排气通道，借此可以将用过的压缩空气引走，使其无法到达灌装区域。
附图说明
本发明的其他优选实施形式和方式通过对以下附图的描述进行详细说明。其中：
图1示出了计量注入灌装产品的装置的第一个实施例的剖面示意图；
图2示出了计量注入灌装产品的装置的第二个实施例；
图3示出了根据图2，安装在产品储存容器上的配料单元的具体示意图。
附图标记说明
1    计量注入灌装产品的装置
100  待灌装的容器
2    产品前置容器
20   底盘
22   底盘内的压缩介质通道
3    配料单元
30   计量气缸
32   计量活塞
34   连杆
36   凸轮辊轮
38   控制凸轮
320  计量活塞的底座
4    吸入阀
40   阀座
42   阀盘
44   阀杆
46   阀门驱动装置
48   波纹管
5    产品通道
60   灌装产品出口
62   排出阀
64   波纹管
70   机械开关凸轮
72   机械开关凸轮
74   开关装置
8    固定支架
E1   阀座平面
Tu   下部止点
R    旋转轴线
X    计量活塞的冲程方向
具体实施方式
下面根据附图对优选实施例进行说明。其中在不同附图中相同、相似或等效的部件用相同的标记表示，并且为避免冗余，在以下的描述中部分省略对这些部件的重复说明。
图1示出了装置1，用于将灌装产品计量注入示意性示出的待灌装的容器100中。该装置1还特别用于将粘稠的和/或糊状的灌装产品计量注入容器100中，从而在既定时间内将预定体积的灌装产品计量注入容器100中。
待计量注入的灌装产品预存在产品前置容器2内，并通过配料单元3计量注入容器100中。
配料单元3具有计量气缸30，在该计量气缸中设置可推移的计量活塞32，该计量活塞能够通过连杆34在计量气缸30中在上部止点和下部止点Tu之间上下运动。通过计量活塞32在计量气缸30中的上下运动，在计量活塞32的底座320下方相应产生了可变的空腔，当计量活塞32抬起时，该空腔产生负压，借由负压将灌装产品从产品前置容器2中吸取出来。当计量活塞32向下运动时，灌装产品得以灌入待灌装的容器100中。
通过吸入阀4能够将灌装产品从产品前置容器2中输送出来，该吸入阀与产品前置容器2的底盘20直接连接。该吸入阀4具有在运转中基本水平设置的阀座40。在阀座40上安装有阀盘42，用以密闭及打开吸入阀4。在图1所示实施例中，水平设置的阀座40与产品前置容器2的底盘20基本齐平。相应地，在产品前置容器2中预存的灌装产品能够通过吸入阀4，经过阀座40，并通过产品通道5到达计量活塞32的底面，并相应地被该计量活塞吸入到计量气缸30内。
因此，为了将储存在产品前置容器2中的灌装产品计量注入，首先打开吸入阀4(在所示实施例中，是通过从阀座40上将阀盘42向上拉起打开)，然后计量活塞32在计量气缸30中抬起，并由此相应地将处在产品前置容器2中的灌装产品通过吸入阀4和产品通道5吸入计量气缸30内。
当计量活塞32运动到上部止点位置时，吸入阀4通过阀盘42的下降重新关闭。随后计量活塞32下降，将处在计量气缸30中的灌装产品体积通过灌装产品出口60推入容器100中。排出阀62设置为双作用气动缸的形式，借助该排出阀能够打开和关闭灌装产品出口60。当吸入阀4打开，灌装产品从产品前置容器2中吸出时，排出阀62关闭，从而使抬起的计量活塞32的吸取作用完全作用在产品前置容器2中的灌装产品上。
当计量活塞32下降，将存于计量气缸30中的灌装产品推出时，吸入阀4关闭，排出阀62打开，从而引导灌装产品流仅从灌装产品出口60通过。
吸入阀4尤其是阀座40设置在平面E1上，该平面在配料单元3的安装状态下，高于计量活塞32的底座320在下部止点Tu位置所限定的平面。相应地，在计量活塞32的底座320下方产生的空气囊或气体囊能够至少在计量活塞32的下部止点Tu，通过产品通道5和吸入阀4重新回到产品前置容器2中。这些空气或气体相应地从计量活塞32的底座320的下部止点Tu流走，并通过产品通道5和吸入阀4流入产品前置容器2中。
产品通道5优选斜向上延伸至吸入阀4，从而使空气囊或气泡也不会停留在产品通道5中，而是同样通过吸入阀4重新排入产品前置容器2中。
通过这种方式能够在配料的开始对计量气缸30彻底排气，即，在计量活塞32的底座320下方不存在任何气体或空气。此外，在配料过程中积聚的，可能在计量活塞下方形成气囊的气体或空气，能够在下部止点Tu通过吸入阀4排出。
通过这种方式提高了配料单元3的计量注入精确度，因为计量注入体积相应地高份额地或完全由灌装产品填充，并且可以避免由还可压缩的，不明确的已存空气或气体体积所产生的误差。
吸入阀4的阀盘42通过阀杆44上下运动，该阀杆自身则由气动阀门驱动装置46驱动。吸入阀4的活动部件相对于灌装产品及周围的密封借助于波纹管48实现。
由图1马上可以得出，产品流这样环绕流过吸入阀4的波纹管48，即，波纹管48在轴向上受到产品流的冲击。相应地，产品流纵向环绕流过或淹没波纹管48。波纹管48优选由PTFE(聚四氟乙烯)组成或设计为金属波纹管。这种使产品流纵向环绕流过波纹管48的对波纹管48的定位，实现了低损耗的运转，因为由现有技术可知，当吸入阀径向设置时，无法实现基本垂直的关于波纹管的环绕流向，相应地，在所示实施例中，波纹管48的横向机械负载明显地降低了。另外，例如灌装产品的纤维成分更不容易残留在波纹管的褶皱中，因为这些纤维成分会随着产品的排出被冲刷出去，并且也更容易清洗。相应地，根据现有技术，与基本垂直的直流相比，所示关于波纹管48的环流使交变负荷荷载降低。针对波纹管48使用合适的材料，例如使用PTFE，能够降低磨损参数中由热造成的和化学的部分。
另外，相对于传统的径向设置的吸入阀，阀座40的水平设置以及优选与产品前置容器2的底盘20基本齐平的设置在配料的最后能够实现产品损失的减少。特别是，只要吸入阀4仍被灌装产品覆盖，对灌装产品的吸取就能继续进行。已知的会在径向吸入阀的上部出现的提前抽吸空气的现象，并不会在水平设置的吸入阀4上发生。相应地，通过配料单元3可以将产品前置容器2基本抽空。
例如可以这样排空残余，即，在产品出口60下方优选设置收集装置，产品残余会从产品前置容器2中抽入该收集装置中。
在所示实施例中，吸入阀4的驱动装置46和排出阀62的驱动装置都由气动驱动。所需的压缩空气通过嵌入产品前置容器2的底盘20内的压缩介质通道22输送给配料单元3，其中，其接口通过相应的钻孔设置在配料单元3的主体内。相应地可以抛弃高成本的软管或管道设置，因为通过安装配料单元3已经有针对性的将各自的接口钻孔与压缩介质通道22连接起来了。
吸入阀4和排出阀62由机械开关凸轮70、72控制，该开关凸轮则由在图1中未示出的固定的或可气动激活的控制部件在装置1的非旋转部控制。相应地，在装置1特定的旋转部位及特定的工作角度，开关凸轮70、72在运转中分别这样进行控制，即，要么吸入阀4打开或关闭，要么排出阀62打开或关闭。通过机械控制的开关凸轮70、72实现了机械上更简单的构造，由此可以抛弃在装置1的旋转部对吸入阀4和/或排出阀62进行的高成本的控制。
应用可气动激活的控制部件时，该部件与开关凸轮70、72相连通，能够额外有针对性地闭锁配料单元3，从而能够例如有针对性地接通或关闭该配料单元。另外由此能够有针对性地打开一个或多个配料单元，用以在预定的位置排空产品前置容器2。
在产品前置容器2的底盘20上不仅优选设置压缩介质通道22，还应设置排气管道，借由该排气管道能够从吸入阀4和排出阀62的阀门驱动装置内收集用过的压缩空气，从而使压缩空气无法到达可以接触到产品的区域。
控制吸入阀4的阀盘42在阀座40内下降或抬起的阀杆44在所示实施例中，与计量活塞32的冲程方向X平行。排出阀62的打开与关闭的方向也设置在冲程方向X上。此外，在配料过程中，该冲程方向X也与产品前置容器2的旋转轴线R平行。
通过将阀杆44以及排出阀62的打开与关闭的方向与计量活塞32的冲程方向X平行设置，同样能够简单地排空产品前置容器2内的残余产品，并能够可靠地排出计量活塞32的底座320下方的残余气体。
配料单元3优选完全模块化组建，即，配料单元3能够作为一个功能完备的单元安装在产品前置容器2的底盘20上，并且也是一个独立的功能单元。当需要替换时，例如故障时，配料单元3可以整个卸下并由另一个替换。由此可以减少维护及修理的时间。
排出阀62可以设计为膜片阀、弹簧阀或座阀。
阀门可以由电气、气动、电磁或电机，如通过伺服电机、继动电机或步进电机，进行控制。
例如排出阀62可设计为气动缸的形式，其中排出阀62的冲程能够通过机械装置，例如可手动安装和更换的冲程限制器，或通过气动装置，例如双级气缸发生改变。
图2示出了另一装置1，其同样具有产品前置容器2和配料单元3，该配料单元具有计量气缸30和计量活塞32。同样设置吸入阀4，该吸入阀的阀座40同样设置在平面E1上，该平面在计量活塞32的下部止点上方。吸入阀4通过斜向上设置的产品通道5与计量气缸30连接。同样也设置排出阀62。
图2所示的结构基本与由图1已知的结构相符。
此外，从图2可以看出，多个配料单元3被设置在产品前置容器2的周围。
与计量活塞32相连的连杆34通过压力控制器，以凸轮控制的形式，由在相应的控制凸轮38内移动的凸轮辊轮36控制。其中控制凸轮38固定在装置1的固定支架8上。
在所示实施例中，开关凸轮70、72由设置在固定支架8上的机械开关装置74在相应的角度位置控制。
图3示出了根据图2，同产品前置容器2相连的配料单元3的具体放大示意图。
阀座40设计为与产品前置容器2的底盘20基本齐平设置，从而能够将灌装产品几乎完全从产品前置容器2中排空。在此可以特别清楚地看出，产品通道5为倾斜设置，并且计量活塞32的底座320设置在阀座40所在平面的下方平面上。
另外可以看出，吸入阀4和排出阀62的波纹管48、64这样设计，即，产品流纵向环绕流过该波纹管。
只要适用，在单个实施例中说明的所有的单独特征，都可相互组合和/或相互替换，而并不超出本发明的范围。

Claims (13)

1.一种将灌装产品计量注入待灌装的容器(100)的装置(1)，所述装置包括配料单元(3)，所述配料单元具有计量气缸(30)和设置在所述计量气缸中，可在上部止点和下部止点(Tu)之间推移的计量活塞(32)，以及用于将灌装产品从可旋转的产品前置容器(2)中吸出的、具有阀座(40)的吸入阀(4)，
其特征在于，
所述阀座(40)在运转中设置在这样一个平面(E1)上，即，所述平面高于所述计量活塞(32)的底座(320)在所述下部止点(Tu)所形成的平面。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述阀座(40)在运转中基本水平设置，并且优选与可旋转的所述产品前置容器(2)水平相连接。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸入阀(4)和所述计量气缸(30)通过产品通道(5)互相流体连通，其中所述产品通道(5)斜向上延伸至所述吸入阀(4)。
4.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，借助于波纹管(48)使所述吸入阀(4)的活动部件相对于灌装产品密封。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，具有所述吸入阀(4)的所述配料单元(3)设置在所述产品前置容器(2)的底面，并且所述吸入阀(4)的所述阀座(40)优选安装在可旋转的所述产品前置容器(2)的底盘(20)上。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，模块化组建所述配料单元(3)，并且所述配料单元能够作为功能完备的单元与可旋转的所述产品前置容器(2)相连接。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，设置排出阀(62)用于从所述计量气缸(30)中排出灌装产品，所述排出阀与所述计量气缸(30)流体连通。
8.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸入阀(4)与优选所述排出阀(62)能够通过机械开关凸轮(70、72)控制，优选能够气动控制。
9.根据权利要求8所述的装置(1)，其特征在于，对所述机械开关凸轮(70、72)能够借由固定的或可激活的开关装置(74)在擦过所述开关凸轮(70、72)时进行控制，所述开关装置设置在所述装置(1)的固定部分(8)上。
10.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，在可旋转的所述产品前置容器(2)中设置所述底盘(20)，所述配料单元(3)这样固定在所述底盘上，即，所述吸入阀(4)和优选所述吸入阀(4)的所述阀座(40)与所述底盘(20)的内面基本齐平。
11.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，在可旋转的所述产品前置容器(2)中设置所述底盘(20)，并且在所述底盘(20)内设置至少一个压缩介质通道(22)，用于使用压缩介质冲击所述吸入阀(4)和/或所述排出阀(62)的至少一个阀门驱动装置(46)。
12.根据权利要求11所述的装置(1)，其特征在于，所述底盘(20)中的所述压缩介质通道(22)与所述配料单元(3)中的相应的压缩介质导向装置相连接，其中，所述配料单元(3)中的所述压缩介质通道优选设置在所述配料单元(3)的主体中。
13.根据上述权利要求中任意一项所述的装置(1)，其特征在于，所述吸入阀(4)的活动方向所在的轴线平行于所述计量活塞(32)的冲程轴线(X)并且平行于所述产品前置容器(2)的旋转轴线(R)。
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