CN104540774A

CN104540774A - 包括阀柱塞和阀壳体的阀以及灌装机

Info

Publication number: CN104540774A
Application number: CN201380036703.3A
Authority: CN
Inventors: 弗洛里安·安格雷尔; 约瑟夫·多布林格尔; 约翰·尤斯特尔; 斯特凡·珀施尔
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: WO2014009362A2; DE102012211926A1; WO2014009362A3; EP2870103A2; CN104540774B

Abstract

一种阀(100)、优选是比例阀，其包括在阀壳体(101)内部的阀柱塞(104)，其中，设置有驱动器(107)，该驱动器能够改变阀柱塞的位置，并且其中，阀壳体包括通向导入部(102)的第一阀区域和通向导出部(103)的第二阀区域以及在第一与第二阀区域之间的阀开口(230)，该阀开口能够通过阀柱塞(104)封闭，其特征在于，在第一阀区域中设置有安设在阀柱塞和阀壳体上的第一波纹管(110)，并且在第二阀区域中设置有安设在阀柱塞和阀壳体上的第二波纹管(120)。此外，还说明了一种具有一个或多个相应的阀的灌装机，以及一种用于利用相应的灌装机对容器、例如瓶进行填充的方法。

Description

包括阀柱塞和阀壳体的阀以及灌装机

技术领域

本发明涉及一种阀和一种用于对容器、尤其是瓶进行填充的灌装机，以及一种在使用相应的阀的情况下的相应的方法。

背景技术

迄今为止的现有技术已经公知了降压阀。因此，例如DE 10 30 23 5B示出了一种降压阀，尤其是蒸汽阀，其中，活塞状的封闭件在处于阀的流入腔中的套筒中进行引导。封闭件的伸入阀的流出腔中的部分在此形成了具有凹地拱曲的周侧面的截锥体，其中，在其对置的端部上设置有减压腔，该减压腔一侧经由在套筒与封闭件之间的狭窄的引导缝隙与流入腔连接，而另一侧能经由位于封闭件内部的溢流阀和穿过封闭件的通道与流出腔连接。在此，DE 1030235B的降压阀的特征在于，布置有多个向内延伸穿过封闭件端部的凹地弯曲的周侧面到溢流阀的通道。

此外，还公知有例如在防菌机组中使用的并且满足无菌要求的阀。因此，DE 203 17 882 U1公开了一种具有多个阀室的过程阀，其中，在阀室之间布置有能加载以密封介质的密封室，并且每个阀室都具有能独立操作的阀室闭塞机构，由此阀室闭塞机构能与密封室连接。此外，该过程阀还包括能独立操作的密封室闭塞机构，由此密封室能被分成至少两个单独的密封室，它们能分别独立地加载以密封介质。

但所提到的阀的缺点在于，它们要么虽然能够降压地运行但是由此却不能防菌地运行，要么能够防菌地运行但是由此却不是降压的。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种阀，其不仅能够降压地工作，而且也能够防菌地实施，并且同时是尽可能少受干扰且灵活的。

此外，任务还在于提供一种改进的灌装机。

该任务通过根据权利要求1的阀来解决。

优选的实施方式以及这种阀在填充设备和相应的方法的框架内的使用在从属权利要求以及在权利要求11至14中获得。

阀优选是比例阀，并且该阀包括在阀壳体内部的阀柱塞，其中，设置有驱动器，该驱动器能够改变阀柱塞的位置，并且其中，阀壳体包括通向导入部的第一阀区域和通向导出部的第二阀区域以及在第一与第二阀区域之间的阀开口，该阀开口能够通过阀柱塞来封闭，其中，在第一阀区域中设置有安设在阀柱塞和阀壳体上的第一波纹管，并且在第二阀区域中设置有安设在阀柱塞和阀壳体上的第二波纹管。通过该阀实施方案，对阀柱塞的降压可以通过应用两个波纹管来实现，并且同时可以通过将阀柱塞的能运动的部分与阀壳体的填充以介质的内部空间进行隔离来实现防菌的过程控制。两个波纹管中的每一个都利用其相应端部中的一个不能运动地与阀壳体连接。相应的另一端部与能运动的阀柱塞连接。

在一个实施方式中，阀的特征在于，第一和第二波纹管是金属波纹管或特氟隆波纹管(Teflonbalg)。这两者相对于所施加的压强是特别有抵抗力的，并且此外还允许了可能留在波纹管的褶皱部上的液体残留物可靠地流走。由此，还支持了阀的无菌性。

在另一实施方式中，阀开口布置在阀壳体的位于中心的中央部分上。阀、尤其是阀开口关于阀壳体的尽可能对称的实施方案允许了在阀的两个区域中的均匀的压强分布，并且此外还允许了阀的可靠的结构。

在另一实施方式中，第一和第二波纹管具有相同的外部尺寸，尤其是具有相同数量的褶皱部或相同的几何结构。由此，能够实现在阀柱塞的两个方向上的均匀的降压，并且因此尽可能降压地执行阀的打开和闭合。

在另一实施方式中，阀柱塞的驱动器布置在阀壳体之外。由此，防止了例如由于无意中进入回路中的润滑剂产生对产品的污染，并且可以减小阀柱塞本身在阀壳体内的并且尤其是被波纹管包围的结构。

在另一实施方式中，驱动器在阀壳体内部布置在第一或第二波纹管内部。通过该阀柱塞驱动器的实施方式，可以使驱动力从驱动器至阀柱塞的传递行程最小化，并且因此减少了可能的损耗。

在另一实施方式中，驱动器是步进马达。通过使用步进马达，可以实现对阀、尤其是流量的非常准确的调节，这在应用在比例阀中的情况下正好是有利的。但是，代替步进马达也可以使用举升磁体(Hubmagnet)、伺服马达、压电马达或类似的驱动器。

在一个实施方式中，阀包括控制单元，该控制单元可以对阀柱塞相对于阀开口的位置进行控制。这种对阀的自动化的控制也允许了在全自动的生产过程中，例如在填充装置和相应的方法中的使用。

在另一实施方式中，阀柱塞具有承受液体压强的横截面，该横截面相应于波纹管的波纹部的液压作用的横截面。通过该实施方案，使得降压最大化，并且可以实现阀的几乎、优选完全地降压的运行。

可以构造一种用于给容器填充以液体的包括多个灌装站的灌装机，尤其是回转传送机，其特征在于，在一个、优选是在每个灌装站上都设置有经由控制单元连接的阀和流量测量器或称重传感器或其他用于确定当前流速和到目前为止灌入的流量的测量器件，其中，控制单元能够以如下方式对阀进行控制，即，达到液体的预先给定的体积流量，并且流量测量器可以测量出该体积流量并将数据传送给控制单元。这例如可以通过对流速的内联调节(Inline-Regelung)或者通过校准预先给定的流动曲线来实现。

在一个实施方式中，灌装机的特征在于，阀或者说每个阀都是根据上述实施方式的阀。

在使用例如该设备的情况下，能够实现一种用于利用包括多个灌装站的灌装机对容器进行填充的方法，其中，该方法的特征在于，控制单元通过对阀的控制来调节体积流量，并且该体积流量通过流量测量器来测量。由此，能够实现对容器的尽可能准确的填充。

在一个实施方式中，该方法的特征在于，控制单元通过对根据上述实施方式的阀进行控制来调节体积流量。使用相应的阀除了精确地对容器进行填充之外同时还允许了防菌的过程控制，由此液体也可以无菌地灌入，并且同时通过阀的部分地、优选完全无加压的运行减少了磨损。

使用比例式的调节阀的主要优点是，通过减少灌装时间提高了机器效率。

附图说明

图1示出根据本发明的阀的示意图；

图2示出具有阀柱塞的阀的波纹管的示意图；

图3示出根据本发明的阀的作用方式的示意图；

图4示出灌装机的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的阀100的示意图。阀100在此包括阀壳体101。有利的是，阀壳体101如在图1中所示出的那样被构造为一件式的阀壳体101。在该阀壳体上联接有至少一个导入部102和导出部103。在要将液体或气体从多个容器输送给阀，或者要将液体或者气体从阀引出到多个另外的容器或线路中时，也可以设置有另外的导入部或导出部。此外，阀还包括阀柱塞104，该阀柱塞例如经由杆106与驱动器107连接。在此，该驱动器既可以布置在阀壳体101之外也可以布置在阀壳体101内部。

此外，阀还包括两个波纹管110和120，它们分别与阀柱塞104和阀壳体101连接。在此处所示的方式中，上波纹管110与阀柱塞104的上端部在必要时经由附加的密封件105连接，并且同时上波纹管110与阀壳体101的上区域连接。在此，也可以在这里设置有附加的密封件105，这些密封件对与阀壳体101的内部空间的连接部位进行密封，从而没有气体或液体能够侵入该区域中，或例如会对于阀的无菌性起不利作用的润滑液体不会流出。波纹管110或者120还可以与阀壳体101和/或阀柱塞104气密性地或液密性地焊接在一起。在图1中同样还能看到O形圈190。该O形圈充当密封件，以便将阀完全封闭。在此，封闭在阀座上进行。如由图1可以看到的那样，在此设置有仅一个阀座。该阀座位于上部的室或者说流入室中。因此，与所示的O形圈一起进行对闭合的状态下的阀或者阀开口的密封。无菌的过程控制尤其是通过波纹管来确保。在此，使用O形圈190不是强制性的。同样，也可以设置有成形密封件。在杆或者说活塞106与波纹管110之间示出了缝隙194。尽管该缝隙原则上可以具有任意的尺寸，但有利的是波纹管110的内直径和活塞的直径是如下这样的，即，使得波纹管110并非永久地在活塞106上摩擦(以便避免由于摩擦造成的损坏)，但在压强峰值的情况下可以支撑在活塞106上。因此，确保了波纹部在活塞106的上下运动期间能够承担它的密封功能。在能够远在正常运行时加载的压强(数bar)之上的压强峰值，例如直至50bar的情况下，活塞可以用作于对能够支撑在该活塞上的波纹管进行稳定。

此外，可以设置有管后部空间的泄漏孔196。例如在食品工业中的卫生要求使得需要尽可能提前识别出管110和120的缺陷，以便避免污染被引导穿过阀的液体。为了该目的，设置有泄漏孔196，该泄漏孔将管后部空间与阀壳体101上的特定的流出部位连接。在波纹管110或120中出现裂纹时，管后部空间被填充以被引导穿过阀的液体。通过孔196可以探测到液体进入到管后部空间中，这是因为液体在阀上的预先给定的流出部位上流出。此外，还可以经由传感器发出相应的报警和/或触发将阀完全切断。孔196长期打开，以便随时都可以探测到相应的管的损坏。

图2示出了波纹管210和阀柱塞204的尺寸的示意图。如在图1和图2中已经看到的那样，波纹管210和所示出的阀座是分开的构件，也就是说，波纹管是能运动地构造的并且仅在(在图1中的上波纹管的)上端部处或(在图1中的下波纹管的)下端部处与阀壳体连接，而并不与阀座连接。

为了能够实现对阀柱塞204的尽可能完全的降压，阀柱塞204的面积A_r(指向阀开口230方向的压强作用在该面积上)必须与波纹管210的褶皱部的平均面积A_F正好一样大。由此得出，在假设是圆形的、承受压强的面积的情况下，在朝向阀开口230的方向上承受压强的阀柱塞204的面积(其中，R_V为产生的环的外半径，r_V为产生的环的内半径)优选与波纹管210的褶皱部的液压的面积A_F正好一样大。为了确定外半径R_V，在此计算阀座的边界并且因此没有必要计算阀柱塞204的整个面积。波纹管210的褶皱部的液压的面积A_F通过得到。在此，r_A是波纹管的外半径，而r_I是波纹管的内半径。当A_r≈A_F时，得到了对阀柱塞的几乎完全的降压，这是因为作用到阀柱塞204上的力通过作用到波纹管210或者说其褶皱部上的力几乎完全被抵消。

在图2所示的情况下，r_I＝r_V。在该情况下，在压强抵消的结构方式即A_r≈A_F的前提下，导致r_A>R_V。在A_r＝A_F时，那么是适用的。于是在阀的打开的运行状态下，由此通过波纹管110和120的相同的几何结构实现了压强抵消，这是因为对管的依赖于压强的拉力(F＝p·A_F)能够相互抵消，而在闭合状态下通过在此所描述的管几何结构相对于阀柱塞承受压强的面积的几何比例实现了压强抵消。

因为精确抵消作用在阀柱塞204上的力仅利用在制造波纹管210和阀柱塞204时的巨大的耗费就能实现，所以降压优选为作用到阀柱塞204上的力的仅50％，特别优选为80％至90％。由此已经能够实现明显减小马达的规格，并且此外尤其是在应用特别高的压强的情况下实现巨大的能量节省。

图3示出了根据本发明的阀的另一示意图。阀柱塞204和波纹管310或者320的所示的尺寸相应于图2中的尺寸(或者说，它们彼此之间的比例相应于图2中的比例)。该布置允许通过应用第二波纹管320和相应的阀柱塞，不仅在阀的闭合状态期间或者说在阀打开时，而且也在中间级中(例如在阀开口半开的情况下)实现部分的、优选完全的降压，这是因为作用到两个阀柱塞304上的力可以通过波纹管310或者320部分地、优选完全地抵消。同时，如在图3中所示的那样，应用这些波纹管允许在阀壳体301的上端部和下端部处将运动机构包括用于阀柱塞304的驱动器307与阀壳体301的填充有产品的内部空间完全隔离。由此，除了降压之外同时还实现了能够尽量不发生由于混合了润滑或清洁剂导致对产品的污染。由此，能够实现使产品至少部分防菌地被引导穿过阀。此外，还可以规定，波纹管310和320由金属制成，或具有至少一个特氟隆覆层。这两者进一步导致了关于无菌性的改进，这是因为特氟隆尤其是防液体的，并且因此在产品例如在标明的箭头方向上被引导穿过阀之后，优选没有可能会危害内部空间无菌性的产品残留物存留在阀中。

与降压相关地尤其规定，在阀柱塞304的相同的实施方案中，波纹管310和320都具有尽可能相同的几何结构。这尤其意味着，它们可以具有相同的外部尺寸以及相同数量的褶皱部。同样地，不仅阀柱塞而且还有波纹管关于阀中央的对称布置是优选的。尤其当阀开口如在图3中所示的那样变细时，阀的对称设计被证明是适宜的，这是因为因此在上和下阀区域中出现了大致相等的力。如果两个阀柱塞304不同地成形(例如一个具有比另一个更大的承受压强的面积)，那么波纹管可以相应地确定为不同的规格，以便尽管如此仍然能实现尽可能完全的降压。

在图1至图3中所描述的阀尤其还可以实施为比例阀。在此，确保产品与阀柱塞的开口成比例地穿流的每个阀都被称为比例阀。这意味着，在阀开口通过阀柱塞打开的程度(完全闭合、打开三分之一、打开四分之三或者完全打开)与流量(在完全闭合的阀的情况下没有流量、在打开三分之一的阀的情况下为最大流量的三分之一、在打开四分之三的阀的情况下为最大流量的四分之三以及在完全打开的阀的情况下为最大流量)之间形成线性关系。

在此，相应的比例阀尤其适用于应用在用于对容器(例如瓶)进行填充的灌装机中。因为通常使用阀来调节灌装机中容器的填充量已经是充分公知的，所以在此省略了专门针对根据本发明的阀的应用的描述。原则上，由于使用壳体的可能性，根据本发明的阀的安装意味着其关于外部尺寸相应于通常所使用的阀，仅对灌装机的结构进行略微改动，并且因此可以用于对尤其是在无菌填充中的填充过程进行改进。

在图4中示出了灌装机的示意图，在该灌装机中，可以使用所描述的阀。灌装机400在此是直线式灌装机，灌装机400同样可以设计成回转传送机。

Claims

1.一种阀(100)、优选比例阀，所述阀包括在阀壳体(101)内部的阀柱塞(104)，其中，设置有驱动器(107)，所述驱动器能够改变所述阀柱塞(104)的位置，并且其中，所述阀壳体(101)包括通向导入部(102)的第一阀区域和通向导出部(103)的第二阀区域以及在所述第一阀区域与所述第二阀区域之间的阀开口(230)，所述阀开口能够通过所述阀柱塞(104)封闭，其特征在于，在所述第一阀区域中设置有安设在所述阀柱塞(104)和所述阀壳体(101)上的第一波纹管(110)，并且在所述第二阀区域中设置有安设在所述阀柱塞(104)和所述阀壳体(101)上的第二波纹管(120)。

2.根据权利要求1所述的阀(100)，其特征在于，所述第一波纹管和所述第二波纹管(110、120)是金属波纹管或特氟隆波纹管。

3.根据权利要求1或2所述的阀(100)，其特征在于，所述阀开口(230)布置在所述阀壳体(101)的位于中心的中央部分上。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述第一波纹管和所述第二波纹管(110、120)具有相同的外部尺寸，特别是具有相同数量的褶皱部或相同的几何结构。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述第一波纹管和所述第二波纹管(110、120)关于阀中心对称地布置。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述驱动器(107)布置在所述阀壳体(101)之外。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述驱动器(107)在所述阀壳体(101)内部布置在所述第一波纹管或所述第二波纹管(110、120)内部。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述驱动器(107)是步进马达。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述阀包括控制单元，所述控制单元能够对所述阀柱塞(104)相对所述阀开口(230)的位置进行控制。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的阀(100)，其特征在于，所述阀柱塞(104)具有承受液体压强的横截面，所述横截面相应于所述波纹管(110、120)的波纹部的平均横截面。

11.一种用于给容器填充液体的灌装机，特别是回转传送机器，所述灌装机包括多个灌装站，其特征在于，在一个、优选在每个灌装站上都设置有经由控制单元连接的阀(100)、优选是比例阀以及流量测量器，其中，所述控制单元能够以如下方式对所述阀(100)进行控制，即，达到液体的预先给定的体积流量或者说预先给定的流速曲线，并且所述流量测量器或称重传感器或其他用于确定流速的测量器件能够测量出所述体积流量并将数据传送给所述控制单元。

12.根据权利要求11所述的灌装机，其特征在于，所述阀(100)是根据权利要求1至10中任意一项所述的阀(100)。

13.一种用于利用灌装机对容器进行填充的方法，所述灌装机包括多个灌装站，其特征在于，控制单元通过对阀(100)、优选是比例阀的控制来调节体积流量，并且通过流量测量器来测量所述体积流量。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述控制单元通过对根据权利要求1至10中任意一项所述的阀(100)的控制来调节所述体积流量。