CN104925729A - 用于向容器填充可倾注的产品的填充单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向容器填充可倾注的产品的填充单元，包括：限定用于流体的轴向通道且在一端界定输送嘴的管状体；包括管状体的整个通道并且在使用时供给清洗液的第一流体管线；包括通道的部分且在使用时供给可倾注的产品或替代地供给清洗液的第二流体管线；安装于通道内且选择性地移动以打开或者关闭输送嘴的闸门；及用于移动闸门并具有外部定子以及连接到闸门且被轴向安装到通道内以使流体流过通道本身的可移动元件的电磁致动器；可移动元件被定子移位到第一和第二位置以分别打开和关闭输送嘴；非动力环形的磁引力元件被安装到管状体并在与可移动元件接合时对可移动元件施加引力，从而使其保持在对应于闸门与输送嘴分离开的位置的第三位置。

Description

用于向容器填充可倾注的产品的填充单元

技术领域

本发明涉及用于向容器填充可倾注的产品的填充单元，尤其是涉及需要在无菌条件下进行处理的类型的填充单元。

本发明可具有特定优势地用于诸如高粘度的液体或带有颗粒(即浸没在液体中的固体部分)的液体产品之类的可倾注的食物产品；后一种类型的可倾注的产品的典型例子是含有诸如软水果块、水果纤维和水果液囊之类的水果颗粒的软饮料或饮料。

背景技术

用于这种可倾注的产品的典型的已知的填充机主要包括围绕旋转轴线旋转的转盘式传送带、容纳有可倾注的产品且由转盘式传送带居中携带的产品罐、以及多个填充装置，这些填充装置由转盘式传动带支撑在相对于产品罐的径向外部的位置处，通过相应的流体管线被连接到产品罐并且通过转盘式传送带沿着环形传输路径传送。

特别地，转盘式传动带从输入星轮接收一系列空的容器并将已填充的容器释放至输出星轮。

每个填充单元基本上包括：支撑装置，其适合于接收相应的容器接收并将其保持在垂直位置处；以及填充装置，在支撑装置沿着环形传输路径传输容器时，该填充装置用于将给定体积的可倾注的产品供给到容器中。特别地，填充装置包括用于测量出给定体积的来自产品罐的可倾注的产品以及用于将其供给至相应的容器的装置。

众所周知，某些类型的可倾注的食物产品的处理需要在无菌条件下操作。这意味着机器的预定要在容器上执行操作的区域必须与机器的剩余部分隔离并保持在无菌条件下。

此外，用于与可倾注的产品配合的所有装置或机器的部分(例如，用于控制可倾注的产品的流率的装置)必须被设计成使得它们能够容易地清洗干净；这意味着要求所有这些装置没有任何复杂成形的通道、没有死胡同、也没有其它难以通过清洁液的方式清洁的空间。

在实践中，可倾注的产品的流动路径不仅必须对非灭菌环境完全封闭，而且必须从卫生的角度来看是洁净的，也就是说，其应是容易洗涤和灭菌的。

为了保持填充单元与可倾注的产品配合的部分与非灭菌环境之间的完全分离，已知的方法是使用电磁致动器；这些致动器典型地具有安装在非灭菌环境中的电动定子部件和直接与可倾注的产品配合的且适于在两个连续的生产步骤之间被清洗干净的可移动元件。

这种致动器具有在操作过程中很容易受到大量过度加热的缺点。因此，需要提供附加的冷却装置，以周期性地冷却它们，其结果是成本和填充机器的复杂性随之增加。

上述需求还与尤其是在这个领域中意识到的另一个需求(即，减少能源消耗)相矛盾。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于向容器填充可倾注的产品的填充单元，其被设计来克服前面提到的缺点并满足前述的需求中的至少一种。

根据本发明，提供了一种如权利要求1中所要求保护的用于向容器填充可倾注的产品的填充单元。

附图说明

将通过实施例并参照附图描述本发明的两个优选的非限制性的实施方式，其中：

图1根据本发明示出了设置有多个填充单元的填充机器的主视图，其中为了清楚起见除去了一些部分；

图2示出了图1的填充机器的一个填充单元与产品罐以及这种机器的其它部件的部分一起的放大轴向剖面图；

图3示出了沿着图2的III-III线的放大剖面图；

图4示出了沿着图2的IV-IV线的放大剖面图；

图5示出了图2的放大的细节；

图6和图7示出了图2的填充单元在不同的操作条件下的放大轴向剖面图；以及

图8至图10根据本发明示出了不同实施方式的填充单元在不同的操作条件下的放大轴向剖面图。

具体实施方式

图1中的附图标记1表示为在无菌条件下向容器，尤其是瓶2，填充诸如高粘度的液体或带有颗粒(即浸没在液体中的固体部分)的液体产品之类的可倾注的食物产品的整个填充机器；后一种类型的可倾注的食物产品的典型例子是含有诸如软水果块、水果纤维和水果液囊之类的水果颗粒的软饮料或饮料。

机器1显然也适于向瓶2填充其它类型的可倾注的食物产品，例如牛奶、不起泡水、碳酸水、果汁、啤酒、软饮料和一般饮料。机器1还适于向瓶2填充乳液和悬浮液。

如尤其是在图1、图2、图5和图6中可见的，每个瓶2具有纵向轴线A，并且包括：

-底壁3，其基本上垂直于轴线A；

-嘴4，其与底壁3相对，以使得瓶2能够通过机器1进行填充以及使得随后能够从瓶2本身倾倒出可倾注的产品；以及

-颈部5，其紧接着嘴4下方布置。

在所示出的实施例中，瓶2是由塑料制成的；然而，机器1也可以用于其它类型的容器，例如由铝、钢、玻璃和复合材料制成的容器。

机器1包括传送装置6(图1)，其用于在瓶2被沿着传输路径P传送时，填充瓶2。

在如图1所示的优选的实施方式中，传送装置6包括转盘式传送带7，转盘式传送带7被安装以连续地绕垂直轴线B旋转(在图1中是逆时针旋转)。

转盘式传送带7从输入星轮(本身是已知的并且未示出)接收一系列空的瓶2，并将一系列已填充的瓶2释放至输出星轮(本身也是已知的并且未示出)；输入星轮和输出星轮两者都连续地绕各自的平行于轴线B的纵向轴线旋转。

机器1还包括用于在通过转盘式传送带7使瓶2前进时填充相应的瓶2的多个填充单元8。这些填充单元8是绕轴线B等角度间隔开的并且是沿着转盘式传送带7的周边部分9安装的。这些填充单元8具有各自的平行于轴线B的轴线C并且通过转盘式传送带7沿着路径P移动；在本案中，路径P具有绕轴线B的环形结构。

机器1还包括产品罐10，其对所有的填充单元8都共用并且其填充有给定的压力值下的可倾注的产品。罐10通常是居中布置于转盘式传送带7上。

由于这些填充单元8彼此都相同，所以为简单起见，下文将仅描述一个填充单元；然而，很清楚，下文的描述将适用于任何填充单元8。

如尤其是在图2、图5、图6和图7中所示出的，填充单元8包括支撑装置11，支撑装置11适于接收一个瓶2并将其保持在垂直位置，其中这种瓶2具有与轴线C同轴并且平行于转盘式传送带7的轴线B的自身轴线A；填充单元8还包括填充装置12，其用于当支撑装置11沿着路径P运行时将可倾注的产品供给至相应的瓶2中。

便利地，将填充装置12与轴线C同轴布置并且将其布置在要被填充的瓶2的上方。

填充装置12基本上包括与轴线C同轴的垂直管状体13，垂直管状体13限定用于流体的轴向通道14并且在其底端界定输送嘴15，通过该管状体13将来自罐10的可倾注的产品供给至瓶2。

特别地，管状体13具有界定内部通道14的圆筒状侧壁16。

填充装置12还包括：流体管线17，其将罐10的底部连接至通道14的邻近输送嘴15的底部部分18；开/关阀(本身是已知的并且未示出)，其沿着流体管线17布置，对将可倾注的产品从罐10供应到流体管线17本身进行控制。

鉴于上述情况，因此流体管线17是由通道14的底部部分18和管道19构成，该管道19横向延伸至管状体13并将通道14连接至罐10。特别地，管道19借助于形成于管状体13的侧壁16中的径向通孔20与通道14连通。因此，底部部分18是由通道14的包含在输送嘴15与孔20之间的部分限定的。

整个通道14也是另一条流体管线21的一部分，在使用时，向该流体管线21供给一种或多种清洗液(即，洗涤液、消毒液和冲洗液)以定期清洗该机器的与可倾注的产品配合的所有部件。

如将在下文中解释的，在清洁操作过程中，也通过流体管线17供给清洗液。

如未示出的可能的替代方式，整个通道14可以直接连接到罐10的顶部；以这种方式，可倾注的产品与清洗液两者在机器1的不同操作步骤中都将流经管状体13的整个通道14。

填充单元8还包括闸门22，其被安装在通道14内并且其可以以液密的方式选择性地移动从而打开或关闭输送嘴15。

特别地，闸门22是由带有径向间隙地安装在管状体13的侧壁16的底部24内的柱塞23限定的，并且该柱塞23具有适于与输送嘴15配合而以液密的方式将其关闭的锥形底头部25。

更具体地说，输送嘴15是由通道14的具有与闸门22的头部25的端部外形互补的受限截面(restricted-section)端部限定的。

如图2、图6和图7所示，管状体13的侧壁16的底部24呈现出较之侧壁16的其余部分的内径具有扩大的内径的底部长度26。底部长度26以输送嘴15的受限截面端部结束。

填充单元8还包括电磁致动器27，其用于轴向移动闸门22，以便关闭或打开输送嘴15；在关闭结构(图2)中，闸门22的头部25以液密的方式与输送嘴15配合；在打开结构(图6和图7)中，闸门22的头部25轴向地与输送嘴15分离。

致动器27包括：定子28，其外嵌于管状体13并设置有电动线圈(本身是已知的并且未示出)；以及可移动元件29，其在一端30承载闸门22，被安装于管状体13的通道14内并设置有多个永久磁铁31。

特别地，定子28限定管状体13的侧壁16的顶部32；可移动元件29是由内部安装磁铁31并在其端部30直接耦合到闸门22的柱塞23的柱塞33限定的。

可移动元件29具有比管状体13的通道14的内径小几个百分点的外径，以便在填充单元8的清洗操作过程中使清洗液能在可移动元件29与管状体13之间流动。为了进一步简化这种流动，管状体13在内部设置有多个纵向齿34(参见图3和图4)，在所示的实施例中是三个，该多个纵向齿34是绕轴线C等角度间隔开的并以滑动的方式与可移动元件29的外表面配合；齿34、管状体13的在每对齿34之间的内表面与可移动元件29的外表面界定了多个纵向间隙40，该多个纵向间隙40是绕轴线C等角度间隔开的并在使用时使得清洗液能够流动。

通过控制定子28的线圈的励磁，可以使可移动元件29移动到第一轴向位置(图2)，在该第一轴向位置处可移动元件29使闸门22对于输送嘴15保持在关闭结构，以及可以使可移动元件29移动到第二轴向位置(图6)，在该第二轴向位置处可移动元件29使闸门22的头部25离开输送嘴15给定量的距离，以便使得可倾注的产品或清洗液能够流过输送嘴15本身。

特别地，在第二轴向位置(图6)处，闸门22的头部25位于孔20的上方，管道19从该孔20处延伸。

参照图2、图6和图7，填充单元8还包括非动力环形的磁引力元件35，磁引力元件35被以与定子28呈轴向间隔开的关系而安装到管状体13，并且在与可移动元件29接合时对可移动元件29施加引力，从而使可移动元件29保持在不同于第一轴向位置和第二轴向位置的第三轴向位置(图7)，并且在该第三轴向位置处，可移动元件29使闸门22离开输送嘴15。

特别是，磁引力元件35被布置在定子28相对于输送嘴15的相反侧；因此，在第三轴向位置(图7)处，可移动元件29相对于第二轴向位置(图6)有所升高，并且相比于在第二轴向位置处，使其头部25离开输送嘴15较大的距离。换句话说，可移动元件29的第二轴向位置被置于第一轴向位置和第三轴向位置之间。

磁引力元件35适于在不对定子28供电的情况下使可移动元件29保持在第三轴向位置。

磁引力元件35可以由铁磁材料制成、可以包括永磁体或者甚至可以是其两者的组合，具体取决于所要求的吸力。

在填充单元8的清洗操作过程中，可移动元件29被移动到第三轴向位置(图7)。以这种方式，可以显著减少电力消耗以及致动器27的过度升温。

现在将参照对一个瓶2进行填充并因此参照一个填充单元8且在通过填充单元8的支撑装置11从输入星轮接收了这个瓶2以便填充可倾注的产品这样的时刻对机器1的操作进行描述。

特别地(图2和图5)，以已知的方式使瓶2相对于填充单元8居中，关闭管道19中的阀并且使致动器27的可移动元件29处于第一轴向位置以及使闸门22对于输送嘴15保持在关闭结构。

从这种条件开始，将管道19上的阀设置于打开结构并且可倾注的产品因此填充管道19和通道14的底部部分18。可倾注的产品在重力作用下和/或在罐10相对于环境压力的超压作用下和/或在安装于罐10内的搅拌器(本身是已知的并且未示出)的机械作用下移动。

此时，致动器27的可移动元件29移动到第二轴向位置，从而使与其连接的闸门22移位到打开结构(图6)。结果是，可倾注的产品流过输送嘴15并开始填充瓶2。

已知的称重系统(由于不构成本发明的部分而没有详细示出)检测可倾注的产品流入瓶2的量并且在到达给定的值时产生停止填充信号，致动器27的可移动元件29基于该信号而移位到第一轴向位置，以便使闸门22的头部25对于输送嘴15保持在关闭结构。

在生产过程中，所有这些步骤都连续重复从而填充多个瓶2。

在生产结束时，执行填充单元8的清洁操作。

输送嘴15是由盖元件36从外部关闭并且致动器27的可移动元件29被移位到第三轴向位置，在该第三轴向位置处它接合环形的磁引力元件35(图7)。

在这种情况下，当可移动元件29连同闸门22仅仅通过磁引力元件35施加的引力而保持在这样的位置时，致动器27被去激活。

向两条流体管线17和21供给清洗液(即洗涤液、消毒液和冲洗液)，该清洗液沿着所有待清洁的部分流动。特别地，清洗液在可移动元件29与管状体13之间以及在管状体13与闸门22之间流动；纵向间隙40的存在以及闸门22的头部25的圆锥形状简化了清洁操作。

在这个步骤结束时，致动器27被再次活化以将可移动元件29移位到第一轴向位置并使闸门22移位到对于输送嘴15的关闭结构(图2)。可以重新启动新的生产步骤。

在图8至图10中的附图标记8'表示为根据本发明的不同实施方式的作为整体的填充单元；填充单元8和8'是彼此相似的，下面的描述仅限于它们之间的差异，并在可能的情况下使用相同的附图标记表示相同或对应的部件。

填充单元8'与填充单元8的不同之处主要在于，填充单元8'包括不同类型的闸门22'以及在于从闸门22'的关闭结构到闸门22'的打开结构的通道是由闸门22'绕其轴线C旋转来实现的。

特别地，闸门22'具有以液密方式与输送嘴15'的互补外形配合的截锥形头部25'。

闸门22'内部设置有限定底部开口38的面向输送嘴15'的肘形通道37，以及设置在闸门22'的一侧上的侧面开口39。

闸门22'可以通过致动器27在打开结构(图8)与关闭结构(图9)之间旋转，在该打开结构中，肘形通道37的侧面开口39与管道19连通，在该关闭结构中，肘形通道37的侧面开口39与管道19的孔20成角度地间隔开；在该关闭位置时，闸门22'的侧表面使管状体13的侧壁16的孔20关闭。

特别地，闸门22'刚性地(即轴向地和成角度地)被连接到可移动元件29从而使可移动元件29的任何移位被直接传递到闸门22'。

致动器27被配置为既能够使可移动元件29相对于轴线C旋转又能够使可移动元件29相对于轴线C轴向地发生移位；特别地，可移动元件29绕轴线C旋转使得闸门22'在打开结构与关闭结构之间产生相应的旋转；可移动元件29轴向移位到接合环形磁引力元件35的轴向位置，然后以与在填充单元8上进行的操作完全等效的方式开始清洁操作。

更具体地说，如图8和图9所示，在可移动元件29的不同的角度位置，闸门22'被以液密的方式轴向地安装到输送嘴15'以切断从管状体13的通道14至输送嘴15'的流体。

除了可移动元件29和闸门22'是绕轴线C旋转而不是沿着相同的轴线平移来限定打开结构和关闭结构之外，填充单元8'的操作与填充单元8的操作完全一样。

根据本发明的填充单元8、8'和机器1的优点将从前面的描述中变得显而易见。

特别地，由于使用了磁引力元件35，每个填充单元8、8'的清洗操作可以在所有致动器27都失活的情况下执行。这可以显著降低成本和能源消耗以及可以避免致动器27的不期望有的过热。

此外，申请人已经观察到，新的解决方案使得不需要提供额外的冷却装置以定期冷却致动器27。

然而，显然可以对如本文所描述和说明的填充单元8、8'和机器1做出改变而不脱离如所附权利要求书限定的范围。

Claims (10)

1.一种用于向容器(2)填充可倾注的产品的填充单元(8、8')，所述填充

单元(8、8')包括：

-管状体(13)，其限定用于流体的轴向通道(14)并且在一端界定输送嘴(15、15')，在使用时所述可倾注的产品或至少一种清洗液交替地流过该管状体(13)；

-第一流体管线(21)，其包括所述管状体(13)的整个通道(14)并且其在使用时供给所述清洗液；

-第二流体管线(17)，其至少包括所述管状体(13)的所述通道(14)的终止于所述输送嘴(15、15')的部分(18)，并且其在使用时供给所述可倾注的产品或替代地供给所述清洗液；

-支撑装置(11)，其用于将所述容器(2)支撑在低于所述输送嘴(15、15')的位置处；

-闸门(22、22')，其被安装于所述通道(14)内部并且被以液密的方式选择性地移动以打开或者关闭所述输送嘴(15、15')；以及

-致动器装置(27)，其用于移动所述闸门(22、22')；

其中所述致动器装置包括电磁致动器(27)，所述电磁致动器(27)依次具有：

-定子(28)，其外嵌于所述管状体(13)并且设置有电动线圈装置；以及

-可移动元件(29)，其在一端(30)承载所述闸门(22、22')，设置有至少一个永久磁体(31)并且被同轴并带有有限径向间隙地安装在所述管状体(13)的所述通道(14)内部以使得流体能流经所述通道(14)；所述可移动元件(29)通过所述定子(28)被移位到第一位置以及被移位到第二位置，在该第一位置处其使所述闸门(22、22')保持在对于所述输送嘴(15、15')的关闭结构，在该第二位置处其使所述可倾注的产品或所述清洗液能够流动通过所述输送嘴(15、15')；

其中所述填充单元(8、8')还包括非动力环形的磁引力元件(35)，其被以与所述定子(28)轴向间隔开的关系而安装到所述管状体(13)并且在与所述可移动元件(29)接合时对所述可移动元件(29)施加引力，从而使所述可移动元件(29)保持在不同于所述第一位置和所述第二位置的第三位置，并且所述第三位置对应于所述闸门(22、22')与所述输送嘴(15、15')分离开的位置。

2.如权利要求1所述的填充单元，其中所述第二流体管线(17)通过形成于所述管状体(13)的侧壁(16)中的径向孔(20)与所述第一流体管线(21)连接，并且其中所述通道(14)的所述部分(18)被包含在所述孔(20)与所述输送嘴(15、15')之间。

3.如权利要求1所述的填充单元，其中所述第二流体管线(17)包括所述管状体(13)的整个所述通道(18)。

4.如前述权利要求中任一项所述的填充单元，其中所述磁引力元件(35)是由铁磁材料制成的。

5.如前述权利要求中任一项所述的填充单元，其中所述磁引力元件(35)包括永久磁体。

6.如前述权利要求中任一项所述的填充单元，其中所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置是所述可移动元件(29)在所述通道(14)内的不同的轴向位置。

7.如权利要求6所述的填充单元，其中所述可移动元件(29)的所述第二位置是被轴向地置于所述第一位置与所述第三位置之间的。

8.如前述权利要求中任一项所述的填充单元，其中所述第一位置和所述第二位置是所述可移动元件(29)绕其轴线(C)的不同角度位置；其中所述闸门(22')被成角度地耦合到所述可移动元件(29)并且在所述可移动元件(29)的所述第一角度位置和所述第二角度位置被以液密的方式轴向地安装到所述输送嘴(15')以切断从所述通道(14)至所述输送嘴(15')的流体；并且其中所述闸门(22')限定内部通道(37)，所述内部通道(37)具有：

-第一开口(38)，其在所述可移动元件(29)的所述第一角度位置和所述第二角度位置两位置都连接到所述输送嘴(15')；以及

-第二开口(39)，其在所述可移动元件(29)的所述第二角度位置被连接到所述第二流体管线(17)，以使得流体能够从所述第二流体管线(17)流动到所述输送嘴(15')，并且其在所述可移动元件(29)的所述第一角度位置与所述第二流体管线(17)分离开，以切断从所述第二流体管线(17)至所述输送嘴(15')的流体。

9.如前述权利要求中任一项所述的填充单元，其中在所述可移动元件(29)与所述管状体(13)之间设置多个成角度间隔开的纵向间隙(40)。

10.一种用于向容器(2)填充可倾注的产品的填充机器(1)，其包括多个如前述权利要求中任一项所述的填充单元(8、8')。