CN105452151B - 灌装元件以及灌装机 - Google Patents

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Abstract

用于向容器(2)灌装液体内容物的灌装元件，具有形成于灌装元件壳体(7)内的液体通道(8)，并且液体内容物通过制品通道(9)被供应至液体通道，并且具有液体阀(11)，通过该液体阀内容物在每种情况下以受控的方式分配至待分别在至少一个通向液体通道的内容物分配开口(12)处灌装的容器，其中所述液体阀包括至少一个阀元件，其可通过致动装置(16，28)至少在阻碍内容物分配操作的状态和开启液体阀的状态之间移动，在阻碍内容物材料分配的状态，阀元件抵靠在液体通道中形成的阀表面(15.2)，在开启液体阀的状态，可控阀元件与阀座间隔开。

Description

灌装元件以及灌装机
技术领域
本发明涉及一种用于向容器灌装液体内容物的灌装元件以及灌装系统或灌装机。
背景技术
用于为瓶或类似容器灌装液体内容物的灌装元件和灌装机已知有不同实施例。根据已知的灌装元件，控制灌装内容物向容器的分配的液体阀大体上由布置在灌装元件的液体通道中的阀元件形成，所述阀元件形式为阀体，所述阀体为了开启和关闭可以通过致动装置、例如通过阀挺杆移动，并且在液体阀的关闭状态抵接在液体通道中形成的阀座以及在液体阀的开启状态与阀座间隔开。
发明内容
本发明的目的是提供一种特征在于其设计结构相对于已知的灌装元件被简化的元件，尤其还是关于液体阀。为了实现该目的，提供如下灌装元件和灌装机。
根据本发明的灌装元件的特别特征在于承受受控的运动以开启和关闭液体阀的阀元件不是阀体，而是封闭隔膜，由弹性材料制成，例如弹性塑料，例如由PTFE制成，并且在该情况下优选是以两端开口的中空体或漏斗的形式形成的封闭隔膜，其以如下方式布置在灌装元件外壳以使得随着液体阀开启，其构成形成于灌装元件外壳中的液体通道的延续部，并且特别是具有沿流动方向变窄的横截面。
“容器”在本发明中的意思是，尤其是罐、瓶、管、袋，在每种情况下由金属、玻璃和/或塑料制成，但也可以由尤其例如是适于灌装液体制品的其它包装装置制成。
术语“自由射流灌装”在本发明的含义中应当被理解为一种设置，其中液体内容物流动进入将以自由射流灌装方式被灌装的容器中，其中所述容器通过其容器口部或开口与灌装元件或灌装出口或位于此处的内容物分配开口间隔开或分离开。
表述“基本上”或“少许”或“大约”在本发明的含义中分别表示偏离各精确值+/-10％，优选+/-5％，和/或形状或形式上的偏离，其表示对于功能而言无关紧要的改变。
本发明的进一步的实施例、优点和应用的可能性也可以从下面示意实施例的描述以及从附图中获得。在该情况下，所有描述的特征和/或图表描述根据本发明目的的原则是独立的或以任何需要的组合，不管它们在权利要求或参照它们所作的概括的形式。权利要求的内容也构成了说明书的组成部分。
附图说明
在下文中本发明根据与示意实施例相关的附图更详细地描述。这些示出了：
图1以简化的方式和以截面视图示出用于自由射流灌装瓶形式的容器的灌装系统或灌装机的灌装元件，其中液体阀开启；
图2为如图1的表示，但是液体阀关闭；
图3以独立的表示示出封闭隔膜以及形成用于该隔膜的阀表面或阀座的阀体；
图4为对应于图1中线l-l的剖面图；
图5示出图1-3中的灌装元件处于Cip清洁模式；
图5-10为类似于图1的表示，具有本发明的进一步的实施例。
具体实施方式
图1-4中以标号1表示的灌装元件是灌装机的组成部分，并且用于提供容器2的自由射流灌装，所述容器例如以瓶表示，具有液体内容物。灌装元件1与位于灌装机的转子3的周边的多个同类型的灌装元件一起被提供，其可被致动以围绕竖直机器轴线MA旋转，中央制品保持装置也布置于其上，类似于所有的灌装元件1，例如共用的环形罐4，通过其用于灌装入容器2的液体内容物被提供。在灌装过程中，环形罐4至少部分地灌装以液体内容物。
容器支架5设置于每个灌装元件1，其与灌装元件1一起形成灌装位置6，并且在该位置，根据实施例表示的，容器2利用位于容器开口下方的凸缘(颈部环)保持悬挂。
除其它元件外，灌装元件1包括灌装元件壳体7，用于内容物的液体通道8形成于其中，所述液体通道在其上端部通过制品通道9连接至环形罐4。流量计10设置于制品通道9中，在示出的实施例中，制品通道9被定向为其轴线与竖直灌装元件轴线FA同轴，并且在环形罐4的基部开启以进入罐体内部，流量计10例如形成为导磁流量计(MID)。液体阀11设置在灌装元件壳体7的下侧，所述液体阀在开启状态下(图1)，允许在下方的内容物分配开口12处分配内容物，通过其，在每个灌装阶段，液体内容物以自由射流13通过上部容器开口流入容器2的内部。在液体阀11的关闭状态(图2)，通过所述内容物分配开口12的内容物的分配被阻止。为此目的，液体阀11包括封闭隔膜14形式的受控的阀元件或封闭元件，其形成为漏斗形并且由制品兼容的弹性材料构成，例如由弹性体塑料、例如由PTFE构成，并且其与杆状阀体15相互作用，杆状阀体15在液体通道8的内部固定地且与灌装元件轴线FA共轴地布置，液体内容物可围绕该阀体流动。该杆状阀体15分别在上端部和下端部变细，其中该杆状阀体在其上端区域通过横向突出延伸件15.1连接至灌装元件壳体7并且保持于液体通道8中。所述以锥形形状变细的下端部与其壳体表面形成阀表面15.2，其与封闭隔膜14相互作用，当液体阀11关闭时封闭隔膜以其内表面抵靠阀表面。
以标记16总体上表示的是中空活塞，其用作封闭隔膜14的致动元件并且包括盖或杯状的活塞体17。其利用环形的活塞体部17.1同轴地包围灌装元件壳体7和灌装元件轴线FA。在灌装元件壳体7的下端部的下方，活塞体部17.1交汇成基部17.2，该基部在灌装元件轴线FA的区域中设有对应于内容物分配开口12的开口。通过活塞体部17.1，活塞体17在灌装元件壳体7处在灌装元件轴线FA的方向上被可移动地引导。
两控制腔18和19形成于灌装元件壳体7的外表面和活塞体部17.1的内表面之间，在灌装元件轴线FA的方向上彼此偏离，它们通过密封元件相对于彼此密封并且相对于外侧密封，它们各自可以受控的方式承受压力媒介(例如压缩空气)，以使得中空活塞16以及其活塞体17以受控的方式分别向上和向下移动以开启和关闭沿灌装元件轴线FA的液体阀11。
尤其如图3所示，两端开口的漏斗形封闭隔膜14形成具有较大直径的上部开口和开口边缘14.1，连接于该边缘的部段14.2具有随着其距离开口边缘14.1的轴向距离增加而变窄的开口截面，连接于该部段的部段14.3具有恒定或大致恒定的开口截面，并且连接于该部段的下部开口具有减小的直径并且具有开口边缘14.4。此外，关于封闭隔膜14，部段14.2的轴向长度大于部段14.3的轴向长度，尽管这不是绝对必须的。
通过开口边缘14.1，封闭隔膜14在灌装元件壳体7处紧密张紧，以使其布置成其轴线与灌装元件轴线FA共轴，并且在液体阀11的开启状态下形成液体通道8的延续部。通过部段14.3，封闭隔膜14被引导经过基部部段17.2中的开口，并且通过其开口边缘14.4以合适的方式固定到基部部段17.2背离灌装元件壳体7的下侧。随着液体阀11开启，封闭隔膜14通过其下部开口形成内容物开口12。
液体阀11的开启通过在上部控制腔18中强加的压力媒介实现，该上部控制腔也形成在位于灌装元件壳体7的外表面的上部延伸件和活塞体17的内部环形薄片之间。在该情况下，活塞体17沿灌装元件轴线FA向下移动，并且封闭隔膜14从阀表面15.2移动离开以开启液体阀11。
液体阀11的关闭通过在下部控制腔19中强加压力媒介实现，该下部控制腔形成于下部挡圈和所述活塞体17的内部环形薄片之间。在该情况下，所述活塞体17沿灌装元件轴线FA向上移动，并且遭受弹性变形的封闭隔膜14通过其部段14.2的内表面压靠于阀表面15.2。
控制腔18和19的控制借助于未示出的包括灌装元件1的灌装机的程序控制装置实现，作为来自流量计10的测量信号的功能。
图5示出了处于CIP清洁和/或除菌模式下的灌装元件1。为此目的，冲洗板20被设置于灌装系统的每个灌装元件1的下方，冲洗通道21形成于所述冲洗板中，在该板的上侧21.1处开口。随着液体阀11开启，封闭隔膜14的下开口边缘14.4抵靠通道21的开口21.1的边缘，形成一密封，以使得，针对相应的CIP清洁和/或除菌媒介，形成相对于外侧封闭的流动路径，例如从环形罐4经灌装元件1进入通道21。
以类似于图1的表示，作为进一步的实施例，图6示出了具有灌装元件1a的灌装系统，该灌装元件1a与灌装元件1的区别基本仅在于，代替形成为漏斗形的封闭隔膜14，提供一同样为漏斗形的封闭隔膜14a，其再次由弹性材料构成，但是与封闭隔膜14的不同在于，其包括部段14.3，该部段的轴向长度大于封闭隔膜14(图3)的部段14.3的对应长度。此外，对于封闭隔膜14a，部段14.3的轴向长度大于部段14.2的轴向长度。部段14.3由例如由塑料制成的刚性支撑管22包围。该支撑管22通过其下边缘支撑于基部部段17.2的上侧，并且，为了关闭液体阀11，以如下方式变形封闭隔膜14a的部段14.2，即其随后抵靠液体通道的阀表面15.2，具有封闭效果。封闭隔膜14a的由支撑管22包围的部段14.3用作用于内容物射流13的射流引导件或射流形成元件。
图8示出了具有灌装元件1b的灌装系统的另一实施例，其与灌装元件1a的区别在于，气体阻挡件23设置于内容物分配开口12，其由筛形插入件形成，并且具体地位于封闭隔膜141的下部开口。由于该气体阻挡件23，避免了液体阀11关闭后内容物材料从由支撑管22包围的隔膜14a的内部往回滴落。灌装元件1b与灌装元件1a的区别还在于，波纹密封件24设置于转子3和环形活塞体部17.1之间，作为对穿入的外部物质(例如，也为内容物残留)以及在活塞体17和灌装元件壳体7的外表面之间的中间空间内的细菌的卫生防护。
图9示出了具有灌装元件1c的灌装系统的另一实施例。图9示出的灌装系统用于提供将制品无菌灌装入容器2。为此目的，无菌腔25形成于转子3下方，其中容器2在灌装期间被设置。在该无菌腔25内侧基本仅具有容器承载件5。灌装元件1c以及设置于转子3的所有其它元件定位于转子3的上侧，或者分别位于无菌腔25的外侧。灌装元件1c与灌装元件1的区别主要在于，代替封闭隔膜14a，设置封闭隔膜14c，其既不包括下部开口边缘14.4，也不包括支撑管22。通过部段14.3，封闭隔膜14c被引导经过基部部段17.2的开口，并且以如下方式保持在该基部部段中，即部段14.3突出越过基部部段17.2的下侧。至少随着液体阀11开启，部段14.3利用其形成分配开口12的下端部经转子3中的开口26延伸进入无菌腔25。当液体阀11开启和关闭时，封闭隔膜14c，并且在该情况下尤其也包括部段14.3，沿灌装元件轴线FA轴向移动。为了在围绕部段14.3的区域中密封开口26，设置密封件27，其固定于转子3的一侧以及部段14.3的另一侧，并且表现出足够的弹性以能够在开启和关闭液体阀11期间跟随部段14.3的移动。
根据示出的实施例，密封件27同样形成为漏斗形或锥形，并且通过其表现为较大横截面的上边缘连接至转子3的上侧，或分别利用定位于此的包围开口26的边缘区域，并且通过其下边缘连接至位于内容物分配开口12附近的部段14.3。原则上，密封件27也可以与封闭隔膜14c一起形成为一个单独件，作为多重隔膜(multiple diaphragm)。
已经提出用于开启和关闭各液体阀11的致动元件是中空活塞16。当然致动装置的不同设计也可以被采用以开启和关闭液体阀11。
最后，图10示出了作为另一实施例的具有灌装元件1d的灌装系统，其与灌装元件1的区别主要在于，作为液体阀11的致动元件，不使用与灌装元件轴线FA同轴布置的中空活塞16，而是采用相对于灌装元件轴线FA在径向上偏移的致动装置28，例如气动致动形式的致动装置。该在附图中仅以非常示意的形式示出的致动装置28通过位于漏斗形封闭隔膜14上的连接元件29产生作用，并且具体地以与迄今描述的用于中空活塞16的方式相同的方式。
所有描述的实施例的共同点在于，实现液体阀11的开启和关闭的阀元件以特别简单的方式形成为由弹性材料制成的封闭隔膜，并且特别地，在示出的漏斗形封闭隔膜14、14a-14c的实施例中，在每种情况下隔膜形成为相对于灌装元件轴线FA旋转对称，并且优选也设置成，由于它们自身的弹性，它们采用它们对应于开启的液体阀11的状态。
除此之外，对于液体阀11，灌装元件1、1a-1d的实际优点在于：
非常简化的结构，并且也避免了通过致动装置移动的锥形阀体；
所需组件的减少；
免维护或者至少低维护的设计；
减少的生产成本；
避免了可能形成内容物残留从而具有细菌形成的风险的表面；
避免了在液体阀开启和关闭期间必须移动的较大的质量，并且尤其也避免了阀锥体以及阀挺杆，以及
简化和改进的清洁和/或消毒，尤其是灌装元件1的将会接触到内容物材料的所有表面，例如制品线9、液体通道8以及液体阀11的内表面的清洁和/或消毒。
此外，通过刚好位于内容物罐4下方的各灌装元件1的内容物流的最优设置，以及通过形成用于流量计10的测量区域内的内容物材料的唯一竖直或大致竖直的流动路径，避免了可能损坏流量计10的功能的可移动和/或刚性元件。
本发明迄今根据实施例已经被描述。应当理解不背离本发明的范围和实质，改变或改型是可能的。
附图参考标记列表
1，1a-1d 灌装元件
2 容器
3 转子
4 环形罐
5 容器承载件
6 灌装位置
7 灌装元件壳体
8 液体通道
9 制品线
10流量计
11 液体阀
12 内容物分配开口
13 内容物射流
14，14a-14c 封闭隔膜
14.1，14.4 封闭隔膜的开口边缘
14.2-14.3 封闭隔膜的部段
15 阀体
15.1 阀体的延伸件
15.2 阀表面或阀座
16 中空活塞
17 活塞体
17.1 环形部段
17.2 基部部段
18，19 控制腔
20 冲洗板
21 冲洗通道
21.1 开口
22 支撑管
23 气体阻挡件
24 波纹密封件
25 无菌腔
26 开口
27 密封件
28 致动装置
29 连接元件
FA 灌装元件轴线
MA 竖直机器轴线

Claims (24)

1.一种用于向容器(2)灌装液体内容物的灌装元件，具有形成于灌装元件壳体(7)内的液体通道(8)，液体内容物通过制品通道(9)被引导至所述液体通道，所述灌装元件具有液体阀(11)，用于内容物在每种情况下向相应待灌装容器(2)的受控分配，从液体通道(8)分配至至少一个内容物分配开口(12)，其中所述液体阀(11)包括至少一个阀元件，所述阀元件可通过致动装置(16，28)至少在阻碍内容物材料分配的状态和开启液体阀(11)的状态之间移动，在阻碍内容物材料分配的状态，阀元件抵靠在液体通道(8)中形成的阀表面(15.2)，在开启液体阀的状态，可控的阀元件与阀座间隔开，其特征在于，可控的阀元件是由弹性材料制成的封闭隔膜，封闭隔膜形成为两端开口的中空体，其中封闭隔膜设计为漏斗形，并且以如下方式设置，以使得随着液体阀(11)开启，所述封闭隔膜形成液体通道(8)的延续部，其以漏斗的形式至少在封闭隔膜的第一部段(14.2)上沿朝着内容物分配开口(12)的方向变窄，并且阀座由设置在液体通道中的阀体(15)的如下表面形成，所述阀体(15)形成为杆状，具有至少一个锥形端部并且包括位于该端部的阀表面(15.2)，当液体阀(11)关闭时封闭隔膜在来自致动装置(16，28)的压力下利用内表面抵靠阀体的该表面。
2.根据权利要求1所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜包括至少第一部段(14.2)，所述第一部段的横截面沿着封闭隔膜轴线的方向减小，跟随该第一部段为至少具有减小横截面的第二部段(14.3)。
3.根据权利要求1所述的灌装元件，其特征在于，漏斗形的所述封闭隔膜被布置为其轴线与灌装元件轴线(FA)共轴。
4.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，阀体(15)通过其阀表面(15.2)延伸进入封闭隔膜的内部。
5.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜在具有减小的横截面的开口处形成所述内容物分配开口。
6.根据权利要求1或3所述的灌装元件，其特征在于，漏斗形的所述封闭隔膜包括具有更大横截面的开口和具有减小的横截面的开口，其中所述具有更大横截面的开口紧跟液体通道(8)，并且所述具有减小的横截面的开口定位于距液体通道(8)一定距离处。
7.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜在一部段处连接至致动装置(16，28)的致动元件。
8.根据权利要求7所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜在其形成内容物分配开口的端部的区域中连接至致动元件。
9.根据权利要求2所述的灌装元件，其特征在于，呈具有第二部段(14.3)的漏斗形构造的封闭隔膜形成射流引导件。
10.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，在内容物分配开口(12)处设置气体阻挡件(23)。
11.根据权利要求1或3所述的灌装元件，其特征在于，所述致动装置由中空活塞(16)形成，所述中空活塞通过环形活塞体部段(17.1)在灌装元件轴线(FA)的方向上以轴向可移位的方式在灌装元件壳体(7)处被引导，并且在基部部段(17.2)处包括开口，漏斗形封闭隔膜通过一部段延伸进入所述开口，并且所述漏斗形封闭隔膜被保持于所述开口中。
12.根据权利要求3所述的灌装元件，其特征在于，所述致动装置相对于灌装元件轴线(FA)径向移位并且通过致动元件对封闭隔膜起作用。
13.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，所述灌装元件被设计成对容器(2)自由射流灌装。
14.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，所述封闭隔膜由弹性塑料制成。
15.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，所述封闭隔膜由PTFE制成。
16.根据权利要求1至3中任一所述的灌装元件，其特征在于，所述封闭隔膜形成为关于封闭隔膜轴线旋转对称的中空体。
17.根据权利要求1所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜包括至少第一部段(14.2)，所述第一部段的横截面沿着封闭隔膜轴线的方向减小，跟随该第一部段为至少具有恒定或大致恒定横截面的第二部段(14.3)。
18.根据权利要求1或3所述的灌装元件，其特征在于，阀体(15)通过其阀表面(15.2)延伸进入封闭隔膜的漏斗形变窄部段。
19.根据权利要求2所述的灌装元件，其特征在于，封闭隔膜在第二部段(14.3)处连接至致动装置(16，28)的致动元件。
20.根据权利要求11所述的灌装元件，其特征在于，漏斗形封闭隔膜通过第二部段(14.3)延伸进入所述开口。
21.一种用于向容器(2)灌装液体内容物的灌装机，具有能够被驱动以围绕竖直机器轴线(MA)旋转的转子(3)，多个灌装元件设置于所述转子处，所述多个灌装元件各自与容器承载件(5)一起形成灌装位置，其特征在于，灌装元件为前述权利要求中任一项所述的灌装元件。
22.根据权利要求21所述的灌装机，其特征在于，灌装元件各自通过制品线在转子(3)处连接至所有灌装元件共用的内容物罐(4)，并且内容物线的轴线被设置成与相应灌装元件的灌装元件轴线(FA)平行或共轴，并且流量计(10)设置于制品线中。
23.根据权利要求21或22所述的灌装机，其特征在于，通过形成具有位于转子(3)下方的无菌腔(25)的灌装机，所述灌装元件在无菌腔外侧设置于转子(3)上方，并且仅漏斗形的所述封闭隔膜通过它们形成内容物分配开口(12)的端部经转子(3)中的开口(26)突出进入所述无菌腔(25)，并且所述转子(3)中的开口(26)的未被封闭隔膜占据的部分各自通过密封件(27)密封。
24.根据权利要求22所述的灌装机，其特征在于，所述流量计(10)为导磁流量计。
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