CN106061887A - 设置有改进的称重设备及相关称重方法的容器填充机 - Google Patents

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Abstract

一种填充机(1)具有：旋转输送机(4)；和至少一个填充单元(10)，其通过所述旋转输送机(4)携带并被设计成接合所述至少一个容器(2)，以执行用产品对所述容器(2)的填充；称重设备(10)能操作地耦合到所述填充单元(10)，以在所述容器(2)的填充期间提供有关容器(2)的重量的信息；所述称重设备(10)具有：支撑单元(22)，其具有被设计成支撑所述容器(2)且随着正被填充的所述容器(2)的重量的变化而弹性变形的支撑臂(22a)；和感测单元(24)，其被设计成提供与所述容器的重量有关的测量。所述感测单元(24)被配置为提供与支撑臂(22a)离填充机(1)的相对部分的距离(d)相关联的非接触式感测，所述容器(2)的重量是所述距离(d)的函数。

Description

设置有改进的称重设备及相关称重方法的容器填充机
技术领域
本发明涉及一种填充机，其被设计用于用流体产品(例如可倾倒食品)填充容器。特别是，本发明涉及设置有改进的称重设备的填充机，该称重设备被设计用于测量正被填充的容器的重量，以及涉及相关的称重方法。
背景技术
在诸如可灌注食品之类的流体的装瓶(如塑料瓶或玻璃瓶或铝罐)领域中，系统是已知的，其包括用于向填充机供给一系列空容器的进料管线，进而包括旋转输送机(所谓的“转盘”)，旋转输送机携带有若干填充单元。安装这些填充单元使其绕纵向轴线连续旋转，接合空容器，向容器填充所需的产品，并且然后将容器供给到轧盖机，轧盖机通过至少一个输送轮耦合在填充机上并且利用相应的盖封闭容器。
对正在被填充的容器中的流体的水平的控制是填充机的一个重要特征，从而保证以所需的和可重复的水平填充容器。
水平控制在填充操作过程中通过合适的测量装置实现，该测量装置可以包括流量计，流量计被设计用于测量从填充单元供给到容器内的流体的流量；视觉检查装置，其被设计为提供对在容器中的流体水平的视觉监控；和/或称重设备，其被设计为在填充操作被执行的同时感测容器的逐渐增大的重量。
特别是，公知的称重设备包括测压元件，该测压元件被设计成耦合到所述容器和填充机的旋转转盘。
测压元件通常包括柔性支撑臂，柔性支撑臂是从所述旋转转盘伸出的悬臂并且在自由端携带容器。支撑臂通常具有偏离中心的能力，以便自动地补偿由于容器的不同的放置或它们的不同的倾斜度(例如在填充机的旋转转盘的旋转过程中为由于离心力的影响)而导致的不同的转矩值。
测压元件的支撑臂一体地设置有传感器或换能器，通常包括应变计或类似的感测元件，其被设计为当支撑臂由于容器增加的重量而弹性变形时经受应力；所测得的应力可通过适当提供的控制电子元件(其也可以控制填充操作，并且特别可以被设计为在达到所希望的重量值时停止填充)被用作重量值的指示。
包括测压元件的已知的填充机在例如文献EP 1 025 424 B 2，或EP 1 534 621B1中公开。
申请人已经意识到，在填充机中的已知的称重设备给同一填充机的设计造成一些问题。
特别是，已知在饮料领域，涉及到填充机的重要问题至少在特定的应用中是在填充操作过程中确保适当的卫生条件。在这方面，众所周知，例如，当填充无菌可灌注食品，例如用不能加入大量防腐物质的精细产物时，安全规则要遵守，以及用于适当操作的准则应遵循(比如由欧洲卫生工程设计组织-EHEDG发布的那些)。
特别是，在无菌的环境中，如可能必须确保进行填充操作的环境中，一些要求必须得到满足，如：电连接器的保护必须满足IP69K安全标准；电噪声水平必须保持在低阈值下；维修时间必须短。
本申请人已经认识到，就这些要求而言，已知类型的称重设备可能不能证明完全令人满意。
例如，标准称重设备具有附接(例如胶合)到所述机械支撑件上的应变计或类似的感测元件，以及与其连接的电线。因此，如果卫生要求得到满足，那么在当前系统中，电连接的设计可能被证明是艰巨的任务。
此外，电气元件和连接可能甚至由于在称重设备中产生的机械应力而破坏；而且，通过应变计或类似元件产生的模拟信号通常是非常低的值，因而受到环境的电噪声和热噪声的影响。
测压元件的偏离中心的能力的适当实现以及其与旋转转盘的耦合可能需要复杂和昂贵的机械装置，例如使用铰接平行四边形或类似的结构，这在满足所需的电要求的同时，可能是难以实现的。
发明内容
本发明的解决方案的目的是至少部分地解决前面强调的问题，并在总体上对填充机提供改进的解决方案，特别是就正被填充的容器的称重方面而言。
因此，根据本发明的解决方案，提供了一种填充机和相关的称重方法，如在所附的权利要求所定义的。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在仅通过非限制性示例的方式参照所附附图描述其优选实施方式，其中：
-图1是填充机的总体示意图，其中本发明的解决方案可以应用；
-图2是根据本发明的解决方案的一个可能的实施方式的用于填充机的填充单元的称重设备的示意图；
-图3是图2的称重设备的电子部件的示意性电子方框图；
-图4是图2中的称量装置的感测元件的电路示图；以及
-图5和6是根据本发明的解决方案的各自的、不同的实施方式的称量设备的传感部件的示意图。
具体实施方式
图1示意性示出了作为整体用1表示的填充机，其用于用填充流体(例如可灌注食品)填充容器2，例如塑料瓶或玻璃瓶或铝罐。
填充机1包括输送设备，输送设备包括旋转输送机(或转盘)4，其被安装以绕基本上竖直的纵向轴线A连续旋转(图1中逆时针)。
旋转输送机4从输入轮5接收一系列的空容器2，输入轮5在第一转移站6耦合到旋转输送机4上并被安装以绕平行于轴线A的相应竖直的纵向轴线B连续旋转。
旋转输送机4向输出轮8释放一系列经填充的容器2，输出轮8在第二转移站9耦合到旋转输送机4上并被安装以绕平行于轴线A和B的相应的竖直的纵向轴线C连续旋转。
填充机1包括多个填充单元10，填充单元10绕轴线A等间距，沿旋转输送机4的外周缘被安装，并通过相同的旋转输送机4沿绕轴线A延伸的路径P且通过转移站6和9移动。
每个填充单元10被设计为接收至少一个待填充的容器2，并在其沿路径P旋转的过程中根据填充“配方”执行若干填充操作，以便向容器2填充流体(例如，碳酸化液体)。
特别是，填充单元10被构造成在容器的颈部2'的开口处接合容器2，并包括一个或多个流体导管和流量调节器(这里未示出)，它们被设计成了选择性地将容器2耦合到填充机1的一个或多个进给装置或产品罐(这里未示出)。
更详细地，以及如图2(其不是按比例绘制的)，每个填充单元10包括主体12，主体12具有沿纵向轴线D的垂直延伸部，纵向轴线D基本上平行于旋转输送机4的轴线A。
主体12具有底部部分12a，底部部分12a被机械地联接到旋转输送机4，在内部限定用于可灌注填充产品(这里以13表示)的填充导管和流量调节器(这里未示出)，并且包括容器接收部分，该容器接收部分被设计成接收将被填充的容器2的颈部2'。在示出的实施方式中，底部部分12a被联接到产品进给管线14a，进给管线14a来自联接到旋转输送机4的产品罐14b。
主体12还具有上部部分12b，上部部分12b容纳电子控制单元15(示意性地示出)，其被设计用来控制所述填充单元10的操作(例如根据所需的填充方案控制流量调节器)；电子控制单元15被设置在印刷电路板中。
在这里没有详细示出的已知方式中，旋转输送机4与填充单元10联接的部分还定义或一体地设置有屏障结构16，屏障结构16分割和流体地分隔以及分离填充机1的无菌区域18a，其中，无菌条件被保持并且其中容器2用来自同一填充机1的非无菌区域18b的填充产品13填充。
在图2示意性地示出的示范性实施例中，屏障结构16包括水平壁16a，水平壁16a固定到旋转输送机4的平面或水平台(横向于轴线A)，并在其一端联接到填充单元10；和竖直壁16b，其在离填充单元10一定距离处连接到水平壁16a，并具有在水平壁16a的相对于该相同的填充单元10的相对端的平行于轴线A的纵向延伸部。液压分离装置(这里未示出)通常可以被提供，以确保无菌区域18a与非无菌区域18b的适当分离。
根据本发明的解决方案的一个方面，所述填充机1包括称重设备20，称重设备20配置成能对正在由填充单元10填充的容器2称重。
在一个可能的实施方式中，填充机1包括多个称重设备20，每一个可操作地耦合到各自的填充单元10。
称重设备20包括支撑单元22，其具有在一端耦合到旋转输送机4(尤其是屏障结构16的竖直壁16b)的支撑臂22a。而且支撑臂22a在相对端耦合到夹持元件22b，夹持元件22b被设计以在填充操作期间夹持容器2的颈部2'，从而保持和支撑容器2。支撑臂22a在屏障结构16的水平壁16a的下面延伸，从而在无菌区域18a内延伸，使得被支撑的容器2位于相应的填充单元10的下方。
支撑臂22a是柔性的并且随着被填充的容器2的重量的持续增加而可弹性变形。
在一可能的实施方式中，支撑臂22a具有偏离中心的能力，从而提供自动转矩补偿(在图2的示意图中，支撑臂22a被示为具有适当形状的内部凹口23；换言之，支撑臂22a的变形仅依赖于负载，或容器2的重量，而不是依赖于相同的负载所产生的所得转矩。
支撑臂22a被有利地设计为符合EHEDG，即根据欧洲卫生工程设计组织所建立的卫生要求而设计。
称重设备20另外包括感测单元24，感测单元24被配置成提供与被填充的容器2的重量相关的称重信息。
根据本解决方案的一个方面，感测单元24被配置成提供非接触位置感测，以便提供支撑臂22a与旋转输送机4的相对部分(在本实施例中，与屏障结构16的水平壁16a)的距离d的测量值，由此容器2的重量是该距离d的函数。
如在图3中示意性示出的，感测单元24包括，例如包封在塑料外壳内的：感测元件25，其被配置为感测支撑臂22a的位置；和电子电路26，其耦合到所述感测元件25。
电子电路26包括：驱动电路27，其被配置为驱动所述感测元件25；处理电路28，其被配置为产生与感测的位置有关的输出信号，优选以数字型的信号输出；和界面29，其被配置成与输出系统连接，特别是与填充单元10的电子控制单元15连接，以向其提供感测到的位置(或距离d)的测量结果。
在一个可能的实施方式中，界面29是数字型的，例如包括可高速操作的SPI(串行并行界面)的数字界面。
根据本发明的解决方案的一个方面，所述感测元件25基于电磁感应耦合的原理进行操作。
此外，感测元件25被直接耦合到旋转输送机4的(特别是，屏障结构16的水平壁16a的)面对支撑臂22a的表面，在该示例中，该耦合在同一支撑臂22a与夹持元件22b耦合的区域的附近进行。
电线和连接器，示意性地示出为30，其将感测单元24连接到外部环境，特别是连接到填充单元10(以提供输出信号输出)以及连接到供电系统(这里未示出)，该电线和连接器通过穿过旋转输送机4(特别地，通过屏障结构16的水平壁16a形成)的孔或通道31达到相同的传感单元24。
有利的是，电线和连接器30因此不存在于填充机1的无菌区域18a，而仅在同一填充机1的非无菌区域18b延伸。
在一个可能的实施方式中，感测元件25被配置成感测由于磁场而产生的循环电流(所谓的涡旋电流)的影响。
在这种情况下，支撑臂22a包括非磁性导电材料，例如不锈钢或铝材料。
如还在图4和5的示意图示出的感测元件25包括由具有电感L的电感线圈32a和具有电容C的并联电容器32b形成的LC谐振器32(也被称为LC谐振槽)，其可以与电子电路26方便地一起集成在印刷电路板-PCB中。
LC谐振器32通过驱动电路27(此处示意性表示为振荡电路)驱动以便以其固有谐振频率振荡，从而产生在电感线圈32a中流动的AC电流。该电流产生磁场，磁场进而在被布置在相同的LC谐振器32附近的支撑臂22a的导电材料内感应涡旋电流。
涡旋电流的幅值是支撑臂22a和LC谐振器32(其耦合到旋转输送机4)之间的距离d的函数，距离d由于相同的支撑臂22a的变形而变化(如在图5中的箭头所示)。
涡旋电流产生其自己的磁场，从而影响和修改由电感线圈32a产生的原始磁场，从而引入寄生电感Ls，寄生电感Ls改变作为距离d的函数的原始电感值L。
如示意性示出的，具有电阻R的串联电阻33的值也通过存在的涡旋电流修改，寄生分量Rs也是距离d的函数。
在这种情况下，处理电路28通过监控下列两个参数来监控感应线圈32a的电感和电阻器33的电阻的值的变化：LC谐振器32的谐振频率(其受电感值的变化影响)；和保持具有恒定值的振幅(它受串联电阻值的变化影响)所需的功率。
从而处理电路28提供输出信号输出(其可以是数字式的)到界面29，该信号输出携带关于距离d的信息，界面29进而将此信息提供给填充单元10的外部电子控制单元15。
相同的电子控制单元15可以以未详细讨论的方式例如通过线性化、滤波、放大和适当转换为重量值来处理输出信号输出。
在一可能的替代的实施方式中，感测单元24被配置成提供电磁式互感器，并感测由于与支撑臂22a的电感耦合而导致的电感的变化。
在这种情况下，如于图6中所示意性示出的，支撑臂22a包括包含铁磁材料或铁素体的磁性区域35；在这里耦合到旋转输送机4(例如被固定到屏障构件16的水平壁16a)的感测元件25包括铁磁材料或铁素体磁芯36和绕组线圈38，绕组线圈38通过气隙39与磁区域35分离，其值是距离d的函数。
绕组线圈38由驱动电路27驱动，并且处理电路28在这里被配置为监控同一绕组线圈38的与距离d以及气隙39的变化成函数关系的电气特性的变化(例如就整体线圈电感而言)，因此产生输出信号输出。
应强调的是，在任何情况下，没有电气部件或组件设置在填充机10的无菌区域18a中的支撑臂22a中或与该支撑臂22a耦合，并且连接到感测单元24的电连接件30实现为完全通过非无菌区域18b；换句话说，支撑单元22是纯粹机械式的，并且不包括任何电子部件或组件。
所描述的解决方案能够实现的优点根据前面的描述是清楚的。
尤其是，应再次强调，电子元件和电连接件可以被集成并完全布置在填充机1的非无菌区域18b内，耦合到其旋转输送机4。
携带被填充的容器2的支撑单元20从而可以是简单的机械部件，而没有任何感测元件(例如应变计)、电子部件或电线。
因此，支撑单元20的设计更简单，符合卫生要求，更方便；例如，支持单元22和相关的支撑臂22a的凹槽23可方便地设计成圆边，而没有平坦表面，其中细菌或其他病理要素可能聚集。
例如为了容纳不同类型的容器2或更正错误，更换同样的支持部22就变得很简单，因为没有电连接件被中断和/或取代；维护时间可因此减少。
此外，感测单元24不受在支撑臂22a产生的机械应力的影响，因此在填充操作过程中不会经受断裂或损坏。
感应也变得少受噪音和外部电气干扰的影响；的确，感应传感和数字界面的使用保证信号的完整性和固有噪声的降低，两者都与降低热噪声和环境噪声有关；较高的分辨率可因此在重量测量中实现，并且从而可以执行更有效和可靠的填充操作。
最后，清楚的是，修改和变化方案可以应用于所述和示出的解决方案，而不脱离所附权利要求的范围。
例如，应强调的是，其他类型的非接触式位置传感器可以在例如使用激光干涉仪或激光三角法的感测单元24中使用。
此外，支撑单元20和相关的支撑臂22a可能具有不同的结构和构型，在任何情况下其可随着容器重量的变化而变形。
此外，很显然，所讨论的解决方案也可以有利地用于待被填充的不同种类的容器，例如PET容器，和/或例如与食品不同的不同种类的填充液体。

Claims (19)

1.一种填充机(1)，其包括：旋转输送机(4)；至少一个填充单元(10)，其通过所述旋转输送机(4)携带并被设计成接合所述至少一个容器(2)，以执行用流体产品(13)对所述容器(2)的填充；和称重设备(20)，其能操作地耦合到所述填充单元(10)，以在所述容器(2)的填充期间提供与所述容器(2)的重量有关的信息；其中所述称重设备(20)包括：支撑单元(22)，其具有被设计成支撑所述容器(2)和随着正被填充的所述容器(2)的所述重量的变化而弹性变形的支撑臂(22a)；和感测单元(24)，其被设计成提供与所述容器的所述重量有关的测量，
其特征在于，所述感测单元(24)被配置为提供与支撑臂(22a)离填充机(1)的相对部分的距离(d)相关联的非接触式感测，所述容器(2)的所述重量是所述距离(d)的函数。
2.根据权利要求1所述的填充机，其中所述感测单元(24)被配置为基于电磁感应耦合来操作，并且包括面向所述支撑臂(22a)的感测元件(25)。
3.根据权利要求2所述的填充机，其中所述感测元件(25)包括用于产生磁场的感应线圈(32a)，并且所述感测单元(24)被配置成感测由于在所述支撑臂(22a)内所产生的涡旋电流而导致的电磁效应，所述支撑臂(22a)包括导电材料。
4.根据权利要求3所述的填充机，其中所述感测元件(25)还包括与所述感应线圈(32a)耦合以形成LC谐振器(32)的并联电容器(32b)；所述感测单元(24)包括驱动电路(27)，所述驱动电路(27)被配置成以其谐振频率驱动所述LC谐振器(32)，从而产生所述磁场。
5.根据权利要求2所述的填充机，其中所述感测单元(24)被配置为提供电磁式互感器，并感测作为所述支撑臂(22a)的所述弹性变形的函数的其电感的变化，所述支撑臂(22a)包括铁磁材料或铁素体区域(35)。
6.根据权利要求5所述的填充机，其中所述感测元件(25)包括具有绕组线圈(38)的磁芯(36)，所述绕组线圈(38)通过气隙(39)与磁性区域(35)分离开，其值是所述距离(d)的函数。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的填充机，其中所述旋转输送机(4)的与所述填充单元(10)耦合的部分限定屏障结构(16)，该屏障结构(16)将所述填充机(1)的第一区域(18a)与所述填充机(1)的不同的第二区域(18b)分离，所述感测元件(25)被耦合到所述屏障结构(16)；且其中连接所述感测单元(24)的电连接件(30)通过穿过所述屏障结构(16)的通道(31)提供，从而单独在所述第二区域(18b)延伸而不在第一区域(18a)延伸。
8.根据权利要求7所述的填充机，其中所述第一区域(18a)是将保持无菌条件并且将用所述产品(13)填充所述容器(2)的区域；且其中所述第二区域(18b)是非无菌区域。
9.根据前述权利要求中任一项所述的填充机，其中，所述支撑单元(22)是纯机械式的，并且不包括任何电子部件或组件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的填充机，其中所述填充单元(10)包括构造成控制所述容器(2)的填充的操作的控制单元(15)；并且其中，所述感测单元(24)包括界面(29)，所述界面(29)被配置成与所述填充单元(10)的控制单元(15)连接，并向所述控制单元(15)提供与所述容器(2)的重量相关的称重信息。
11.根据权利要求10所述的填充机，其中所述界面(29)是数字型的，包括SPI(串行并行界面)数字界面。
12.根据权利要求10或11所述的填充机，其中，所述称重信息包括距离(d)的测量值，并且所述控制单元(15)被配置为确定作为所述距离(d)的函数的所述容器(2)的重量。
13.根据前述权利要求中任一项所述的填充机，其中所述支撑臂(22a)具有偏离中心的能力，以便提供自动转矩补偿，并且所述支撑臂(22a)的一端耦合到所述旋转输送机(4)，以及在相对端携带夹持元件(22b)，所述夹持元件(22b)被设计成夹持所述容器(2)的颈部(2')，从而在填充操作期间保持和支撑所述容器(2)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的填充机，其包括一些由所述旋转输送机(4)携带的填充单元(10)，以及相应数量的各自的称重设备(20)。
15.根据权利要求14所述的填充机，其中，所述旋转输送机(4)被安装成绕纵向轴线(A)旋转，并在其周边携带所述填充单元(10)，所述填充单元(10)被设计成通过所述旋转输送机(4)的旋转而沿着路径(P)移动。
16.一种用于填充机(1)的称重方法，所述填充机(1)包括：旋转输送机(4)；至少一个填充单元(10)，其通过所述旋转输送机(4)携带并被设计成接合至少一个容器(2)，以执行用流体产品(13)对所述容器(2)的填充；所述方法包括：在对所述容器(2)进行填充的过程中，通过称重设备(20)提供与所述容器(2)的重量相关的称重信息，所述称重设备(20)能操作地耦合到所述填充单元(10)，并且包括：支撑单元(22)，其具有被设计成支撑所述容器(2)并随着正被填充的所述容器(2)的所述重量的变化而弹性变形的支撑臂(22a)，
其特征在于，提供称重信息包括执行与支撑臂(22a)离填充机(1)的相对部分的距离(d)相关联的非接触式感测，所述容器(2)的重量是所述距离(d)的函数。
17.根据权利要求16所述的方法，其中执行非接触式位置感测基于电磁感应耦合来操作。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中执行非接触式位置感测包括感测由于在所述支撑臂(22a)内所产生的涡旋电流而导致的电磁效应，所述支撑臂(22a)包括导电材料。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中执行非接触式位置感测包括提供电磁式互感器，并感测作为所述支撑臂(22a)的所述弹性变形的函数的其电感的变化，所述支撑臂(22a)包括铁磁材料或铁素体的区域(35)。
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