CN106794976B - 灌装机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种灌装机和方法。灌装机和方法允许有效和/或精确地灌装诸如瓶子的容器，并且特别适用于用碳酸饮料灌装瓶子或类似容器。

Description

灌装机
技术领域
本发明涉及一种灌装机，并且特别地涉及一种用于用诸如饮料的液体灌装瓶子或类似容器的灌装机。特别地，本发明涉及一种灌装机，其可用于用碳酸饮料灌装瓶子或类似容器。
背景技术
目前有许多可用于灌装容器(例如容纳饮料的瓶子)的不同机器。这样的机器利用各种不同的原理运行。这些原理取决于许多因素，例如液体的性质和灌装操作的规模。
灌装容器(例如装有诸如啤酒或碳酸软饮的碳酸饮料的瓶子)可能存在一些特殊的挑战。在灌装过程中，碳酸饮料会发泡并且会失去一些碳酸化。碳酸化的丧失会使饮料“变淡”，并且过多的泡沫也会导致需要清洁的浪费和溢出。
大多数现有机器的一个目的是在灌装过程期间使碳酸化液体的搅动最小化，以减少液体的起泡和脱碳酸。这通常通过相对慢的灌装速度来实现(尽管冷却碳酸化的液体也可以帮助最小化过量的发泡)。
目前使用的灌装技术通常涉及使用在瓶子上方具有液体集液箱的灌装机。这种集液箱采用二氧化碳加压。待灌装的瓶子被密封到灌装机的灌装器头部上，然后通常抽空和/或气体吹扫瓶子以除去氧气。接下来，用二氧化碳灌装瓶子至与上述集液箱相同的压力。利用重力灌装瓶子。为避免过度起泡以及由此带来的饮料脱碳酸，该过程相对缓慢地进行。例如，在正常范围内灌装时间为至少15至20秒。
可选地，一些手动操作的机器将气体排出瓶子，使得液体可以流入瓶子中。然后将瓶子通气并送至封盖机。这些手动操作的机器也仅提供相对较慢的灌装速度。
反压瓶子灌装器在本领域中是公知的，并且可以有助于减少起泡和脱碳酸。在使用中，反压瓶子灌装器连接到碳酸饮料容器和二氧化碳罐。将反压瓶子灌装器插入待灌装的瓶子中。然后用塞子固定瓶子的开口，打开二氧化碳罐的阀门以使二氧化碳灌装瓶子。打开排气阀以允许空气逸出。然后关闭排气阀，允许将瓶子加压至与碳酸饮料容器相同的压力。关闭二氧化碳罐的阀，打开碳酸饮料容器的阀。由于瓶子中的压力与碳酸饮料容器中的压力相同，所以饮料不会流入瓶子中。通过稍微打开排气阀来实现流动。这逐渐降低了瓶子中的压力，并且饮料将缓慢地灌装该瓶子。
这种布置具有若干缺点。该程序涉及必须以正确的顺序进行的多个步骤，以避免饮料的过度起泡和/或氧化，或者饮料从瓶子中过度喷射。这种布置也仅允许瓶子的相对缓慢地灌装。
US 7730912描述了一种瓶子灌装器，其提供了反压瓶子灌装器的替代物。US7730912的瓶子灌装器被设计成在装瓶时减少碳酸饮料的氧化。具有长的软管，其在通向灌装器的路径上逐渐降低饮料压力。阀座位于灌装管的底部，使得碳酸饮料从瓶子的底部流入瓶子中。两个灌装管被放置成一个在另一个内部，以形成环形，从而使二氧化碳被迫进入瓶子的底部以在灌装之前吹扫瓶子的空气。然而，US 7730912的瓶子灌装器的缺点是，其具有相对较慢的灌装速率并且不能准确地测量体积。
灌装瓶子时的另一目的是用预定体积的饮料精确地灌装每个瓶子。这是为了减少或最小化浪费，并确保消费者购买到规定量的饮料。目前使用的灌装技术并不总是具有准确的灌装水平。
对于更有效和/或更精确地灌装容器(例如瓶子)的灌装机和方法有持续需要。还存在另一持续需要，即提供一种灌装机和方法，其至少提供对已知灌装机和方法的有用替代。
在本说明书中对任何外部文件的引用是为了提供内容以讨论本发明。这样的引用不是并且不应该被视为承认或以任何形式暗示该文件是现有技术或形成公知常识的一部分。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种包括装料装置和灌装装置的灌装机，其中：
装料装置包括设置有至少一个阀装置的至少一个入口装置，适于容纳液体的至少一个灌装气缸，至少一个灌装活塞和至少一个压力调节装置，以及
布置成使得至少一个压力调节装置允许液体在压力下被推入至少一个灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保将至少一个灌装气缸中的液体保持在压力下。
优选地，该布置使得至少一个压力调节装置可以将灌装气缸中的液体在第二受控压力下从灌装气缸移动到灌装装置。
优选地，灌装装置包括至少一个阀装置、至少一个传送装置和至少一个灌装管，灌装管在其外端处密封。
优选地，至少一个传送装置包括软管或管道。
优选地，灌装装置还包括至少一个灌装管提升装置。
优选地，该布置使得至少一个灌装管提升装置通过至少一个灌装活塞的移动来启动。
优选地，灌装机包括连接到灌装管提升装置的可调节止动件，该布置使得至少一个灌装管的外端适于在容器灌装期间保持在流入容器的液体内。
优选地，灌装机还包括至少一个可调节的灌装活塞止动装置。
在另一方面，本发明提供一种灌装容器的方法，该方法包括以下步骤：为灌装机装料并从装料后的灌装机灌装容器，
装料步骤包括在压力下将液体推入灌装机的灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保气缸中的液体保持在压力下，
灌装步骤包括在第二受控压力下将液体从灌装气缸移动到灌装机的灌装装置，
打开阀装置，使液体离开灌装机的灌装管进入容器，以及
在灌装容器期间，将灌装管的外端保持在流入容器的液体中。
优选地，一旦灌装气缸被灌装，关闭灌装机的入口装置，并且隔离液体。
优选地，气缸装料步骤和对灌装管的提升的控制使得容器灌装有预定体积的液体。
在另一方面，本发明提供一种包括装料装置和灌装装置的灌装机，其中：
装料装置包括设置有至少一个阀装置的至少一个入口装置、至少一个适于容纳液体的灌装气缸、至少一个灌装活塞和至少一个压力调节装置，并且
灌装装置包括容器定位和保持装置、至少一个排气阀和至少一个第一密封装置，
布置成使得：至少一个压力调节装置使得液体在压力下被推入至少一个灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保至少一个灌装气缸中的液体保持在受控压力下，
至少一个排气阀用于可变地释放来自正被灌装的容器的压力，以控制容器被灌装的速度，以及
至少一个第一密封装置和入口装置有助于将压力至少维持在受控压力，直到正被灌装的容器封盖。
优选地，用于定位和保持容器的装置是旋转星形轮组件。
优选地，用于定位和保持待灌装的容器的装置包括第一密封装置、第二密封装置、密封保持件和密封板。
优选地，至少一个第一密封装置在其中设置的孔或开口部分地或完全地对准时适于在密封保持件和密封板之间产生并保持密封。
优选地，排气阀包括阀芯、气缸和至少一个排气孔或开口。更优选地，排气阀布置成：在使用中，气缸的缩回会移动阀芯从而露出一个或多个排气孔或开口。
优选地，入口装置是三通入口阀。
优选地，三通入口阀包括阀芯、液体入口、液体出口和通向灌装装置的出口。更优选地，三通阀布置成：在使用中，阀打开并且一旦灌装装置充满液体就被激活以关闭。
在另一方面，本发明提供一种灌装容器的方法，该方法包括以下步骤：对灌装机装料并从装料后的灌装机灌装容器，
装料步骤包括在压力下将液体推入灌装机的灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持受控压力，以确保缸中的液体保持在压力下，以及
灌装步骤包括在受控压力下经由灌装机的灌装装置将液体从灌装气缸移动到容器中，
其中，当灌装容器时，由至少一个排气阀控制来自容器的可变的压力释放，由此控制容器被灌装的速度，
保持受控压力，直到灌装的容器通过至少一个第一密封装置和入口装置封盖，以及
在容器灌装期间，灌装管的外端处于流入容器的液体之中。
本发明的这个简要概述广泛地描述了本发明的某些实施方式的特征和优点。在下面的本发明的详细描述中将描述另外的特征和优点。
当结合附图考虑时，根据该详细描述将更好地理解被认为是本发明特点的新颖特征。然而，附图旨在帮助说明本发明或有助于理解本发明，不是为了限定本发明的范围。
简要附图说明
现在将仅通过示例并参考以下附图来描述本发明。
图1a：示出了根据本发明第一方面的灌装机在第一起始位置的侧视图。
图1b：示出了图1a所示的灌装机的横截面图。
图1c：示出了图1a所示的灌装机的第二透视图。
图1d：示出了图1b的A-A处的细节。
图2a：示出了处于第二准备致动位置的图1所示的灌装机的侧视图。
图2b：示出了图2a所示的灌装机的横截面图。
图2c：示出了图2a所示的灌装机的透视图。
图3a：示出了处于第三致动位置的图1所示的灌装机的侧视图。
图3b：示出了图3a所示的灌装机的横截面图。
图3c：示出了图3a所示的灌装机的透视图。
图4a：示出了处于关闭位置的图1所示的灌装机的灌装管的横截面图。
图4b：示出了处于打开位置的图4a所示的灌装管的横截面视图。
图5a：示出了处于第四另外致动位置的图1所示的灌装机的侧视图。
图5b：示出了图5a所示的灌装机的横截面图。
图5c：示出了图5a所示的灌装机的透视图。
图6a：示出了处于第五位置的图1所示的灌装机的侧视图，其中瓶子装有饮料。
图6b：示出了图6a所示的灌装机的横截面图。
图6c：示出了图6a所示的灌装机的透视图。
图7a：示出了处于第六位置的图1所示的灌装机的侧视图，其中灌装循环完成。
图7b：示出了图7a所示的灌装机的横截面图。
图7c：示出了图7a所示的灌装机的透视图。
图7d：示出了图7b的A处的细节，其中灌装管阀处于关闭位置。
图8a：示出了根据本发明第二方面的灌装机的第一透视图，其中瓶子位于机器的封盖机组件中。
图8b：示出了图8a所示的灌装机的前视图。
图8c示出了图8a所示的灌装机的第二透视图。
图9a示出了图8所示的灌装机的旋转星形轮组件的第一透视图，其中瓶子位于机器的封盖机组件中。
图9b：示出了图9a所示的组件的前视图。
图9c：示出了图9a所示的组件的第二透视图。
图10：示出了图8所示的灌装机的旋转瓶密封保持件和星形轮的透视图，其中插入有一个瓶子。
图11a：示出了图10所示的旋转瓶密封保持件的横截面视图。
图11b：示出了图11a的C处的细节。
图12：示出了图8所示的灌装机的瓶引导件的透视图。
图13a：示出了处于关闭位置的图8所示的灌装机的灌装管阀的横截面图。
图13b：示出了处于打开位置的图13a所示的灌装管阀的横截面图。
图14a：示出了处于关闭位置的图8所示的灌装机的三通入口阀。
图14b：示出了处于打开位置的图14a所示的三通入口阀。
图15：示出了处于关闭位置的图8所示的灌装机的排气阀。
图16：示出了处于打开位置的图15所示的排气阀。
图17a：示出了图8所示的灌装机的封盖机组件的横截面图。
图17b：示出了图17a的D处的细节。
图18a：示出了图8所示的灌装机的顶部密封件的俯视图。
图18b：示出了当转换灌装管孔时图18a所示的顶部密封件的横截面图。
图19a：示出了图8所示的灌装管压盖阀(gland valve)的俯视图。
图19b：示出了图19a所示的阀的横截面图。
图20：示出了处于第一起始位置的根据本发明第三方面的手动灌装器的侧视图。
图20b：示出了图20a所示的手动灌装器的端视图。
图20c：示出了图20a所示的灌装器的透视图。
图21a：示出了根据本发明第四方面的灌装机的侧视图。
图21b：示出了图21a所示的灌装机的横截面图。
图21c：示出了图21b的H处的细节。
图21d：示出了图21a所示的灌装机的透视图。
具体实施方式
下面的描述是参考用碳酸饮料灌装瓶子给出的。然而，应当理解，本发明的灌装机和方法可以用于灌装其它类型的容器，以及用其它类型的液体灌装容器。
溶解在碳酸饮料中的二氧化碳的量(碳酸化的量)由饮料的温度和压力决定。在传统灌装机的操作期间，一旦饮料离开供应罐，则出现压降。压降导致二氧化碳从饮料中释放，这将导致搅动，并且因此当二氧化碳逸出饮料时发生饮料的发泡。
碳酸饮料发泡的趋势已导致以下通常认为的观点：在灌装过程期间不可能将碳酸饮料快速移动到瓶子或罐中而不引起过多的起泡。
因此，大多数现有的灌装机被设计成在灌装过程中使饮料的搅动最小化。这减少了饮料的起泡和氧化，但是这意味着灌装通常是相对缓慢的过程。
本发明提供一种灌装机，其允许瓶子相对快速地灌装碳酸饮料，而不会发生过多的起泡。
本发明的灌装机还允许用预定体积的饮料精确地灌装瓶子。
广义地说，本发明提供了一种灌装机，包括装料装置和灌装装置，其共同包括灌装管、灌装气缸、灌装活塞、多个阀、压力调节器和用于将灌装气缸连接到灌装管的管道或软管。下面更详细地描述本发明的具体实施方式的进一步细节。
在操作期间，使用本发明的灌装机的方法包括两个主要阶段，装料阶段和灌装阶段。在装料阶段，灌装气缸装有来自饮料供应罐的饮料。在灌装阶段，饮料从装好的灌装气缸移动到瓶子中。
在这两个阶段期间，控制饮料的压力。在装料阶段，压力被控制到第一受控压力，并且在灌装阶段，压力被控制到第二受控压力。压力总是高于碳酸化压力(注意，该压力随温度变化)。
本发明的灌装机利用超过液压压力作用的气动压力来保持从储存饮料的罐或小桶到灌装机的出口点的碳酸饮料压力。
因为碳酸饮料在压力下直接通过机器传送，所以不产生蒸汽空腔。这意味着饮料在其离开灌装机进入瓶子(其中发生压降)之前不能发泡。然而，在出口点处，本发明的灌装机利用附接到填料活塞的轴上的机械联动系统，以确保灌装管在灌装瓶子时总是位于饮料内。这意味着当饮料离开机器时可以控制发泡。
灌装机的气动方面作为改进的容积式泵操作，其中灌装活塞的两侧上的压力都被控制。在一个实施方式中，使用压力调节器利用压缩气体来控制饮料的压力。
一般来说，灌装机通过打开入口阀来操作，使得加压饮料从供应罐推入灌装气缸，然后关闭入口阀并打开出口阀，并在受控压力下将饮料泵入瓶子中(例如在灌装活塞的背面上使用调节的压缩空气)。
如果标准活塞灌装器用于碳酸饮料，则由饮料的诱导引起的空穴(在饮料中形成蒸汽空腔)将会产生泡沫。为了避免这个问题，本发明的灌装机通过使用加压碳酸饮料本身在装料阶段期间驱动灌装活塞返回来控制饮料的压力，如下面更详细描述的。
为了确保在装料阶段期间很少或没有空穴现象或发泡，通常通过可调节的压力调节器，控制离开容纳饮料一侧的灌装活塞的另一侧的压力(灌装活塞的这一侧称为“空气压力侧”)。当饮料被迫进入灌装气缸时，在灌装活塞的空气压力侧控制气动压力。例如，在用碳酸饮料为气缸装料之前，在灌装活塞的空气压力侧存在气体压力。在装料期间，通过以受控方式排放或排出气体来控制该气体的压力，使得压力总是高于碳酸化压力，但是足够低以允许加压饮料推动活塞，使得其为灌装气缸装料。
灌装活塞的空气压力侧上的压力的这种控制确保饮料总是处于压力下，饮料的压力高于灌装活塞的空气压力侧上的空气的压力。
一旦饮料已被迫进入灌装气缸并且入口阀关闭，则饮料被隔离。
在灌装阶段期间，第二受控(空气)压力用于沿着管道或软管推动碳酸饮料并且使其通过灌装管。灌装阀位于灌装管的端部，因此在灌装管中不产生低压。
为了灌装瓶子，灌装机的灌装管下降到瓶子中，然后在灌装活塞开始泵送饮料时将位于灌装管端部的灌装阀打开。灌装阀可以设计成以受控的速度打开，以减慢初始灌装速度，例如通过控制气动操作的灌装阀上的(排气)压力。
灌装机适于确保在瓶子灌装的整个时间内灌装管保持在饮料的液面下，而不管灌装速度是多少。这允许控制发泡(减少或消除发泡)。
在本发明的一个实施方式中，这通过在瓶子灌装时使用灌装活塞控制灌装管在瓶子内向上行进来实现。该系统确保，一旦灌装已经开始，即使灌装速度改变，灌装管的末端总是在饮料之下，因为灌装管直到灌装开始之后才开始提升。在提升开始之前瓶子灌装的量可以通过改变提升器和提升板之间的间隙来改变。
在灌装阶段开始时可有意地产生少量泡沫。这种泡沫覆盖层驱走空气并抑制氧气进入饮料。
在灌装阶段期间，由灌装活塞的速度控制起泡，灌装活塞速度受到灌装活塞的空气压力侧上的受控压力、灌装管的尺寸以及灌装管上的开口尺寸的影响。
碳酸饮料的压力、到灌装活塞的管(和阀)的尺寸和灌装活塞的空气压力侧的压力控制灌装活塞感应的速度。如已经提及的，在一个优选实施方式中，通过控制排气的压力和速度来控制灌装活塞的空气压力侧上的背压。
除了控制饮料的起泡能力之外，由本发明的灌装机提供的可调节止挡件允许传送到瓶子的预定体积的饮料的精确输送。
现在将参照附图描述本发明的灌装机和方法的各方面。
图1至7中示出了本发明的第一方面。本发明的该方面适用于中度碳酸饮料。
首先参考图1，本发明提供了灌装机1。灌装机1包括基座2，其具有相邻的弹簧承载的瓶支撑件3和灌装管提升气缸4。基座2设置有可调节的灌装器止动件5。
在灌装管提升气缸4的顶部是第一支撑件6，其包括瓶定位器7。从灌装管提升气缸4向上延伸的是容纳灌装管引导件8的部分4a。附接到灌装管引导件8的上端的是灌装管阀9和柔性软管10。灌装管11也从灌装管阀9延伸。
与第一支撑件6相邻的是容纳灌装气缸13的第二支撑件12，灌装气缸13包括灌装活塞14(具有灌装活塞轴14a)和入口阀15。入口阀15适于接收饮料入口装置16。
在图1中示出了灌装循环的开始。在该第一起始位置，灌装活塞14位于邻近入口阀15的“上”位置。
为了用碳酸饮料灌装瓶子，瓶子17位于瓶支撑件3之上，如图2所示。这通过下列步骤达成：向下推动弹簧承载的瓶支撑件3，将瓶子17放置在支撑件上，然后释放瓶子17，使得瓶子17的顶部处的开口由瓶定位器7定位和固定。瓶定位器7适于确保定位器7与瓶子17的开口之间的紧密配合。
饮料入口装置16固定到饮料源，例如罐或小桶(未示出)。一旦瓶子17就位，就打开例如可以是三通阀的入口阀15。这使得来自罐或小桶的碳酸饮料在第一受控压力下被推入灌装气缸13中。这将灌装活塞14向下推动，直到其与可调节灌装器止动件5接合，如图2所示。使用压力调节器(未示出)排放或排出灌装气缸中的空气。然后关闭三通入口阀15，保持罐或小桶的内容物处于压力下，同时灌装活塞14中的饮料被隔离，因此不再处于压力下。
可以通过调节可调节灌装器止动件5的位置来调节进入灌装气缸13的饮料的体积。
在图2所示的循环中的该点处，装料阶段完成，并且瓶子17准备好被灌装。灌装阶段可以通过激活启动按钮18或通过其他合适的自动激活装置来开始。
在激活时，灌装管11向下移动到瓶子17中，如图3所示。灌装管11刚好停在瓶子17的底部上方，留下足够的空间用于打开位于灌装管11底部的灌装管阀9。在图4中示出灌装管阀19的打开和关闭位置。
(通过未示出的压力调节器)施加在灌装活塞14的空气压力侧的第二受控空气压力和灌装管阀19的打开，导致灌装活塞14被向上推动，使得位于灌装气缸13中的饮料通过入口阀15移动到柔性软管10中，并且经由灌装阀9和灌装管11向下进入瓶子17。
如图3所示，灌装机1还设置有与灌装活塞14连接的灌装管提升器20。在所示的实施方式中，灌装管提升器20是气动气缸。当按下启动按钮18时，该气缸在压力下缩回，以使灌装管11向下移动。然而，一旦下降，空气压力从气动气缸移除。气动气缸然后自由地独立移动，因此灌装管提升器20可以提升灌装管11。一旦灌装完成，空气压力可以被重新引入，使得气动气缸可以延伸以从瓶子17中移除灌装管11。
当灌装活塞14向上移动时，经由柔性软管10将饮料推入瓶子17中，灌装管提升器20向上移动预定距离B(见图3)，直到其接触到灌装管引导件8的底部。该位置如图5所示。
在该点，瓶子17部分地灌装有饮料，并且灌装管11的下端和灌装管密封件19位于饮料内。
当灌装活塞14继续沿向上方向移动时，灌装管提升器20开始使灌装管引导件8沿着相同的向上方向向上移动，如图6所示。这种移动使得灌装管11在相同方向上向上提升。
因为灌装管11离开瓶子17的运动与灌装活塞14的运动相关联，所以包括灌装管密封件19的灌装管11的外端或下端将总是保持在瓶子17的饮料中。如图6所示，例如，灌装活塞14向上回到最上面的起始位置。来自灌装气缸的所有饮料已经被转移到瓶子17中，瓶子17现在已经装满。灌装管11的下端或外端保持在饮料中。
因此，应当理解，当灌装活塞14沿向上的方向移动时，灌装气缸13将其内容物排空到瓶子17中。同时，一旦灌装活塞14行进了预定距离B，瓶子17将会被部分灌装，并且在该点处，灌装管11可开始向上移出瓶子17。然而，在所有时间，灌装管11的下端和灌装管密封件19位于饮料内。
还应当理解，灌装气缸相对于瓶子的直径应该大致相同，因此提升和灌装之间的关系保持相同。
现在参见图7，一旦灌装阶段完成，灌装管阀9被关闭，然后灌装管11被完全向上提升，使得装满的瓶子17可以从灌装机1移除并被封盖。然后可以将另一个瓶子放置在灌装机1中以开始另一个灌装循环。
在本发明的第一方面中，在灌装阶段中施加的第二受控压力低于在装料阶段中的第一受控压力。这是为了确保饮料离开灌装管时的压力不会太高，如果太高可能引起突然的过量泡沫。该压力将取决于饮料的碳酸化量。
在使用附图的图1至7所示的灌装机的一个实验中，可以在大约5至6秒内灌装750ml的瓶子。
本发明的第二方面提供一种灌装机，其适用于包括高碳酸饮料的碳酸饮料。
下面参照附图的图8至19详细描述本发明的第二方面的灌装机，但是所述灌装机包括以下一般特征。
将被灌装的瓶子加压并保持在压力下，直到其到达封盖机。该压力可以等于或高于碳酸化压力。这样做的原因在于，当灌装管阀打开并且三通入口阀和排气阀关闭时，瓶子中的压力阻止任何饮料从灌装管出来，直到排气阀允许。
本发明的第二方面的灌装机包括允许从瓶子内可变地释放压力的排气阀。这允许控制饮料流入瓶子中，使得灌装速度可以开始较慢，随着瓶子灌装而加速。这可以管理在灌装开始时产生多少泡沫。灌装可以缓慢地开始，然后随着灌装管更多地浸入饮料中而越来越快，导致更快的灌装。
本发明的第二方面的灌装机还包括具有多于一个腔室或空腔的顶部密封件，其被设计成允许瓶子通过灌装机传送到封盖机而不损失压力。还提供瓶密封件，其允许瓶子围绕颈部密封而不是在顶部密封。围绕瓶子颈部的密封在瓶子顶部下方提供了空腔，因此在封盖期间，封盖机可以移动到该空腔中。
本发明的第二方面的灌装机还包括防止或基本上减少空气滞留的三通入口阀。
此外，本发明的第二方面的灌装机允许恰好在封盖之前的压力的控制释放，从而以受控的方式“在泡沫上”封盖。这允许控制泡沫损失，以允许准确的灌装体积。
根据本发明的第二方面的灌装机在图8-19中示出。
本发明的该方面的灌装机21以与上述本发明的第一方面的灌装机1类似的方式操作。然而，在本发明的这个方面，在装料和灌装阶段期间保持相同或更高的压力，并且灌装阶段包括另外的方面。
如图8a所示，灌装机21包括旋转星形轮组件，其包括旋转瓶密封保持件22、星形轮23、瓶引导件24、手动盖插入器25、手动棘轮柄26、瓶支撑件27和棘轮28。还设置有三通入口阀29、柔性软管30、灌装管组件31和封盖机组件32。
在图9和10中更详细地示出了旋转星形轮组件。图9还示出了封盖气缸33、灌装管压盖阀34和瓶子35，而图10还示出了顶部密封件36。
现在描述使用本发明的灌装机21灌装瓶子。
根据本发明这一方面的灌装操作的装料阶段与上述本发明第一方面的灌装机1的装料阶段相同。
灌装阶段具有与本发明第一方面的灌装阶段所描述的特征相关的一些特征，并且包括以下步骤：
引入步骤，在此期间将瓶子35引入灌装机21；
可选的抽空和气体注入步骤；
灌装步骤；
排气和封盖步骤；和
移除步骤，在此期间将瓶子35从灌装机21移除。
引入步骤
通过首先将瓶子35定位到星形轮23的瓶子位置切口凹部23a中(见图9c)来开始灌装阶段。瓶子35位于支撑件27上，瓶子35的颈部向上位于瓶密封件37中，如图11所示。该瓶子放置通过瓶密封件37完全密封瓶子内部的空气，其中顶部密封件36(其可以是弹簧承载的)将瓶子35的顶部密封到密封板39(在图10和11中最佳地示出)。
瓶子35围绕顶部密封，但是足够低以允许封盖。
可选的抽空步骤
然后使用柄26沿顺时针方向将瓶子35转位一次。在这一点，瓶子35可以使用真空泵或其它类似装置(未示出)可选地抽真空，然后可选地充入无氧气体。
灌装步骤
然后，使用柄26将瓶子35第二次转位到灌装位置。当瓶子35被转位到灌装位置时，其启动设置在瓶引导件24上的杆或开关38，其在图12中更详细地示出。该动作启动阀(未示出)，该阀开始灌装循环。
灌装管40开始下降，灌装管阀41被启动。在图13中更详细地示出了灌装管40。
在灌装管阀41激活时，加压气体(优选二氧化碳)对瓶子35加压。加压气体可以使用气体调节器(未示出)来提供。优选地，瓶子中的压力为至少与灌装气缸装料压力相同的压力，但是在一些情况下该压力也可以更高。
一旦灌装管40完全落入瓶子35内，其启动阀或开关(未示出)并且开始灌装过程。在这一点，灌装管密封件42打开，但是此时没有饮料离开灌装管40。
在这一点处，三通入口阀29(在图14中更详细地示出并在下面更详细地描述)关闭，灌装活塞气缸43用碳酸饮料完全充满。
现在激活排气阀45的排气阀气缸44，并且排气阀气缸44开始缓慢地缩回。排气阀气缸44的速度由流量限制器(未示出)控制。
在图15和16中更详细地示出了排气阀45。当排气阀气缸44缩回时，其移动排气阀阀芯46，使得阀45中的第一小排气孔47暴露出来。这使得留在瓶子35中的加压气体开始缓慢地排出。这又使得灌装活塞气缸43的活塞(未示出)开始缓慢地将碳酸饮料推入瓶子35中。灌装速度由通过排气阀45的气体的这种缓慢排出来控制。
当排气阀气缸44进一步缩回时，更多的排气孔47暴露在排气阀45中。每当另一排气孔47暴露时，灌装变得更快。排气孔的尺寸和数量决定了灌装速度。
如在本发明的第一方面中，灌装管40的提升和在饮料下的位置由灌装活塞的轴(未示出，但参见图5)控制。
一旦灌装活塞气缸43的活塞已经完成其完整行程并且灌装完成，则启动阀或开关(未示出)，然后图14所示的三通入口阀29继而被启动并开始打开。三通入口阀29的打开通过释放阀芯48上的空气和供应罐(未示出)中的饮料的压力来实现。
当打开时，通过限制空气离开三通入口阀29上的启动空气信号(未示出)控制阀芯48的速度。阀芯48在打开时减速，以在灌装气缸装料之前产生时间延迟。这是为了确保灌装气缸行进其全部距离并且还允许足够的时间使所有控制阀(未示出)正确地致动。可替代地，该时间延迟可以电子实现。
在三通入口阀29打开的同时，将气体(优选二氧化碳)注入充满的密封的瓶子35的顶部，并且灌装管40一直向上提升，使得其离开瓶子35。
灌装现已完成。
排气和封盖步骤
一旦瓶子35被灌装，灌装机21再次被转位到封盖机组件32周围，以允许瓶子35的排气和封盖。
如图17所示，封盖机组件32包括具有弹簧50的封盖机49、盖插入塞51和盖推进器52。
当瓶子35进入封盖位置时，其启动杆53(参见图12)。杆53又启动如图17所示的阀54或开关(未示出)。这将启动封盖循环。在转位发生之前，盖55已经位于封盖机49下方的位置。
星形轮23转位，封盖机49下降并给瓶子35加盖。然后，封盖机49向上返回。在这个阶段，可以启动手动盖插入器25(参见图8a)。盖55之前已经放置在盖推动器52的顶部上，并且当手动盖插入器25被拉回时，盖55从顶部掉落到滑槽中，然后被推动到封盖机49下面。在下一转位之前，另一盖55被放置在盖推动器52上。
瓶子35的排气是封盖步骤的一部分。需要排气以减少或消除在灌装后保留在瓶子35的顶部中的少量空气或气体。
一种方法是使瓶子35充分放气，使得碳酸饮料起泡，并且瓶子35可以“在泡沫上”封盖。当正确完成时，这可以最小化瓶子中的任何残留的氧气。
在一个实施方式中，在瓶密封件37上方设置空腔56，以允许封盖机49向下足够远以将盖55放置在瓶子35上。当加压的灌装的瓶子35进入封盖位置，空腔56与封盖机49中的空腔一起允许瓶子35中的压力下降。这有助于引起少量的发泡，其允许在泡沫上加盖。如果需要，可以在封盖期间或之前，进一步释放气体来产生更多的起泡。
另一种方法是在瓶子35中仅排出少量的加压气体，然后在其仍处于压力下时封盖。为此，需要控制封盖机49的头部周围的公差和密封。
当瓶子35移动到位时，瓶子35中的空气或气体可以在封盖机头部周围泄漏。可以通过封盖机49的头部和顶部密封板39周围的公差来控制气体的量。也可以通过完全密封封盖机49的头部并使用针阀将气体排放到大气中来控制。
可选地，泡沫和气体泄漏的量也可以通过封盖机49下降的速度来控制。封盖机49的速度可以用标准气动流量控制器(未示出)控制。封盖可以快速完成，例如在不到一秒钟内。
尽管在附图中示出了冠状盖，但是本发明的灌装机可以适于允许使用其它类型的盖，例如螺旋盖。
移除步骤
一旦瓶子35已经排气和封盖，进行最后一次转位，使得其可以从灌装机21移除。
灌装机的其他细节
在图18a中更详细地示出顶部密封件36。当密封件36越过顶部密封板39(也参见图10)中的孔58时，第一空腔57适于保持瓶子中的压力。
从图18b可以看出，当密封板39中的孔58和旋转瓶密封保持件22中的孔59交叉时，会存在一段时间，在这段时间来自瓶子35的气体可以逸出。由孔58和59的任一侧上的密封件36产生的非常小的空腔60捕获任何逸出的气体并阻止任何进一步的泄漏。相同的原理适用于空腔56(图17)。
在一个优选实施方式中，密封件36仅具有距离密封板39和旋转瓶密封保持件22约0.3mm的间隙。残留在空腔60中的气体体积非常小。
图13示出了根据本发明的第二方面的灌装管40。灌装管阀盖41包括空腔61，在一个实施方式中，空腔61可以加工成正方形以容纳正方形顶部活塞62。阀盖41可以是正方形加工的，以阻止活塞62旋转，使得阀杆和灌装管密封件42可以从底部拧出。在使用中，活塞62向下足够远，使得进入瓶子中的饮料取得用其收集的任何气体(例如，管中的气泡)。
图14示出了位于灌装活塞气缸43上方的三通入口阀29。三通入口阀29包括空气信号通道63、阀芯48、到灌装气缸43的入口64、饮料入口65和到灌装管40的出口66。
当来自供应罐的加压饮料连接到入口65时，三通入口阀29打开。阀29通常是打开的。一旦灌装管活塞62一直向下并且灌装活塞气缸43被完全装料，三通入口阀29就被激活并关闭，例如通过将高压空气穿过空气信号通道63喷射到阀芯48的端部中(参见图14b)。
为了打开三通入口阀29，高压空气被缓慢地排出，并且来自供应罐中的加压的碳酸饮料的压力移动阀芯48。阀芯48的速度由穿过通道63的致动空气管线中的流量限制器(未示出)控制。三通入口阀29设计成使得阀芯48需要在三通入口阀29启动之前行进短距离，以允许任何饮料流入灌装气缸43和灌装管40中。这种动作产生短的时间延迟，这允许灌装气缸43的活塞完成其完整冲程。该时间延迟还允许顺序控制阀(未示出)操作。
三通入口阀29的设计确保其不能在其任何内部腔室中捕获任何气泡。因为饮料被传送压力推动，所以饮料同时灌装软管30和灌装气缸43。一旦软管30充满，饮料流继续，直到其装满灌装气缸43。
图15和图16示出了排气阀45。该阀控制到瓶子35中的灌装。如果瓶子35被施加与灌装活塞气缸43的活塞灌装器的背侧上的压力相同的压力，则当灌装管阀41打开，则饮料不会移动到瓶子35中。
控制排气阀气缸44缓慢打开。当阀芯46向上移动时，其露出第一孔47并允许来自瓶子35的少量气体逸出，使得瓶子35开始缓慢地灌装。当阀芯46向上移动时，它暴露出越来越多的孔47，因此灌装变得越来越快，直到瓶子35充满。一旦瓶子装满，通气阀45关闭，随着灌装管40的抽出，更多的二氧化碳通过灌装管压盖阀34注入回瓶子35中。
图19示出了灌装管压盖阀34。灌装管压盖阀34包括阀芯67、具有气体通道(例如气体通道69)的灌装管引导件68、灌装管密封件42、弹簧70、到排气阀45的出口71和二氧化碳入口72。
灌装管压盖阀34在被激活时将气体(通常为二氧化碳)引导到瓶子35中，以在灌装之前对其加压。当停用时，气体被发送到排气阀45。瓶子35中的气体现在通过灌装管压盖阀34并到达排气阀45。
在一个实施方式中，附图的图8至19所示的灌装机允许在约3至6秒内灌装750ml的瓶子。
在一个优选实施方式中，本发明的灌装机不需要电力来操作。它可以在压缩空气和/或二氧化碳上操作。
然而，应当理解，本发明的灌装机可以更大规模生产，并且对于其他商业应用是自动化的。根据本发明的大规模的机器可以包括有助于促进灌装过程的输送机。
本发明的第三方面提供一种手动灌装器。这种手动灌装器可以以类似于传统上称为“啤酒发动机”的手动操作灌装器的方式使用。
目前可用的啤酒分配龙头需要提供有低压(通常为每平方英寸约4至5磅)啤酒。这样的问题是，如果高度碳酸化的啤酒在这个低压下保持太久，啤酒将失去一些碳酸化。
本发明的手动灌装器消除或至少减少了这个问题，因为更高压力的啤酒进入灌装气缸，然后更换端口阀以进行灌装。这隔离了来自罐的压力，因此一旦玻璃杯或一瓶子的灌装开始，灌装的压力由灌装杆的力控制。
这种布置的优点是罐或小桶中的碳酸化不随时间减少，并且不需要在使用期间对罐或小桶进行再装料。
在图20所示的本发明的实施方式中，手动灌装器73包括灌装管74，灌装管74在其外端或下端具有灌装管阀75。手动灌装器73还包括具有灌装活塞77的灌装气缸76和经由阀79将灌装气缸76连接到灌装管74的出口管78。阀79适于连接到(在图20b中的80处)碳酸饮料的来源，例如储存在罐或小桶(未示出)中的啤酒。
灌装活塞77包括灌装气缸柱塞81，其连接到灌装柄82。
在使用中，阀79打开，使得来自小桶或罐的碳酸饮料在压力下流入灌装气缸76中。这沿箭头C所示的方向推动灌装活塞77。然后关闭阀79，确保保持小桶或罐中的压力，并且灌装气缸76和灌装管74中的碳酸饮料被隔离。由于灌装管阀75也仍处于关闭位置，系统的其余部分中的压力也被保持。然后，灌装管74位于玻璃杯或瓶子(未示出)中。
灌装管阀75被打开，然后灌装柄82可以通过沿如箭头D所示的向外和向下方向移动它来启动。这种运动使灌装气缸柱塞81沿箭头E的方向移动，从而使灌装气缸76中的饮料经由出口管78和灌装管74流入瓶子中，以灌装玻璃杯或瓶子。
本发明的第四方面提供一种灌装机，其类似于本发明第二方面提供的灌装机，但是瓶子保持静止，并且封盖机组件使用线性侧向运动来操作。
图21中示出了本发明的这个方面的灌装机83。在使用中，瓶子35被放置在瓶密封保持件84中的灌装位置。
瓶子35由瓶支撑件85支撑，瓶支撑件85适于沿图21b所示的方向F侧向移动。这是必需的，因此在瓶子密封保持件84下方具有足够的空间，用于将瓶子35向上放置到瓶密封件86中。然后将瓶子支承件85滑回到位，使得其可以支承瓶子35。
在灌装之前，使用柄88移动滑动封盖机组件87，打开与瓶子35成直线的灌装孔89。滑动封盖机组件87的该位置在图21c的详细视图B中示出。
当灌装开始时，灌装管90向下通过灌装头部91并灌装瓶子35。灌装过程基本上与上面对于本发明的第二方面所述的过程相同。
在进行灌装时，可以将盖92手动地(或自动地)放入封盖机93中。一旦瓶子35被灌装，则可以移动滑动封盖组件87，使得盖92现在位于瓶子35的顶部上方以及封盖推动器94的下方。然后可以进行封盖。
这一切都在保持瓶子35中的气体压力的同时完成。
在本发明的该方面中，滑动封盖机组件87的密封通过使用密封件95实现，该密封件95应用与上述顶部密封件36相同的原理，在灌装和封盖孔过渡期间产生气体截留,。本发明第四方面的灌装机83需要这些密封件中的两个，一个位于滑动封盖机头部组件87的顶部，一个位于滑动封盖头部组件87的底部。该系统允许保持瓶子35中的压力。
封盖机93可以在封盖之前排气以允许“在泡沫上封盖”。
从上面的描述可以理解，本发明提供了允许有效和/或精确地灌装诸如瓶子的容器的灌装机和方法。
本说明书中使用的术语“包括”意味着“至少部分地由...构成”，也就是说当解释本说明书中包括该术语的语句时，在每个语句中由该术语开始的特征都需要存在，但是也可以存在其他特征。
已经详细描述了本发明及其实施方式。然而，本发明的范围不限于说明书中描述的实施方式。在不脱离本发明的范围或基本特征的情况下，可以对所公开的实施方式进行修改和变化。

Claims (21)

1.一种灌装机，包括装料装置和灌装装置，其中：
所述装料装置包括设置有至少一个阀装置的至少一个入口装置、适于容纳液体的至少一个灌装气缸、至少一个灌装活塞和至少一个压力调节装置，所述灌装装置包括至少一个灌装管提升装置；以及
这样布置，使得所述至少一个压力调节装置允许液体在压力下被推入所述至少一个灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的所述灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保将所述至少一个灌装气缸中的液体保持在压力下。
2.根据权利要求1所述的灌装机，其中，布置使得，所述至少一个压力调节装置允许所述至少一个灌装气缸中的液体在第二受控压力下从所述至少一个灌装气缸移动到所述灌装装置。
3.根据权利要求1所述的灌装机，其中，所述灌装装置包括至少一个阀装置、至少一个传送装置和至少一个灌装管，所述至少一个灌装管在其外端处包括密封件。
4.根据权利要求3所述的灌装机，其中，所述至少一个传送装置包括软管或管道。
5.根据权利要求1所述的灌装机，其中，布置使得所述至少一个灌装管提升装置通过所述至少一个灌装活塞的移动来致动。
6.根据权利要求1所述的灌装机，其包括连接到所述至少一个灌装管提升装置的可调节止动件，其中布置使得在灌装容器期间所述至少一个灌装管的外端适于保持在流入容器的液体之中。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的灌装机，其中，所述灌装机还包括至少一个可调节的灌装活塞止动装置。
8.一种灌装容器的方法，所述方法包括以下步骤：为灌装机装料以及从装料好的灌装机灌装容器，
所述装料包括在压力下将液体推入所述灌装机的灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保所述气缸中的液体保持在压力下，
所述灌装包括在第二受控压力下将液体从所述灌装气缸移动到所述灌装机的灌装装置，
打开阀装置，以允许液体离开灌装机的灌装阀进入容器中，以及
在灌装容器期间保持灌装阀的外端处于流入所述容器的液体之中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，一旦所述灌装气缸完成灌装，关闭所述灌装机的入口装置，并且隔离所述液体。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述装料和对灌装气缸的提升的控制使得所述容器灌装有预定体积的液体。
11.一种灌装机，包括装料装置和灌装装置，其中：所述装料装置包括设置有至少一个阀装置的至少一个入口装置、适于容纳液体的至少一个灌装气缸、至少一个灌装活塞和至少一个压力调节装置，并且所述灌装装置包括容器定位和保持装置、至少一个排气阀和至少一个第一密封装置，
其中布置成使得，
所述至少一个压力调节装置允许液体在压力下被推入所述至少一个灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的所述灌装活塞的另一侧上保持第一受控压力，以确保所述至少一个灌装气缸中的液体保持在受控压力下，
所述至少一个排气阀使得来自正被灌装的容器的压力可变地释放，以控制所述容器被灌装的速度，以及
所述至少一个第一密封装置和所述至少一个入口装置有助于将所述压力维持在至少所述受控压力，直到正被灌装的所述容器被封盖。
12.根据权利要求11所述的灌装机，其中所述容器定位和保持装置是旋转星形轮组件。
13.根据权利要求11所述的灌装机，其中，所述容器定位和保持装置包括至少一个第一密封装置、第二密封装置、密封保持件和密封板。
14.根据权利要求13所述的灌装机，其中，所述至少一个第一密封装置适于在其所具有的孔或开口部分地或完全地对准时在所述密封保持件和所述密封板之间产生并保持密封。
15.根据权利要求14所述的灌装机，其中所述密封保持件和密封板之间产生的密封件包括一个或多个空腔，所述空腔适用于捕获从待灌装或封盖的容器中逸出的气体。
16.根据权利要求11所述的灌装机，其中所述至少一个排气阀包括阀芯、气缸和至少一个排气孔或开口。
17.根据权利要求16所述的灌装机，其中，所述至少一个排气阀的布置使得在使用中，所述气缸的缩回会移动所述阀芯以暴露出一个或多个所述排气孔或开口。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的灌装机，其中，所述至少一个入口装置是三通入口阀。
19.根据权利要求18所述的灌装机，其中，所述三通入口阀包括阀芯、液体入口、液体出口和到灌装装置的出口。
20.根据权利要求19所述的灌装机，其中，所述三通入口阀的布置使得在使用中，所述三通入口阀打开，并且一旦所述灌装装置充满液体就致动以关闭。
21.一种灌装容器的方法，所述方法包括以下步骤：为灌装机装料并从装料好的灌装机灌装容器，
所述装料包括在压力下将液体推入所述灌装机的灌装气缸中，同时在离开包含液体一侧的灌装活塞的另一侧上保持受控压力，以确保所述气缸中的液体保持在压力下，以及
所述灌装包括在所述受控压力下通过所述灌装机的灌装装置将所述液体从所述灌装气缸移动到所述容器中，
其中，当灌装所述容器时，由至少一个排气阀控制来自所述容器的压力的可变释放，由此控制灌装所述容器的速度，
保持所述受控压力，直到通过至少一个第一密封装置和至少一个入口装置对被灌装的所述容器封盖，以及
在灌装容器期间，灌装管的外端处于流入容器的液体之中。
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