CN107223058A - 用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的装置 - Google Patents

用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的装置(10)和方法，该装置包括用于在清洁和消毒时关闭灌装阀的灌装产品流出口的帽(20)，其中该帽(20)具有用于在消毒时排出消毒介质的通道(22)和用于打开和关闭该通道(22)的阀门(30)，其中该阀门(30)包括用于在给定温度下在打开和关闭位置之间切换该阀门(30)的形状记忆材料。

Description

用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的 灌装阀的装置
技术领域
本发明涉及一种用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的装置和方法，该装置包括用于在清洁和消毒时关闭灌装阀的灌装产品流出口的帽，其中该帽具有用于在消毒时排出消毒介质的通道。
背景技术
由于清洁和消毒阶段，饮料灌装设备灌装器的灌装运行会定期中断。为了保证周期性的清洁和消毒-比如每16小时-进行此操作。此外可以在产品更换时实施该清洁和消毒操作，以准备后续产品的生产过程。
已知的是，为了清洁灌装阀门，将产品流出口用冲洗帽关闭，以用循环引导的清洁介质可靠地冲洗灌装阀与产品接触的部分。该冲洗帽完全闭合该产品流出口，由此清洁介质不会流失或者损害周边环境。
在消毒运行中也在产品流出口前面设置有帽，以能够利用循环引导的饱和蒸汽来进行消毒。这里，在灌装器的内部会形成冷凝液，由此，在灌装器的最低点设置排出口是必要的，冷凝液能够通过该排出口排出。此外，为了保持蒸汽温度而规定，一部分蒸汽通过该排出口逸出并且因而通过灌装器内部实现了新鲜蒸汽的持续运输。通常该排出口设定为蒸发帽中的钻孔的形式，该蒸发帽在消毒运行过程中闭合产品流出口。
相应地，通常为清洁运行和消毒运行设置两种不同的帽，即用于清洁运行的闭合的冲洗帽和用于消毒运行的带有钻孔的蒸发帽。相应地须在灌装器中设定足够的建造空间用于两种帽的准备。此外，每个帽都需要自己的转动装置，利用该转动装置帽能够安置在灌装阀的下面。另外，在清洁运行和消毒运行之间帽的切换促使了灌装器的运行终止时间的延长。
发明内容
从已知现有技术出发本发明的目的在于提供一种用于饮料灌装设备灌装阀的清洁和消毒的改善的装置和改善的方法，该灌装阀用于将罐装产品填充到容器中。
该目的利用具有权利要求1的特征的装置来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。
相应地给出用于饮料灌装设备灌装阀(该灌装阀用于将罐装产品填充到容器中)清洁和消毒的装置，该装置包括用于在清洁和消毒过程中关闭灌装阀灌装产品流出口的帽，其中该帽具有用于在消毒时排出消毒介质的通道和用于打开和关闭该通道的阀门。根据本发明，该阀门包括形状记忆材料，优选形状记忆合金，用于将该阀门在设定温度下在打开和关闭位置进行切换。
由此可能的是，利用同一个帽实施该灌装阀的清洁和消毒。在清洁运行过程中用清洁介质比如水，碱液，酸和类似物质冲洗灌装阀。这里，安置在灌装阀上的帽能够阻止清洁介质离开清洁循环，在该清洁循环中灌装器所有与产品接触的部件都会得到彻底冲洗，尤其是灌装部件。帽中的通道在清洁运行中产生会导致与灌装产品残留混合的清洁介质从帽中流出并污染周围的设备区域。
在消毒运行过程中，消毒介质，比如以饱和蒸汽的形式，流动通过该灌装部件，尤其是灌装阀，在此过程中需要帽中的通道，该通道使得消毒时在灌装部件中产生的冷凝液的排出成为可能。此外能够借助于相应的传感器通过消毒介质从通道中的部分排出来控制消毒过程。
由于能够提供可切换的通道，给出的帽既适用于清洁运行也适用于消毒运行。因为仅仅需要一个帽，能够节省材料和建造空间。此外，在清洁运行和消毒运行之间不再需要帽的切换，由此缩短了进行灌装阀清洁和消毒所需要的时间。
该阀门基于形状记忆材料能够根据设定的温度进行切换，由此不再需要通过人工介入或者通过控制的执行器来主动切换阀门。
形状记忆合金形式的形状记忆材料能够与温度无关地具有两个不同的晶体结构。相应地，形状记忆合金的形状能够通过选择温度来改变。由于所谓的双程效应，形状记忆合金能够在第一温度下具有第一形状，在第二温度下具有第二形状并由此能够用作热控执行器。
在给出的装置中，形状记忆材料与温度相关地从第一形状变换为第二形状以及反过来使得阀门在打开和关闭位置之间切换。比如能够如此设置该形状记忆材料，即其在出现在清洁运行时的温度范围内将阀门保持在关闭位置，而在出现在消毒运行过程中的温度范围内将阀门保持在打开位置。
这里优选如此设置该形状记忆材料，即该形状记忆材料由第一形状到第二形状的过渡发生在位于清洁运行温度范围和消毒运行温度范围之间的温度范围内。由此能够保证，在清洁运行和消毒运行各个相应的温度范围内即使温度发生波动，该形状记忆合金的形状也不反生改变并且由此保持了想要的阀门位置。
此外能够基于利用用于在打开和关闭位置切换阀门的双程效应而不再使用对于阀门的电气控制。相应地不再需要电导线连接或者引入其它将该阀门与控制/调节单元连接的工作媒介。另外，不再需要直接的能源供应来将阀门在打开和关闭位置进行切换。这有利地影响了运行成本和装置以及尤其是阀门的可靠性。
在一个优选的实施方式中，该阀门包括用于打开和关闭该阀门的调整原件，其中该调整元件包括形状记忆材料。通过用形状记忆材料构建该调整元件，该调整元件具有温度相关执行器的特征。该调整元件能够根据双程效应“回忆起”两种形状，由此其能够在设定的较高的或者设定的较低的温度下具有不同的形状。这里该形状记忆材料赋予了该调整元件下列特性，即其在第一形状中关闭该阀门而在第二形状中将该阀门保持在打开状态。
因为灌装阀的清洁在较低温度下以灌装阀的消毒的形式进行，有利的是，如此构架该装置，即该调整阀门在设定的较低的温度下关闭该阀门并且使该阀门在设定的较高温度下能够进入打开位置。由此保证了在进行清洁时帽的通道关闭，由此清洁介质不会从帽中流出而且在进行消毒时帽的通道打开，由此在灌装阀蒸汽消毒时产生的冷凝液能够通过该通道引流。
在一个有利的扩展方案中，该阀门包括关闭件和阀门座，其中该关闭件在关闭的阀门位置中密封安置在该阀门座中并且在打开位置中由阀门座中提起，其中该用于切换阀门的调整元件能够与该关闭件接触。
相应地能够通过该调整元件实现该关闭件与该阀门座的相对运动。比如能够将该关闭件通过改变调整元件的长度来安置在阀门座中或者与阀门座分离。这样该调整元件实现了关闭件在用于灌装阀清洁的设定的温度下安置在阀门座中并且该关闭件在用于灌装阀消毒的温度下与阀门座分离或者不安置在该阀门座中。
在另一个优选的实施方式中，该调整元件是一个弹簧，优选是由形状记忆材料制成的螺旋弹簧。
由此在设定的第一温度下能够将关闭件密封地压入阀门座中，由此帽的通道被关闭并且能够实施灌装阀的清洁。弹簧能够如此设置，即该弹簧由于形状记忆材料的双程效应在设定的第二温度下具有缩短的形状。如果该弹簧具有缩短的形状，那么该关闭件就不再被压入阀门座，由此该阀门位于打开位置。由此该帽的通道处于打开位置，由此能够实施灌装阀的消毒。
在另一个优选的实施方式中设置有摆动装置或者摆动-提升装置，利用该装置帽能够定位在灌装阀的灌装产品流出口处。
相应地，该帽能够自动安置于用于实施灌装阀清洁和/或消毒的灌装阀灌装产品流出口上，而不需要手动介入。这里，该提升装置提供提升动作，通过该提升动作能够将帽放置在灌装阀的灌装产品流出口上或者与其分离。该提升设备也能够以气缸的形式来提供，该气缸能够通过施加或者移除压缩空气来实行提升动作，以将帽安置在灌装阀上。
此外，该装置能够具有摆动装置，通过该摆动装置能够将该帽摆动到灌装阀的灌装产品流出口下面，以接下来利用提升装置安置在灌装阀的灌装产品流出口处。
此外，该帽能够设置在提升圆盘上，该提升圆盘设置用于容纳和运送待灌装的容器。由此能够借助于提升圆盘的提升和摆动装置来将帽安置在灌装阀门上。
在一个优选的扩展方案中，该形状记忆材料包括形状记忆合金，如镍钛诺，镍-钛，镍-钛-铜，铜-锌，铜-锌-铝，铜-铝-镍，铁-镍-铝，铁-锰-硅和/或锌-金-铜。
这些合金能够以两种不同的晶体结构存在并且能够“回忆起”双程效应意义中的两种形状。相应地可能的是，利用这些合金构建形状记忆合金，利用这些形状记忆合金能够与温度相关地对阀门进行切换。
上述目的也可以通过具有权利要求7特征的方法解决。有利的设计方案在从属权利要求中给出。
相应地给出用于将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的清洁和消毒的方法，该方法包括根据上述方面的装置和下列步骤：将帽安置到灌装阀灌装产品流出口上、用第一温度在清洁运行中清洁灌装阀、用第二温度在消毒运行中消毒灌装阀，其中阀门在第二温度下切换至打开位置，和从灌装阀上取下该装置。
利用该方法能够达到上述有关该设备的优点。
在一个优选的扩展方案中，第一温度在灌装阀中并且尤其是在清洁过程中的该装置中产生的作用是该形状记忆材料保持阀门关闭。
由此可以保证，在出现于清洁运行中的温度下帽的通道保持关闭。这样可以防止清洁介质在进行清洁运行时从帽的通道中流出。第一温度可以比如低于85℃。
在另一个优选的扩展方案中，第二温度在灌装阀中并且尤其在清洁过程中的该装置中产生的作用是该形状记忆材料保持阀门打开。
由此可能的是，在灌装阀消毒期间，比如通过蒸汽消毒，能够将在灌装阀中形成的冷凝液通过帽的通道引出。第二温度比如可以大于105℃。
附图说明
优选的其它实施方案和本发明的各方面通过接下来的附图说明进一步解释。其中：
图1示出了用于灌装阀清洁和消毒的装置的剖面示意图，其中设置在通道中的调整元件将阀门保持在关闭位置，
图2示出了图1中的装置的剖面示意图，其中调整元件将阀门保持在打开位置。
图3示出了用于灌装阀清洁和消毒的另一个装置的剖面示意图，其中垂直于通道设置的调整元件将该阀门保持在打开位置，以及
图4示出了图3中的装置的剖面示意图，其中调整元件将阀门保持在打开位置。
具体实施方式
接下来借助于附图对优选实施例进行说明。这里将相同的，相似的或者具有同样作用的元件以相同的标记标出。为了避免冗余，在接下来的说明中会部分略去对这些元件的重复说明。
图1示出了装置10，利用该装置10能够将饮料灌装设备的灌装阀关闭以进行清洁和消毒。该装置10包括帽20，该帽安置于这里未示出的灌装阀的产品输出开口处以关闭此开口。帽20是圆柱形的并且在外周表面上部具有环密封26。该环密封26与灌装阀的输出开口的表面，尤其是与锥形孔的锥壁接触，以关闭该灌装阀。
帽20在其顶面27上具有钻孔24。这里该钻孔24的作用是无接触地在帽20内容纳灌装阀的元件，比如回气管的终端，以及使清洁介质在原位清洗(CIP)中改道。这里，在安装状态下灌装阀门的元件和钻孔24的表面之间有缝隙，该缝隙比如在清洁运行中实现了灌装阀元件的四周冲洗。钻孔24在这里与帽20的中心轴M同心地设置。
在钻孔24的底部与帽20的中心轴M同心地设置通道22，该通道延伸至帽20的底面。在该通道22内部设置有阀门30，利用该阀门来打开或者关闭通道22，以在装置10的清洁运行和消毒运行之间切换。
阀门30具有阀门座36，关闭件34以不锈钢球的形式容纳在该阀门座中。这种状态下通道22是关闭的，这样装置10处于清洁位置。通过调整元件32将关闭件34预张紧到阀门座36上。该调整元件32构建为弹簧的形式，该弹簧以螺旋形与该装置10的中心轴M同心地延伸。在该通道22的下部设置有保险环38，该调整元件32支承在该保险环上。
该调整元件32由形状记忆合金形式的形状记忆材料制成，该合金包含镍和钛，比如镍钛诺。相应地该调整元件32能够与温度相关地改变其形状，尤其是其长度。这里该调整元件32具有下列特性，即其在清洁运行时的温度下具有图1所示的形状，通过该形状关闭件34预张紧在阀门座36上。相应地，阀门30由于清洁运行时的温度而关闭。比如可以这样设计清洁运行，即温度不超过80℃。相应地，该调整元件32的形状记忆合金具有下列特性，即图1所示的形状直到80℃的温度都不发生变化。作为替代，该形状记忆合金也可以具有下列特性，即该调整元件32直到温度小于或者大于80℃之前都保持第一形状。
此外，该调整元件32的形状记忆合金具有以下特征，即其在消毒运行中的温度下具有图2所示的形状。在图2所示的装置10中，该调整元件32或者该弹簧变短，因为该形状记忆合金在在消毒运行的温度下具有另外的晶体结构。调整元件32图2所示的形状从消毒温度105℃时开始出现。作为替代，调整元件32的第二形状也可以在更好或者更低的温度出现。通过图2所示的缩短的调整元件32，关闭件34与阀门座36脱离，由此阀门30处于打开状态。相应地，通道22通过帽20打开，由此在消毒运行过程中产生于灌装阀中的冷凝液能够通过通道22流出。这里，冷凝液的体积流量在通道22的内周表面和关闭件34之间流过，通过调整元件32，通过保险环38并最后总由位于帽20底面28的开孔29流出。
如果在消毒运行结束后重新冷却该装置10以及尤其调整元件32，调整元件32重新回到图1所示的形状，通过该形状关闭件34预张紧到阀门座36上。
帽20由不锈钢制成。作为替代，帽20可以由塑料制成。
图3示出了装置10，该装置与图1和图2示出的设备10的区别在于：调整元件32没有设置在通道22中。在图3示出的装置中，通道22从钻孔24的底部与该装置10的中心轴M同心地延伸至帽20的底面28。帽20具有钻孔23，该钻孔垂直于通道22延伸并与其相交。该钻孔23在一端具有阀门座36。在钻孔23中设置有关闭件34。在图3示出的装置10中关闭件34位于阀门座36中。这里关闭件34关闭与钻孔23垂直延伸的通道22，由此该装置10处于清洁位置。关闭件34由调整元件32预张紧在阀门座36上。调整元件32支承在销子39上，该销子容纳在钻孔23中。调整元件32构建为弹簧形式，其两端固定在关闭件34以及销子39上。图3所示的调整元件32由形状记忆合金制成，该记忆合金包含镍，钛和铜。调整元件32在灌装阀的清洁运行中具有图3所示的调整元件32的形状。
在消毒运行中调整元件32具有图4所示形状。调整元件32图4所示形状与调整元件32图3所示形状相比缩短。在阀门30图4所示位置中关闭件34没有容纳在阀门座36中。由此帽20的通道22打开，由此在消毒运行过程中形成在灌装阀中的冷凝液能够通过通道22流出。
如果在消毒运行结束后温度降低，调整元件32中的形状记忆合金会产生以下效果，即该调整元件重新回到图3所示的形状。相应地，构建为弹簧形式的调整元件将关闭件34推回到阀门座36中，由此阀门30关闭。
只要能够应用，所有在各个实施例中展示的特征都能够互相组合和/或替换，而不超出本发明的范围。
附图标记说明
10 装置
20 帽
22 通道
23 钻孔
24 突起
26 环密封
27 顶面
28 底面
29 开口
30 阀门
32 调整元件
34 关闭件
36 阀门座
38 保险环
39 销子
M 中心轴

Claims (9)

1.一种用于清洁和消毒将灌装产品灌装到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的装置(10)，包括用于在清洁和消毒时关闭灌装阀的灌装产品流出口的帽(20)，其中该帽(20)具有用于在消毒时排出消毒介质的通道(22)以及用于打开和关闭该通道(22)的阀门(30)，
其特征在于，
所述阀门(30)包含在设定温度下在打开和关闭位置之间切换所述阀门(30)的形状记忆材料。
2.根据权利要求1所述装置(10)，其特征在于，所述阀门(30)包括用于打开和关闭该阀门(30)的调整元件(32)，其中所述调整元件(32)包含所述形状记忆材料。
3.根据权利要求2所述装置(10)，其特征在于，所述阀门(30)包括关闭件(34)和阀门座(36)，其中该关闭件(34)在关闭的阀门位置中密封安置在该阀门座(36)中并且在打开位置中由阀门座(36)中提起，其中该用于切换阀门(30)的调整元件(32)能够与该关闭件(34)接触。
4.根据权利要求2至3所述装置(10)，其特征在于，所述调整元件(32)是由所述形状记忆材料制成的弹簧，优选为螺旋弹簧。
5.根据上述权利要求任意一项所述装置(10)，其特征在于，所述形状记忆材料包括形状记忆合金，如镍钛诺，镍-钛，镍-钛-铜，铜-锌，铜-锌-铝，铜-铝-镍，铁-镍-铝，铁-锰-硅和/或锌-金-铜。
6.根据上述权利要求任意一项所述装置(10)，其特征在于，设置有摆动装置或者摆动-提升装置，利用该装置所述帽(20)能够定位在灌装阀的灌装产品流出口处。
7.用于清洁和消毒用于将灌装产品填充到容器中的饮料灌装设备的灌装阀的方法，该方法包括根据权利要求1-6中任意一项所述的装置(10)和下列步骤：
将所述帽(20)安置到灌装阀灌装产品流出口上，
用第一温度在清洁运行中清洁灌装阀，
用第二温度在消毒运行中消毒灌装阀，其中所述阀门(30)在第二温度下切换至打开位置，
和从灌装阀上取下该装置(10)。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，第一温度在灌装阀中并且尤其是在清洁过程中的所述装置(10)中产生的作用是该形状记忆材料保持所述阀门(30)关闭。
9.根据权利要求7或8所述方法，其特征在于，第二温度在灌装阀中并且尤其是在清洁过程中的所述装置(10)中产生的作用是该形状记忆材料保持所述阀门(30)打开。
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