CN109890705B - 一种用于压力包装待加工容器的方法和装置以及相关的压力包装机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于压力包装待加工容器(2)的装置和方法，其中用一塞子(3)塞住所述容器(2)，所述装置(1)包括一盖子(4)，所述盖子(4)包括一针(15)、一流体注入装置(6)和一加热套管(19)，所述盖子(4)设计成以密封方式接合于所述塞子(3)上，所述针(15)能够移动以刺穿所述塞子(3)产生一孔(23)，所述套管(19)能够移动以通过熔化所述塞子(3)的材料来密封所述孔(23)，所述针(15)和套管(19)均布置成使得其各自的运动轴在塞子(3)中的某一个点处正切，所述套管(19)的一端(25)是凸出的。

Description

一种用于压力包装待加工容器的方法和装置以及相关的压力 包装机
技术领域
本发明涉及装瓶领域，尤其涉及一种用于压力包装待加工容器的方法和装置，该容器至少部分地填充有内容物，且通过布置在容器的顶部空间上方的塞子以紧密不透的方式塞住容器，还涉及一种相关的压力包装机。
背景技术
在下文中，内容物是指用于在冷链外销售的容器中的液体或半液体食品，例如酸性果汁，本发明意义上的容器是由聚合物材料制成的外壳，例如瓶子，该外壳设置有已知类型的塞子，用于在填充容器后通常通过螺丝接合地方式密封地封闭瓶子。
所述液体或半液体食品内容物对微生物生长很敏感，并且在缺乏病原生物体灭菌处理和或在氧气存在的情况下，感官品质会快速发生变化。
以已知的方式，在约90℃的高温下进行几秒钟的热处理，也称为巴氏瞬间灭菌，也适用于pH低于4.7的食品液体或半液体，例如果汁。在该已知方法中，在填充液体前，必须以无菌方式在特定单元中对该液体进行处理。因此需要确保该链保持无菌。
这种已知的填充方法包括在无菌环境中进行冷填充，使用灭菌液对容器及其塞子进行冷灭菌，接着冲洗，然后在无菌环境中将内容物引入该容器中。有利之处在于用到需要很少材料的包装，因为必要的机械性能受到限制。该方法不会引起与温度变化相关的体积的变化。另外，因为必要的机械性能受到限制，外部美学形状更加自由。然而，顶部空间中含有的氧可被消耗，然后瓶中出现真空。因此，需要提供承受该真空的瓶子或补偿该真空。
这种“无菌”技术使得安装复杂且费用高昂，同时维护变得严格且费用高。此外，质量控制只能通过抽样来进行，因此没有系统的控制，因此不确定是否对以这种方式包装的液体或半液体食品内容物进行了灭菌。
另一种已知的解决方案是通过引入灭菌液进行填充的同时进行灭菌。应该理解，添加灭菌产品(其为化学化合物)不一定会被所有国家的卫生法所接受，同时消费者自身可能也不是很愿意在吸收自己选择的液体或半液体产品的同时还要吸收引入的残余的灭菌产品。在打开包装后，在保存期间这类防腐剂可能会使感官品质发生变化。
现有技术中已知的主要解决方案中的最后一种解决方案包括热填充容器，即将内容物在高温下直接引入容器中，而不对该容器进行灭菌处理。在这种情况下，内容物本身对容器进行灭菌，因为在能够破坏病原生物体的温度下，高于73℃，通常在85℃的温度下引入内容物。封闭包装，然后通常通过翻转包装的方式立即搅拌该包装，以热处理容器的所有内表面，包括塞子的内表面。
在热塞的情况下，塞子是已知类型的塞子，由单一材料制成，且通过模制获得，在放置之前对塞子进行检查以避免放置任何有缺陷的塞子。这种塞子非常便宜。
这个解决方案很有意思，因为它保证每个包装的内部必须灭菌，不会遗漏任何一个部位。
如果塞子便宜，则热填充的缺点在于它需要这样一种容器，这种容器一方面需要承受温度，另一方面需要经得起冷却期间与液体体积收缩相关的塌陷现象，这会在容器内部形成真空。此外，在填充过程中捕获的空气中的氧气在被液体或半液体食品组合物冷却后也被“消耗”，这导致真空延迟，真空的延迟也可能导致容器的附加变形。
因此，必须具有机械强度和/或可变形性的包装需要大量的材料，还需要通常具有面板的特定结构，以承受该包装的变形和/或通过适当的变形来补偿真空。因此，底部可以呈现两个位置，包括在真空的作用下向内变形的位置，以便补偿所述真空。底部变形出现在瓶子下方，当瓶子放在所述底部时，这种瓶子下方的底部变形不会引起瓶子的任何稳定性问题，只有底部的空心更明显而已，除非往下面看，否则这种空心不可见。可以理解，这样的底部必须复杂，其生产复杂并且成本会明显超额。
应该注意，这也与可持续发展需求背道而驰，可持续发展需求寻求减少所用聚合物材料的数量，这也影响制造成本和回收利用，从而也会影响最终成本。
然而，这种方法在安装和维护方面都需要最简单的包装线，这种包装线易于检查，因为主要检查涉及单个参数：内容物的温度。
已经实施了其他补偿解决方案：其中一个补偿解决方案例如包括在塞住之前立即将一滴液氮引入顶部空间。液氮进入气态，体积迅猛增大，使得瓶子的体积处于压力下并且可以在冷却发生时补偿液体的收缩体积。在最终状态下，在环境温度下，找到平衡并且氮气只能引起额外的惰化。然而，这种方法掌握起来相对复杂并且相当难以再现。
方法的进步和容器材料的改进使得可以改善性能。然而，相对于用于在无菌环境中进行冷填充的容器而言，本发明的目的还在于通过使用瓶子来进行热填充时所述瓶子具有尽可能小的材料的额外重量。
能够补偿冷填充容器中的真空也是有用的，冷填充容器也可以通过真空进行变形，或者特别是在容器本身具有低机械强度的情况下，改善其机械强度也是有用的，这也是本发明的一个目的。
因此，有必要提出一种至少用于补偿容器中的真空的方法，特别是在热填充的情况下，提出一种通常用于控制超压的方法。在冷却之后，这种超压使得可以补偿顶部空间的减小的体积，这种减小的体积在冷却时为百分之几。这种超压使得随着时间的推移还可以补偿与氧气消耗相关的降压。
当没有提供补偿或甚至没有提供超压时，这些不同的降压源会导致瓶子变形并使瓶子不适于销售。这些真空还会使得消费者无法很好地进行抓握，以及使得在托盘运输过程中的容器的机械强度变差，其中这些容器甚至用薄膜进行包裹。
已知专利已提出补偿方法，例如专利申请FR2,322,062A1和US2015/0121807A1，这些专利申请提出通过特定的塞子构件将气态流体注入顶部空间。这种装置包括将针插入塞子构件，通过针将气体注入顶部空间并移除所述针，塞子构件本身保证密封性。碰巧需要一个带有特定装置的塞子构件，从包装的成本角度出发，这种带有特定装置的塞子构件是完全禁止的。除了价格之外，这还产生了许多复杂问题，这些问题包括若干材料的存在、质检的复杂性、回收困难和高质量的塞住的不确定性。在目前的情况下，提供了一种膜，这种膜在热填充期间仅可用作液体的屏障，例如，因为液体不会通过膜，然后塞子构件穿孔该薄膜，这会引入潜在的生物体，包括膜背部的生物体，这些生物体会缓慢进入容器中。
另一种装置还使用更特殊的塞子，专利申请WO 2009142510 A1中描述了这样一种塞子。该塞子具有一开口。在填充完成之后，将顶部空间放置在加压室中，将止动销放入设置在该端部的孔中，所述塞子通过机械装置固定在孔中。就节奏和价格以及检查困难以及甚至实施困难而言，这种方法在工业上是完全不可行的。
此外，现有技术中已知的装置不能精确地检验在塞子中形成的孔的密封质量，以便保证容器的完美密封性。
发明内容
本发明旨在通过提出一种用于压力包装待加工容器的方法和装置来解决现有技术的缺点，该容器至少部分地填充有内容物并且通过布置在容器顶部空间上方的塞子以紧密方式塞住该容器。所述装置包括一带有针的盖子和一加热套管，所述盖子和加热套管设置在装置中，使得当盖子接合在塞子上时，针和加热套管各自的运动轴在某一个点处正切，所述点位于所述塞子的材料中或位于所述塞子的材料的上方，加热套管的一端是凸出的，优选是半球形的，这使得尤其可以通过使用相对于用于在无菌环境中冷填充的容器具有尽可能小的额外重量的瓶子来进行热填充，并且特别是在容器本身具有低机械强度的情况下，还使得可以补偿可能经历真空变形的冷填充容器中的真空。此外，加热套管的一端的凸形使得可以通过加热套管来精确检验通过针在塞子中形成的孔的密封质量。
因此，本发明涉及一种用于压力包装待加工容器的方法，该容器至少部分地填充有内容物并且通过布置在容器顶部空间上方的塞子以紧密方式塞住该容器，所述装置包括一盖子，该盖子在其内部包括一刺穿装置、一流体注入装置和一用于熔化密封的加热套管，所述盖子被构造成密封地接合在所述塞子的外表面上，所述针适于线性移动以刺穿所述塞子产生一孔，所述流体注入装置被构造成通过所述孔将流体引入顶部空间中，所述加热套管适于线性移动以通过熔化所述塞子的材料来密封所述孔，其特征在于，所述针和所述加热套管均布置在盖子中，使得当盖子接合在塞子上时，针和加热套管各自的运动轴在某一个点处正切，所述点位于所述塞子的材料中或位于所述塞子的材料的上方，且另一特征在于加热套管的一端是凸出的。
所述加热套管的端部优选为半球形。
因此，用于压力包装待加工容器的所述方法使得尤其可以通过使用瓶子来进行热填充，所述瓶子相对于用于在无菌环境中进行冷填充的容器而言具有尽可能小的材料的额外重量，并且特别是在容器本身具有低机械强度的情况下，还使得可以补偿可能经历真空变形的冷填充容器中的真空。
所述针和所述加热套管相对于彼此倾斜，使得它们各自的纵向运动轴在塞子的材料中或在其上方的相同点处正切。优选地，所述点位于塞子的上表面的中心处。
本领域技术人员可通过试验和测量易于进行，使得加热套管在塞子上的密封位置处，套管的凸起形状的顶点与由针形成的孔重合；因此根据加热套管的一端所采用的凸起形状，运动轴在塞子的材料上或塞子的材料的上方正切。
所述针可以在接合在塞子上的盖子的位置处在收缩位置和刺穿位置之间移动，以刺穿所述塞子。所述加热套管可以在接合塞子上的盖子的位置处在空转位置和密封位置之间移动，以便通过熔化密封在塞子中形成的孔，所述孔由所述针形成，熔化的塞子的塑料材料与加热套管接触。
在刺穿过程中针永远不会与内容物接触。
在本发明中使用的塞子和在本方法中使用的塞子是传统的单件式塞子，没有内膜，因此价格便宜且易于回收。然而，本发明在这方面不受限制。作为非限制性示例，以下塞子也在本发明的范围内，并且可以与本发明的方法一起使用：
-一塞子，包含在其中心部分挖空的环形膜(或内涂层或衬里)，
-一塞子，包含固体膜(或固体内涂层或衬里)，但在穿孔和从塞子连续移除针时，其中心厚度小于自密封所需的最小厚度，这个最小的必要厚度小于0.2mm，
-一塞子，包含厚度在0.2mm和0.8mm之间的固体膜(或固体内涂层或衬里)，其具有聚乙烯/乙烯醋酸乙烯酯(PE/EVA)类型的材料，在移除直径在0.1mm至3mm之间的穿刺针后，没有证实这种材料具有自密封特性。
这种装置优选用于内容物的热填充，但也可用于内容物的冷填充。
所述加热套管使得可以通过熔化塞子的材料来重新塞住塞子中的孔，所述孔由所述针形成，这使得可以保证容器的最终密封性，同时补偿容器中的真空。
因此，所述容器包含至少具有平衡压力的内容物，优选在轻微压力下，使得与容器外部的压力的内部压力差防止容器产生塌陷。
此外，加热套管的端部的凸出的形状(优选半球形的)使得可以通过加热套管来精确检验通过针在塞子中形成的孔的密封质量。实际上，由凸形加热套管形成的密封的形状取决于加热套管的端部的形状，加热套管的端部的温度，加热套管与塞子的接触时间以及加热套管在塞子中的穿透深度。一旦加热套管的端部的凸形形状已知，加热套管的端部的温度根据塞子的组成材料确定，接触时间根据所需的处理时间确定，本领域技术人员通过试验和测量能够调整塞子中的穿透深度。将在塞子的上表面上形成一定直径的特征标记，其中套管的一端的形状和温度以及接触时间是已知的，这使得可以保证所述加热套管具有足够的穿透以保证密封。当然可以理解，仅给出加热套管端部的凸形形状，本领域技术人员可以设置加热套管的端部的温度、接触时间和穿透深度中的两个参数以适应第三个参数，以确定加热套管在塞子上表面上的标记，以确保最佳的密封。
根据本发明的一个特定特征，所述装置还包括一光学装置，所述光学装置被配置成检验通过加热套管的在塞子中的孔的密封质量。所述光学装置可以是相机或连接到光学传感器的光纤。所述光学装置布置在盖子中或生产线的下游处的一个站上，所述生产线具有本发明的装置。
因此，可以使用光学相机在光学上检验加热套管的孔的密封质量的好坏，以在检测到密封质量不佳时，再次进行加热密封的步骤或丢弃所述塞子或容器。
根据本发明的一个特定特征，所述装置还包括一光学或电感装置，所述光学或电感装置设置在盖子中且被配置成在穿孔之后检验所述针的完整性。
因此，可以使用光学或电感装置在穿孔步骤之后光学地检验所述针是否被破坏，以便修复所述针，并且如果检测到针遭到破坏，则丢弃容器的内容物。
外部的光学相机可以在压力包装方法结束时检查容器的填充高度，以便检测针是否有任何破裂。实际上，在正常处理期间，内容物水平必须降低到一预定水平，而在非刺穿并因此不引入流体的情况下，内容物水平不会降低。
近距离传感器系统还可以检查完整且未破损的针的存在。这种近距离传感器例如为光电或磁性元件。
根据本发明的一个特定特征，所述针具有锥形尖端。
因此，与现有技术中所用的具有倾斜端部的皮下注射针相比，所述针更坚固，这使得可以防止所述针在刺穿步骤期间破裂。
所述针通过使材料变形和推回材料而不会撕裂材料，通过刺穿塞子的塑料材料来形成一孔。因此没有塑料塞子废料掉入容器的内容物中。
穿孔的直径必须能够将快速膨胀(最大可能直径)和焊接安全性(最小可能直径)结合起来。作为非限制性示例，直径为0.7mm的针似乎是一个很好的折衷方案。当然应当理解，本发明在这方面不受限制，针的直径适合于塞子厚度的0.3至0.8倍之间。塞子的厚度定义为塞子的平面表面的最大厚度，带有螺距的塞子的裙座从该平面延伸。
根据本发明的第一实施例，所述针是实心的，所述流体注入装置包括至少一个流体入口，该流体入口适于接收加压流体并将该加压流体注入盖子中，所述盖子密封地接合在所述塞子上。
因此，在流体注入期间，移除在塞子中形成的孔中的实心针，以能够通过所述孔将流体引入所述容器的顶部空间中。在该第一实施例中，在将盖子接合在塞子上之前，对塞子的外表面进行消毒是强制性的，以便不会在流体引入顶部空间期间污染内容物。
在流体注入期间从塞子上移除针也使得可以防止在引入流体期间内容物溅到针上，这产生了内容物表面的湍流，以改善卫生。
根据本发明的第二实施例，所述针的尖端是实心的，且针的剩余部分包括一纵向中心孔和至少两个相对的侧向孔，所述侧向孔将所述中心孔和靠近所述针的尖端的所述针的外侧连接，所述流体注入装置包括至少一个流体入口，该流体入口适于接收加压流体并将该加压流体注入所述针的一端的针的中心孔中，所述针的一端与所述针的尖端相对。
因此，所述针的尖端是实心的，但是其中心是穿孔的，具有两个侧向开口，这使得可以在所述针仍然处于其刺穿位置时将流体引入所述容器的顶部空间中，所述流体通过所述针的两个侧向孔横向地分布入顶部空间中，因此使得可以在流体引入期间避免内容物的晃动以及内容物的飞溅。该第二实施例使得可以避免对塞子的外表面预先消毒，从工业角度来看，这一点非常重要。
根据本发明的一个特定特征，所述针通过加热装置加热。
因此，加热所述针使得可以对针进行消毒并且有助于刺穿塞子的塑料材料。优选将针加热至高于95℃的温度以进行消毒并且低于130℃以避免在刺穿期间塞子的塑料材料可能熔化以及塑料颗粒粘附在针上，这在接下来的循环中在刺穿另一个容器的塞子期间会分离。
优选地，通过放置在针座中的电阻/探针始终保持和监测针的温度。
本发明还涉及一种使用上述压力包装装置来压力包装待加工容器的方法，该容器至少部分地填充有内容物并且通过布置在容器顶部空间上方的塞子以紧密方式塞住该容器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将所述装置的盖子密封地接合在所述塞子的外表面上；使用所述装置的针刺穿塞子产生一孔；使用所述装置的流体注入装置通过设置在所述塞子中的所述孔将流体引入容器的顶部空间中，以便获得残余压力，所述残余压力至少等于容器顶部空间中的大气压力；使用所述加热套管来熔化所述塞子的材料，以密封所述孔；以及移除所述盖子。
因此，用于压力包装待加工的容器的所述方法使得可以通过使用瓶子来进行热填充，所述瓶子相对于用于在无菌环境中进行冷填充的容器而言具有尽可能小的材料的额外重量，并且特别是在容器本身具有低机械强度的情况下，还使得可以补偿可能经历真空变形的冷填充容器中的真空。
所述加热套管的温度和接触时间可单独进行配置以获得理想的穿透/焊接，并且可通过压力包装装置持续监测所述加热套管的温度和接触时间。
所述加热套管的端部的温度约为140℃-220℃，以便保证所述塞子的塑料材料的快速熔化。
例如使用控制在7巴的液压缸将最小的力施加到加热套管上，以确保在熔化阶段中塑料的显著压缩以填充孔。尽管温度适宜且接触时间适当，但是加热套管的压力不足还是会损害焊接的质量/密封性。在实验上，对于高密度聚乙烯(HDPE)塞子，申请人已经注意到接触时间为0.4-0.5秒，压力为7巴，套管端部的温度为180℃时，具有良好焊接印记。
连接到所述装置的电阻/温度探针保证了套管的加热。
放置在盖子中的水冷却回路优选地保证所述盖子保持在一个“合理的”温度。
根据本发明的压力包装装置的第一实施例，在流体注入步骤前将针从所述孔移除。
因此，盖子密封地接合在塞子上，可以在流体注入步骤之前升高所述针，同时保持盖子和塞子之间的压力，因此通过仅推回塞子的塑料材料，刺穿操作是“干净的”，没有刨花或废料，在流体注入期间从塞子上移除所述针也使得可以防止在引入流体期间内容物溅到针上，这产生了内容物表面的湍流，以改善卫生。
根据本发明的压力包装装置的第二实施例，在流体注入步骤期间所述针一直保持在所述孔中，通过所述针的中心孔和至少两个侧向孔完成流体的注入。
因此，所述流体通过所述针的两个侧向孔横向地分布入顶部空间中，因此使得可以在流体引入期间避免内容物的晃动以及内容物的飞溅，还得可以避免先前对塞子的外表面进行消毒。
根据本发明的一个特定特征，所述方法在密封步骤之后还包括使用光学装置来检验所述塞子中的孔的密封质量。
泄漏测试系统目前可用于测试焊接的质量。然而，对于约1微米的孔(其允许容器在一周内恢复大气压)而言，测试时间约为30秒；因此，需要用到很多测试盖子，所述测试盖子的数量是处理盖子的数量的15倍之多，这是禁止的。
因此，光学装置使得可以在盖子仍然接合在塞子上时在密封步骤之后立即检验密封质量，或所述光学装置位于一生产线的下游的一个站上，其中根据本发明的装置放置在所述生产线中。
根据本发明的一个特定特征，所述检验步骤包括以下几个子步骤：通过光学装置捕获由凸形加热套管形成的圆形密封处的塞子的图像；测量捕获的圆形密封的直径；以及将测量的直径与阈值进行比较，以确定密封质量是否可接受。
因此，所述光学装置能够通过从视觉上检查通过熔化形成的密封，以便测量套管的穿透并保证焊接质量。
根据本发明的一个特定特征，将流体引入顶部空间的步骤包括在初始阶段以第一压力值引入流体，然后在最终阶段以低于第一压力值的第二压力值引入流体，以加速根据本发明的方法。
因此，可以在穿孔后立即大大增加加压的初始阶段的压力，并且在最终阶段可以具有较低的压力，以便在密封之前通过熔化来调节最终压力。
根据本发明的一个特定特征，在高于73℃的温度下进行热填充的情况下，在将内容物冷却至低于45℃的温度之后将流体引入顶部空间。
根据本发明的一个特定特征，流体的引入压力被配置成在容器中产生残余压力，该残余压力在1.01巴至2.5巴之间，优选在1.01巴至1.4巴之间。
根据本发明的一个特定特征，流体是惰性和无菌气体，例如氮气，特别是气态形式的氮气。
因此，惰性和无菌气体使得在装瓶后不会引起内容物的后期氧化。这避免了由于后来的氧气消耗而导致的过度塌陷，因为没有或几乎没有氧气消耗，惰性气体在很大程度上取代了最初受限的空气。
根据本发明的一个特定特征，该方法还包括，在将盖子接合在塞子上的步骤之前、期间和/或之后，使无菌流体在盖子和塞子之间循环的步骤，所述流体优选地是惰性气体，更优选氮气。
因此，无菌流体的这种循环使得可以防止细菌从外部进入盖子和塞子之间的空间，以保证容器的无菌性。在塞子和盖子之间产生超压，以保持大于或等于容器内部压力的正压力，直到通过熔化密封。
根据本发明的一个特定特征，该方法还包括，在将盖子接合在塞子上的步骤之前，通过准时加热(punctual heating)、化学灭菌、蒸汽、脉冲光发射或其他类似方法的一个或几个来对塞子的外表面进行灭菌的步骤。
因此，使用准时加热或消毒液的化学灭菌保证破坏存在于塞子外表面上的病原生物体。
本发明还涉及一种用于压力包装的机器，其包括至少一个如上所述的压力包装装置，所述压力包装机还包括用于将容器保持在适当位置的装置，至少一个压力包装装置的盖子相对于所述适当位置在空转位置和接合位置之间移动，所述空转位置与所述装置相距一定距离以用于使容器保持在适当位置，而在所述接合位置中，所述盖子密封地接合在待加工容器的塞子上。
附图说明
为了更好地说明本发明的主题，下面我们将参考附图描述作为非限制性说明的两个优选实施例。
在这些附图中：
-图1是根据本发明的用于压力包装待加工容器的装置的透视图；
-图2是处于非接合位置的图1的装置的剖视图；
-图3是在接合步骤中类似于图2的剖视图；
-图4是在刺穿步骤中类似于图2的剖视图；
-图5是根据本发明的第一实施例的在流体引入步骤中类似于图2的剖视图；
-图6是在密封步骤中类似于图2的剖视图；
-图7是图1的装置的加热套管的剖视图；
-图8是图7的加热套管的端部的透视图；
-图9是根据本发明的第二实施例的图1的装置的针的剖视图。
具体实施方式
图1示出了用于压力包装待加工容器2的装置1。
待加工容器2至少部分地填充有内容物，且通过布置在容器2的顶部空间上方的塞子3以紧密不透的方式塞住容器2。
在本说明书中，容器2经历热填充，并且容器2为瓶子，特别是由PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)制成的具有低克重的含有内容物(例如果汁)的瓶子，所述内容物被带到能够破坏病原生物体的温度，即高于73℃的温度，在目前的情况下，为85℃。
一旦容器2充满热的内容物，已知类型的塞子3就会将其塞住，特别是注塑或压缩成型的螺旋盖，这种塞子是整体式的并且由单一材料制成，没有任何附加的密封元件。
通过在塞子3的材料的机械压力下，使得其内表面在容器2的颈部2a的周边边缘的材料上接触来获得这种紧密性，螺丝拧紧的方式使得可以施加所述必要的机械压力。
在封闭期间，所述塞子3允许保留顶部空间。这个空间是由于没有溢出的填充而产生的，因为在封闭之前内容物无论如何都不能溢出并且内容物自身不能处在颈部2a的边缘上，因为内容物将是塞子3下方的入口通道并且容器2将不适于出售。
塞子3没有用于补偿压力的任何机构或任何其他附件。在顶部空间捕获的空气是热的，但是该空气在大气压下。
应该注意的是，本发明也适用于通常使用的某些塞子，特别是在美国，这些塞子是具有内膜的双材料类型，该内膜用于仅确保螺丝拧紧期间通过压缩形成的容器2的颈部的表面和塞子3之间的紧密性，这与单个材料类型的塞子的内边缘不同。然而，这种用于这种双材料塞子的内膜不具有必要的特性，以确保在使用针刺穿的情况下塞子的自密封，然后将针移除到塞子外部。
容器2适于在选定的灭菌温度下接收内容物而不会损坏，但这种容器2没有真空补偿装置。
将容器2装满内容物后，立即晃动所述容器2，以使容器2的所有内表面与达到灭菌温度的内容物接触。
然后通过喷水将容器2及其内容物在冷却隧道中冷却，例如使组件接近环境温度。
当容器2达到低于75℃的温度时，由于其组分材料，所述容器2自身塌陷，因为容器2内的气体和液体的体积减小到3％至5％。这种减小在整个冷却过程中增大。在小于或等于45℃的温度下，塌陷现象接近其最大值。
压力包装装置1包括一盖子4，盖子也称为接合头，盖子在其内部包括刺穿装置5、流体注入装置6和熔化密封装置7。
压力包装装置1还包括一水平下支撑件8、一水平上支撑件9和一竖直支撑件10，容器2定位在水平下支撑件8上，水平上支撑件9包括一凹口9a，容器2的颈部2a插入该凹口9a中，而下支撑件8和上支撑件9连接到竖直支撑件10。
盖子4可以通过竖直移动马达11在距离上支撑件9一定距离的空转位置和接合位置之间竖直移动，在该接合位置，盖子4密封地接合在待加工容器的塞子3上。当然应该理解，本发明在这方面不受限制：盖子可移动，接合在盖子下方的容器上，或盖子是固定的，容器被带入盖子中。
压力包装装置1被构造成执行压力包装待加工容器2的方法，该方法包括以下步骤：将盖子4密封地接合在塞子3的外表面上；通过将刺穿装置5朝向塞子3下降，刺穿塞子3上产生孔；使用流体注入装置6通过所述塞子3中的所述孔将流体引入容器2的顶部空间中，以便获得至少等于容器顶部空间中的大气压力的残余压力2；通过朝向塞子3降低熔化密封装置7通过熔化塞子3的材料来密封塞子3的所述孔；以及移除盖子4。图2至6中将详细描述本方法的其他步骤。
盖子4密封地接合在塞子3上，在本发明的第一实施例中，可以在流体注入步骤之前升高该刺穿装置5，同时保持盖子4和塞子3之间的压力，因此通过仅推回塞子3的塑料材料，刺穿操作是“干净的”，没有刨花或废料，在流体注入期间从塞子上移除刺穿装置5也使得可以防止内容物溅到刺穿装置5上，以改善卫生。
在该方法中使用的塞子3是传统的单件式塞子，没有内膜，因此价格便宜。
因此，容器2包含至少具有平衡压力的内容物，优选在轻微压力下，使得与容器2外部的压力的内部压力差防止容器2产生塌陷。
图2示出了处于盖子4的非接合位置的压力包装装置1。
容器2部分地填充有内容物12，使得没有内容物的顶部空间13保留在容器2的颈部2a处，通过布置在容器2的顶部空间13上方的塞子3以紧密的方式塞住容器2。
刺穿装置5包括一活塞14，活塞14在其端部设置有针15，所述活塞14适于在形成于盖子4上的气缸16中线性移动，活塞14的行程受活塞腔17的限制，该活塞腔17在气缸16的上端中形成。
因此，针15被构造成当盖子4接合在塞子3上并且活塞14处于其展开位置时刺穿塞子3。
熔化密封装置7包括一活塞18，活塞18在其端部设置有加热套管19，所述活塞18适于在形成于盖子4上的气缸20中线性移动，活塞18的行程受活塞腔21的限制，该活塞腔21在气缸20的上端中形成。
因此，加热套管19被构造成当盖子4接合在塞子3上并且活塞18处于其展开位置时，通过熔化来密封孔，其中通过针15在塞子3中形成所述孔，熔化的塞子3的塑料材料与加热套管19接触。
针15和加热套管19位于盖子4的内腔22中。
活塞14和18可以电动或液压致动。为了不使图过载，活塞14和18的电力或液压致动电线未在图中示出。同样，没有示出能够加热针15或加热套管19的加热元件以及它们各自的电源，以免使图过载。
流体注入装置6包括多个流体入口，所述多个流体入口适于接收加压流体并将加压流体注入盖子4的内腔22中，盖子4适于容纳多达五个流体入口6。
在本发明的第一实施例中，压力包装方法还包括，在盖子4接合在塞子2上的步骤之前，通过准时加热、使用消毒液的化学灭菌、蒸汽、脉冲光发射或其他类似方法来对塞子3的外表面进行灭菌的步骤，以保证摧毁存在于塞子3的外表面上的病原生物体。
甚至在接合之前，通过第一流体入口6，盖子4的内腔22在气体超压下仍然是无菌的，以保持预先完成塞子3的无菌。
存在用于流体引入步骤的另外两个无菌气体入口6，所述流体引入步骤也称为膨胀步骤。
最后两个流体入口6可用于在接合和刺穿之后注入灭菌流体，以及在刺穿之前通过吸入的方式快速排出灭菌流体。
所述装置1还包括一光学相机C，所述光学相机C布置在所述盖子4的内腔22中，且被配置成检验通过加热套管19的塞子3中的孔的密封质量。将参照图6更加详细地描述验证密封质量的步骤。
图3示出了在接合步骤期间的压力包装装置1。
在接合步骤期间，针15和加热套管19的活塞14和18分别处于其缩回位置，也称为空转位置。
盖子4密封地接合在塞子4的外表面上，使得塞子3的至少一部分嵌入盖子4的至少一部分内腔22中。
活塞14和18布置在盖子4中，使得当盖子4接合在塞子3上时，它们各自的运动轴在某一点处正切，所述点位于所述塞子3的材料中或略位于所述塞子3的材料的上方，所述点优选位于塞子3的上表面的中心，或基于加热套管19的形状，位于塞子3的上表面的中心的上方或偏离中心。
在将盖子4接合在塞子3上的步骤之后，压力包装方法还可包括通过某些流体入口6在盖子4的内腔22中循环无菌流体，优选惰性气体如氮气的步骤。因此，在塞子3和盖子4之间产生超压，以保持大于或等于容器2的内部压力的正压力，直到通过熔化密封。
图4示出了穿孔步骤中的压力包装装置1。
在穿孔步骤期间，针15的活塞14处于其展开位置，使得针15下降到塞子3并刺穿塞子3的材料来产生孔23。
在穿孔过程中针15永远不会与内容物12接触。
所述针15通过使材料变形和推回材料而不会撕裂材料，通过刺穿塞子3的塑料材料制作孔23。
在本发明的第一实施例中，该穿孔步骤之后紧接着是将针15升高到活塞14的空转位置的步骤。
压力包装方法还可以包括在升高针15的步骤之后使用设置在盖子中的连接到光学传感器(图4中未示出)的光学或光纤相机检验针15的完整性的步骤，从而可以光学检验穿孔步骤之后针15是否受到破坏。
在盖子外侧的另外的光学相机可以在压力包装方法结束时检查容器2的填充高度，以便检测针15是否有任何破裂。实际上，在正常处理期间，内容物12水平必须降低到某个预定水平，而在非刺穿并因此不引入流体的情况下，内容物12水平不会降低。
在不脱离本发明的范围的情况下，近距离传感器系统还可以检验完整的和未破损的针15的存在。
图5示出了根据本发明的第一实施例的在流体引入步骤中的压力包装装置1。
在本发明的第一实施例中，所述针15是圆柱形的，实心的且具有锥形尖端。
所述针15优选地通过加热装置(图5未示出)加热，加热所述针15使得可以对针15进行消毒并且有助于刺穿塞子3的塑料材料。优选将针15加热至高于95℃的温度以对针15进行消毒并且低于130℃以避免在刺穿期间塞子3的塑料材料可能熔化以及塑料颗粒粘附在针15上，这在接下来的循环中在刺穿另一个容器2的塞子3期间会分离。
优选地，通过放置在针座25中的电阻/探针始终保持和监测针15的温度。
在本发明的第一实施例中，在流体注入步骤期间，针15和加热套管19的活塞14和18分别处于其缩回位置，从而从孔23中移除实心针15，其中在所述塞子3中形成所述孔。在第一实施例中，在将盖子4接合在塞子3上前，对塞子3的外表面进行消毒是强制性的，以便不会在流体引入顶部空间13期间污染内容物12。
通过使用流体入口6中的其中一个入口将流体24引入盖子4的内腔22中，然后再通过塞子3中的孔3将流体24引入容器2的顶部空间13中，以便获得残余压力，所述残余压力至少等于容器2的顶部空间13中的大气压力。
流体24是惰性和无菌气体，例如氮气，特别是气态形式的氮气，这使得不会在装瓶后引起内容物12的后续氧化。这避免了由于后来的氧气消耗而导致的过度塌陷，因为没有或几乎没有氧气消耗，惰性气体在很大程度上取代了最初受限的空气。
在高于73℃的温度下进行热填充的情况下，在将内容物12冷却至低于45℃的温度之后，将流体24引入顶部空间13中。
流体24的引入压力被构造成在容器2中产生1.01巴至2.5巴之间的残余压力，优选1.01巴至1.4巴。
用于将流体24引入顶部空间13的步骤优选包括在初始阶段以第一压力值引入流体24，然后在最终阶段以低于第一压力值的第二压力值引入流体24。因此，可以在刺穿后立即在初始的加压阶段大大增加压力，并且在最终阶段可以具有较低的压力，以便在通过熔化密封之前调节最终压力。
图6示出了密封步骤中的压力包装装置1。
在密封步骤期间，加热套管19的活塞18处于其展开位置，使得加热套管19降低至孔23中，所述孔23通过针15形成于所述塞子3中。
加热套管19通过熔化塞子3的塑料材料可以重新塞住在塞子3中形成的孔23，这使得可以保证容器3的最终密封性，同时补偿容器3中的真空。
密封步骤在0至5秒的时间内进行。
所述压力包装方法还可以包括使用布置在盖子4的内腔22中的光学相机C来检验通过所述加热套管19的孔23的密封质量的步骤，这因此使得可以在光学上检验加热套管19的孔23的密封质量的好坏。密封操作在所述塞子的上表面上留下了通过加热套管19的密封质量的标记特征。
所述验证步骤包括以下几个子步骤：通过光学装置C捕获由半球形加热套管19形成的圆形密封处的塞子的图像；测量捕获的圆形密封的直径；以及将测量的直径与阈值进行比较，以确定密封质量是否可接受。
所述光学相机C能够通过从视觉上检查密封以测量加热套管19的穿透，以保证焊接质量。
密封步骤之后是将加热套管19升高入活塞18的空转位置中，接着是从塞子3上移除盖子4的步骤。
根据本发明的方法允许在例如由PET制成的容器2中热填充，相对于容器发生变形的热填充方法，其减少的克重约为15％，鉴于制成的容器2的数量的乘数系数，这是一个相当大的材料减少。
没有必要针对壁来研究特定的结构；任何技术板块和/或复杂的“花瓣形”
Figure GDA0002043645200000171
底部变得无关紧要。
容器2的形状实际上更加自由且更平坦，并且回收起来更便宜，因为用到的材料更少。
通过将容器2置于大气压或轻微压力下可以实现更好的堆叠和码垛。
根据本发明的方法适用于所有填充模式，甚至适用于在无菌环境下冷填充的容器2的加压，其中人们希望不仅通过消耗氧气来补偿顶部空间13的体积的可能减小，而且还希望可以产生轻微的超压以增强机械强度，或甚至希望注入中性气体以替换限制在顶部空间13中的空气，以便保持氧化可能改变的产品的所有感官特性。
图7示出了压力包装装置1的加热套管19。
所述加热套管19包括一套管端25(图8中对其进行了详细描述)和一中空且圆柱形的套管座26，其中所述套管端25的一部分强制地安装在所述套管座26中，套管座26部分强制地安装在所述活塞18的下部分中，所述活塞18的下部分是中空的。
加热电阻/温度探针27布置在所述中空套管座26内部，加热电阻/温度探针27的下部则与所述套管端25接触，而加热电阻/温度探针27的上部连接到两根电线28，所述两根电线28被配置成为加热电阻/温度探针27供电。
可单独进行配置套管端25的温度和接触时间以获得理想的穿透/焊接，并且可通过压力包装装置1持续监测所述套管管25的温度和接触时间。
根据装配塞子3的材料，所述套管端25的温度约为140℃-220℃，优选约为180℃-200℃，以便保证所述塞子3的塑料材料的快速熔化。
例如使用控制在7巴的液压缸将最小的力施加到加热套管19上，以确保在熔化阶段中塑料的显著压缩以填充孔23。尽管温度和接触时间正确，但是加热套管19的压力不足实际上还是会损害焊接的质量/密封性。
放置在盖子4中的水冷却回路(图7中未示出)优选地保证所述盖子4保持在一个“合理的”温度。
图8示出了套管端25。
套管端25包括一板25a，板25a的一个面包括一突起25b，突起25b被构造成强制地安装在套管座26中，并且其另一个相对面包括半球形凸耳25c。应当注意，所示的半球形状不是限制性的，并且加热套管的端部的任何凸起形状都在本发明的范围内。
凸耳25c的半球形状使得可以精确地检验通过加热套管19的孔23的密封质量，所述孔通过针15在塞子3中形成。实际上，半球形凸耳25c形成的密封是圆形的，这使得可以使用光学相机C测量产生的圆形密封的直径，从而确定密封质量是否可接受。
图9示出了根据第二实施例的压力包装装置1的针29。
在本发明的第二实施例中，所述针29的尖端29a是实心的，且针的剩余部分包括一纵向中心孔30和至少两个相对的侧向孔31，所述侧向孔31将所述中心孔30和靠近所述针29的尖端29a的所述针的外侧连接。
应该注意，在不偏离本发明的范围的情况下，针29还可以包括至少三个侧向孔31。
在该第二实施例中，流体注入装置6包括至少一个流体入口，所述流体入口适于接收流体24并在针29的一端处将流体注入针29的中心孔30，所述针29的一端与尖端29a相对。在流体注入步骤期间，所述针29保持在所述孔23中，通过中心孔30引入流体，接着再通过两个侧向孔31来引入流体。
在所述针29仍然处于其刺穿位置时将流体24引入所述容器2的顶部空间13中，所述流体24通过所述两个侧向孔31横向地分布入顶部空间13中，因此使得可以在流体引入期间避免内容物12的晃动以及内容物的飞溅。该第二实施例使得可以避免对塞子3的外表面预先消毒。
可以在一生产线中实施根据本发明所述的装置、方法和机器，其中所述生产线在上游或下游具有一个或多个站，在这种情况下，输送装置将内容物运输至执行本发明的生产线的站中。

Claims (19)

1.一种用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），所述容器（2）至少部分地填充有内容物（12）并且通过布置在所述容器（2）顶部空间（13）上方的一塞子（3）以紧密方式塞住所述容器（2），所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）包括一盖子（4），所述盖子（4）在其内部包括一刺穿装置（15, 29）、一流体注入装置（6）和一用于熔化密封的加热套管（19），所述盖子（4）被构造成密封地接合在所述塞子（3）的外表面上，所述刺穿装置（15, 29）适于线性移动以刺穿所述塞子（3）产生一孔（23），所述流体注入装置（6）被构造成通过所述孔（23）将流体（24）引入顶部空间（13）中，所述加热套管（19）适于线性移动以通过熔化所述塞子（3）的材料来密封所述孔（23），其特征在于，所述刺穿装置（15, 29）和所述加热套管（19）均布置在所述盖子（4）中，使得当所述盖子（4）接合在所述塞子（3）上时，所述刺穿装置（15, 29）和所述加热套管（19）各自的运动轴在某一个点处正切，所述点位于所述塞子（3）的材料中或位于所述塞子（3）的材料的上方，所述加热套管（19）的一端（25）是凸出的。
2.根据权利要求1所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）还包括一光学装置（C），所述光学装置（C）配置成检验通过所述加热套管（19）的所述塞子（3）中的所述孔（23）的密封质量。
3.根据权利要求1所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）还包括一光学或电感装置，所述光学或电感装置设置在所述盖子（4）中且被配置成在穿孔（23）之后检验所述刺穿装置（15, 29）的完整性。
4.根据权利要求1所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述刺穿装置（15, 29）具有尖的且锥形的端部（29a）。
5.根据权利要求4所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述刺穿装置（15）是实心的，所述流体注入装置（6）包括至少一个流体入口，所述流体入口适于接收加压流体并将所述加压流体注入所述盖子（4）中，所述盖子（4）密封地接合在所述塞子（3）上。
6.根据权利要求4所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述刺穿装置（29）的端部（29a）是实心的，且所述刺穿装置（29）的剩余部分包括一纵向的中心孔（30）和至少两个侧向孔（31），所述侧向孔（31）将所述中心孔（30）和靠近所述刺穿装置（29）的端部（29a）的所述刺穿装置（29）的外侧连接，所述流体注入装置（6）包括至少一个流体入口，所述流体入口适于接收加压流体并在所述刺穿装置（29）的一端处将所述流体注入所述刺穿装置（29）的所述中心孔（30），所述刺穿装置（29）的一端与所述刺穿装置（29）的端部（29a）相对。
7.根据权利要求1所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述刺穿装置（15, 29）通过一加热装置加热。
8.一种用于压力包装待加工容器（2）的方法，所述容器（2）至少部分地填充有内容物（12）并且通过布置在所述容器（2）顶部空间（13）上方的塞子（3）以紧密方式塞住所述容器（2），所述用于压力包装待加工容器（2）的方法使用根据权利要求1至7中任一项所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法包括以下步骤：
-将所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）的盖子（4）密封地接合在所述塞子（3）的外表面上；
-使用所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）的刺穿装置（15, 29）刺穿所述塞子（3）产生孔（23）；
-使用所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）的流体注入装置（6）通过设置在所述塞子（3）中的所述孔（23）将流体（24）引入所述容器（2）的顶部空间（13）中，以便获得一残余压力，所述残余压力至少等于所述容器（2）顶部空间（13）中的大气压力；
-密封步骤：使用所述加热套管（19）来熔化所述塞子（3）的材料，以密封所述孔（23）；以及
-移除所述盖子（4）。
9.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法使用根据权利要求5所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，在所述流体注入步骤之前从所述孔（23）中移除所述刺穿装置（15）。
10.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法使用根据权利要求6所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，在所述流体注入步骤期间所述刺穿装置（29）一直保持在所述孔（23）中，所述刺穿装置（29）的剩余部分包括一纵向的中心孔（30）和至少两个侧向孔（31），通过所述刺穿装置（29）的所述中心孔（30）和所述至少两个侧向孔（31）完成流体的注入。
11.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法使用根据权利要求2所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法在所述密封步骤之后还包括检验步骤，所述检验步骤包括使用所述光学装置（C）来检验所述塞子（3）中的孔（23）的密封质量。
12.根据权利要求11所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，所述检验步骤包括以下子步骤：
-通过所述光学装置（C）捕获由凸形的所述加热套管（19）形成的圆形密封处的所述塞子（3）的图像；
-测量捕获的圆形密封的直径；以及
-将测量的直径与一阈值进行比较，以确定所述密封质量是否可接受。
13.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，将所述流体（24）引入所述顶部空间（13）的步骤包括在一初始阶段以第一压力值引入流体（24），然后在最终阶段以低于所述第一压力值的第二压力值引入流体（24）。
14.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，在高于73℃的温度下进行热填充的情况下，在将所述内容物（12）冷却至低于45℃的温度之后将所述流体（24）引入所述顶部空间（13）。
15.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，流体（24）的引入压力被配置成在所述容器（2）中产生一残余压力，所述残余压力在1.01巴至2.5巴之间。
16.根据权利要求8至15中任一项所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，所述流体是惰性和无菌气体。
17.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法还包括，在将所述盖子（4）接合在所述塞子（3）上的步骤之前、期间和/或之后，使无菌流体在所述盖子（4）和所述塞子（3）之间循环的步骤。
18.根据权利要求8所述的用于压力包装待加工容器（2）的方法，其特征在于，所述用于压力包装待加工容器（2）的方法还包括，在将所述盖子（4）接合在所述塞子（3）上的步骤之前，通过准时加热、化学灭菌、蒸汽、脉冲光发射中的至少一个来对所述塞子（3）的外表面进行灭菌的步骤。
19.一种用于压力包装的机器，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），所述用于压力包装的机器还包括用于将所述容器（9）保持在适当位置的用于压力包装待加工容器（2）的装置（1），至少一个用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）的盖子（4）相对于所述适当位置在空转位置和接合位置之间移动，所述空转位置与所述用于压力包装待加工容器（2）的装置（1）相距一定距离以用于使容器（9）保持在适当位置，而在所述接合位置中，所述盖子（4）密封地接合在待加工容器（2）的所述塞子（3）上。
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