CN114572925A - 用填充产品填充容器的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于处理容器的装置和方法，处理容器包括用填充产品优选在饮料灌装设施中的饮料来填充容器，其中所述装置具有：阀基体，所述阀基体具有用于将所述填充产品引入所述容器中的出口和涡流室，所述涡流室与所述出口流体连通并且设置为用于使所述填充产品在引入所述容器期间置于涡流中；阀锥，所述阀锥至少部分地设置在所述阀体中，限定轴向方向，并且气体通道沿轴向方向穿透所述阀锥，其中所述阀锥优选沿轴向方向可移动地设置，以用于调节所述填充产品通过所述出口的流量；和带有传感器头的传感器装置，所述传感器头设置为用于探测至少一个信号并且设置在所述气体通道中。

Description

用填充产品填充容器的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理容器的装置和方法，处理容器包括用填充产品优选在饮料灌装设施中的饮料来填充容器。

背景技术

在食品领域中的流体灌装中，已知不同结构类型的填充机构。在此，非碳酸化的(蒸馏的)和碳酸化的(CSD)液体的基础产品类型不同。在非碳酸化产品的情况下，例如在灌装蒸馏水、果汁等时，液体通常以自由射流的方式填充到容器中。与此不同，在灌装碳酸产品，例如啤酒、苏打水、软饮料等时，液体通常会沿着容器内壁被引入容器中，以便能够减少释气和泡沫形成。

填充产品穿流过填充机构进而引入到容器中主要由填充阀来控制，所述填充阀包括阀锥，所述阀锥位于与阀锥形状互补的阀容纳部中。通过将阀锥从阀容纳部中升高开始填充过程，并且通过随后将阀锥降低到阀容纳部上来再次结束填充过程。

在灌装尤其是碳酸化产品时，能够将要填充的容器相对于填充机构密封。为了进一步减少释气和泡沫形成，能够将容器在所谓的反压方法的范围中置于过压下，因而使CO₂保持在液相中。为此，容器被气密地压到填充机构上，并且在填充开始之前用加应力气体，例如CO₂预加应力。在预加应力之后，开始灌装。代替阀锥，如在自由射流灌装的情况下，涡流体承担打开/关闭阀的功能，所述涡流体此外也将流动的液体置于旋转中。如果涡流体升高，则产品经由流动方面优化的轮廓通过环形间隙流入被挤压的容器中，以进行壁式灌装。由于旋转的离心力，液体被向外推动，并且然后沿着容器内壁流动，因此这种类型的灌装也被称为“壁式灌装”。同时，在容器中的气体能够经由涡流体中的孔和联接到其上的阀杆逸出。在填充结束时，关闭环形间隙，其方式为：将涡流体压向出口轮廓。随后将容器减压到环境压力上并且与填充机构分离。

因此，填充过程能够具有一系列步骤，所述步骤包括：将容器以压力密封的方式压向填充机构；气体交换，尤其是在对氧气敏感的填充产品的情况下进行气体交换；提高或降低容器中的压力；将填充产品引入以及将容器减压。

填充机构通常配备有传感器，以便监控填充过程的一个或多个步骤。因此，例如能够借助于在产品入口中的流量计或伸入容器嘴口中的电棒探针来监控将填充产品计量装入容器中。与自由射流灌装不同，在壁式灌装时无法测量容器重量，因为容器被压到填充机构上。还已知的是，将压力传感器集成到填充机构的气体路径中，以便因此能够监控在容器中的有意的过压或负压。对于容器是否有秩序地存在于填充机构下方的信息，通常使用超声屏障，出于成本原因，所述超声屏障不安装在随之转动的圆盘传送带上，而是固定地安装在入口处，并且必要时安装在一些附加的部位处。

上面阐述的传感器要么间接地，例如经由填充产品穿流到容器中，要么直接通过浸入式探针监控容器的灌装。然而，在这两种情况下，只能在有限的程度上识别出有缺陷的填充过程，因为仅监控将填充产品引入容器中的步骤。尤其在碳酸饮料的情况下，在将填充产品引入容器以及对容器减压的步骤中不能监控或者只是不充分地监控泡沫的形成。通过在填充机构中的附加的压力传感器能够监控以下步骤：在容器中进行气体交换；提高压力或抽真空；以及减压；然而，压力传感器通常是安装在每个填充机构中的附加的传感器。通过压力传感器不能令人满意地监控将填充产品计量装入容器中，使得仍然和附加地需要流量计和/或液位探针。引入和移除容器的步骤不被监控或者通过其它传感器监控。

综上所述，填充过程目前要么通过使用大量传感器进行监控，这引起高的成本、高的维护耗费等，要么寻求一种折衷方案，其中仅监控最必要的步骤，这又以牺牲可靠性和质量为代价。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种用于处理容器的改进的装置以及改进的方法，处理容器包括用填充产品填充容器，尤其能够在机械工程上简化的同时改进灌装过程的可靠性。

所述目的通过根据本发明的装置和方法来实现。有利的改进方案在本发明的以下视图和对优选的实施例的描述中得出。

根据本发明的装置和方法用于优选在饮料灌装设施中处理容器。其中至少包括用填充产品填充容器。

尤其将饮料，例如水、软饮料、啤酒、混合饮料等考虑作为要灌装的产品。特别优选灌装碳酸饮料。

除了将填充产品实际引入容器中之外，根据填充产品和/或过程，另外的步骤能够是有意义的或需要的。因此，在反压或负压方法的范围中需要的是，将容器压向填充机构的嘴口，并且向容器施加相应的负压或过压。此外，冲洗、清洁、预加应力、抽真空、减压等步骤能够是填充过程的一部分，所述步骤在此统称为“处理”所述容器。

根据本发明的其中也称为“填充机构”的装置包括具有用于将填充产品引入容器中的出口和涡流室的阀基体，所述涡流室与出口流体连通并且设置为用于使填充产品在引入所述容器期间置于涡流中。此外，所述装置具有阀锥，所述阀锥至少部分地设置在阀体中、限定轴向方向并且优选构成涡流室的壁部的至少一部分。气体通道沿轴向方向穿透所述阀锥。

阀锥优选沿轴向方向延伸穿过阀基体，其中表述“延伸…穿过”不应理解为：阀锥沿轴向方向在两侧突出于阀体。换言之，阀锥在轴向方向上的尺寸能够小于阀基体的尺寸。

阀锥优选沿轴向方向可移动地设置，以用于调节填充产品穿过出口的穿流量。为了该目的，阀锥例如与阀座共同作用，所述阀座能够是阀基体的一部分。

术语“流量调节”在此表示通过调节阀锥来改变流量，其中包括完全阻止流量，意即流量为零。因此，流量的二进制接通和关断与体积流的逐渐变化一样属于流量调节。阀锥的可调节性优选沿着由阀锥和出口确定的轴向方向平移地进行。阀锥能够在工作路径内逐渐调节。

在填充期间，容器嘴口通常位于出口的正下方。为了该目的，容器嘴口能够贴靠在阀基体的嘴口部段上。替选地，填充机构也能够用作为自由射流阀。

根据本发明，所述装置包括具有传感器头的传感器装置，所述传感器头设置为用于探测至少一个信号并且设置在气体通道中。

优选的是，传感器装置是填充机构的唯一的传感器，意即本发明允许：填充机构不具有另外的传感器，例如流量计或液位探针，因为在此阐述的传感器装置设置和设计为用于，使得在处理容器期间，不仅能够监控一个测量变量，而且优选监控多个测量变量。

使用放置在带有涡流室的填充机构的气体通道中的这种传感器装置能够实现机械工程上的简化，因为替换至今使用的传感器，例如用于流量、液位、容器探测(Flada)和压力的传感器并且同时能够借助一个传感器连续地监控在填充过程中的多个或者甚至所有步骤。由于更少的传感器和更少的变型方案，这引起更低的维护耗费、改进的可靠性和成本节约。

此外，在至今无法监控或仅能够不充分地监控的填充过程期间的步骤或流程，例如与定位和/或将容器压向填充机构的嘴口部段的过程相关的步骤或流程，能够通过传感器装置进行监控。

由于填充机构的紧凑结构，传感器头能够定位在距容器嘴口非常短的间距处，由此能够获得大的传感器视域。这进一步通过填充产品的涡流来支持，由此在灌装时形成稳定的“眼”，所述传感器头能够通过所述眼不受干扰地“透视”。

因为具有阀基体的填充机构既能够应用于壁式灌装也能够用于自由射流灌装或者应用于要在大气下灌装的产品，因此减少了用于不同应用的大量填充机构变型方案。因此减少了保养以及维护耗费和机器变型方案的数量。配备有在此描述的类型的填充机构的灌装设施能够普遍使用。借助所述灌装设施能够灌装大量各种不同的饮料、容器规格和材料(PET、玻璃、罐、蒸馏饮料、碳酸饮料等)。

优选地，传感器头具有发射/接收面，所述发射/接收面设置为用于朝向容器的方向发出发射信号并且接收通过发射信号引起的接收信号。通过发射信号引起的接收信号例如能够是发射信号的反射或者是通过发射信号引发的信号。换言之，根据该实施形式，传感器头将发射信号发送到定位在出口处或出口下方的容器中。容器、位于其中的气体或流体引起或影响例如信号的反射，所述信号又由传感器头探测到。现在能够从衰减、运行时间延迟、干涉等中推断出测量变量，例如距容器底部的间距、在容器中的填充高度、泡沫含量、泡沫高度、气体成分、气体压力、容器的结构特性等。

特别优选的是，发射信号是超声信号。换言之，传感器装置优选构成为超声反射扫描仪或超声传感器。在这种情况下，气体通道和容器壁形成用于超声信号的谐振空间。容器底部或液体表面用作为反射面。然而，传感器装置也能够应用不同的测量原理或测量方法，例如光学测量或基于雷达波或微波的测量方法。

优选地，所述装置具有评估装置，所述评估装置与传感器装置通信并且设置为用于从由传感器装置探测到的信号中推断出一个或多个测量变量。期望的测量变量能够例如从探测到的信号中计算，从功能上的关联或数据库中获取或者以其它方式确定。作为适宜的(多个)测量变量尤其考虑：容器中填充产品的填充高度；在气体通道以及容器中的气体压力、气体成分或气体浓度；在容器中的泡沫量/泡沫高度和/或泡沫特性；容器位置；容器的结构状态，意即例如容器是否有缺陷。在传感器装置和评估装置之间的通信能够模拟地或数字地、无线地或有线地进行。此外，传感器装置和评估装置能够一体地或通过分开的电子部件来实现。因此，评估装置例如能够与传感器头一起安装在唯一的传感器壳体中。

优选地，所述装置还具有填充机构控制器，所述填充机构控制器与评估装置通信并且设置为用于能够控制和/或调节容器的处理。通过传感器装置和评估装置确定的测量变量因此能够用于控制或调节填充过程。在此，处理优选包括以下步骤中的一个或多个：相对于填充机构定位所述容器；将所述容器以压力密封的方式压向阀基体的嘴口部段；通过气体通道将气体(例如CO₂、纯空气、氮气等)引入容器中，例如以便能够将容器冲洗、清洁和/或预加应力；通过气体通道从容器中抽出气体；在容器中产生过压；在容器中产生负压；将填充产品引入容器中；将容器减压；从阀基体的嘴口部段移除容器。

表述“将容器相对于填充机构定位”和“将容器以压力密封的方式压向阀基体的嘴口部段”不仅包括容器相对于填充机构的运动，而且替选地或附加地也能够包括使填充机构本身运动，以便能够到达在填充机构和容器之间的期望的相对位置或方位。

术语“过压”和“负压”主要应相对于彼此理解，然而它们也能够涉及常压。

评估装置能够是填充机构控制器的组成部分或者与其进行通信，以便能够控制和/或调节灌装过程。通信能够模拟地或数字地、有线地或无线地进行。评估装置和填充机构控制器能够是集中式或分散式的，是基于互联网和/或基于云的应用程序的组成部分，或者以其它方式实现，以及必要时访问数据库。评估装置和填充机构控制器例如能够通过计算单元以软件支持的方式实现。

优选地，涡流室具有环形形状，或者特定地具有环面形状，其横截面轮廓在延伸方向上以及垂直于延伸方向具有圆形形状。涡流室优选围绕阀锥基本上轴向对称地延伸。

换言之，涡流室壁部优选沿着其环轴线和垂直于环轴线在几何上基本上连续且可微分。表述“基本上”一方面是指：不可始终避免例如在主入口的嘴口区域中或可能的、在下文描述的副入口中的角部，并且另一方面几何术语，例如“可微分”、“角点”等不以理想数学的方式来解释。就此而言重要的是，所提及的涡流室的横截面轮廓不具有多边形，例如矩形形状。

要指出的是，“之下”、“下方”、“之上”、“上方”等空间说明与填充机构的安装位置有关，这通过重力方向明确地确定。其轴向方向在安装状态下至少与重力方向基本上一致。

根据该实施方案变型形式，阀基体既不需要涡流体，例如导向叶片或涡流通道，也不需要附加的流动引导装置，进而是非常紧凑、卫生并且能够对于分散的固体/液体混合物是耐受的，所述固体/液体混合物例如含有水果块、浆、水果纤维等。此外，由于弃用涡流体，在流动中的碎块大小几乎不受限制。由于在涡流室中可实现的高的湍流和相对小的表面，阀基体允许以最小的冲洗量完全冲洗阀内腔。此外，涡流室基本上不具有其中可能夹带芳香物质、水果碎块等的角部。由此也优化了可充分冲洗性。出于这些原因，阀基体特别适用于灵活的、容器式的填充产品改变，尤其通过可计量添加的组分。

优选地，涡流室如上所述具有环面形状。术语“环面”在此不仅涉及由圆形轮廓构成的旋转体，即使这是优选的，而旋转轮廓或旋转面同样能够是椭圆形、蛋形或以其它方式圆形的，只要弃用多边形角部和边缘。通过这种旋转对称的结构进一步支持均匀的涡流的构成以及可冲洗性。

涡流室优选围绕阀锥基本上轴向对称地延伸。在这种情况下，阀锥在中心穿透涡流室，由此阀锥以协同的方式构成形成涡流室的壁部的一部分。以这种方式，阀基体能够设计为更紧凑的，其中阀锥和涡流室的功能在结构上是一体的。

优选地，阀基体具有主入口，所述主入口切向地通入涡流室中并且设置为用于将填充产品或填充产品的主要组分引入涡流室中，使得填充产品在涡流室中置于涡流中。

术语“切向地”在此不需要主入口的在几何上完美的切向联接。而是在结构上有意义的是，能够使主入口以一定的角度通入涡流室中。重要的是，在这种情况下，入流方向基本上侧向地和在壁侧，以及不是从上方或侧向中心地进行，进而直接引起在涡流室中的涡流，意即环形流。

由于填充产品从主入口切向进入涡流室中，所述填充产品最佳地置于涡流中，由此填充产品因离心力被向外推动并且在从出口离开之后以螺旋运动在容器壁处向下流动。涡流室朝向出口的渐缩或收缩引起压力降低进而使涡流稳定。一方面，这会引起在环周上的均匀的、明确定义的涡流，而另一方面，其是流量的决定性确定因素。侧向、意即切向地通入涡流室中的主入口也在涡流室上方提供空间。所述空间是通畅的并且能够用于模块化地扩展阀基体，例如借助上述传感器装置，使得能够稍后实现用于具体应用的填充机构的变型方案形成或差异化，由此能够节省成本和资源。

优选地，至少涡流室的轴向外壁部连续且可微分地过渡到主入口中，以便能够优化涡流形成和可冲洗性。出于相同的原因，主入口在进入涡流室的嘴口的区域中优选具有与涡流室基本上相同的垂直于延伸方向的横截面轮廓。优选地，两个轮廓是具有基本上相同的直径的圆形。以这种方式，填充产品的切向输送最佳地过渡到在涡流室内的环流中。

优选地，出口是环形的，其中同样环形的涡流室逐渐朝向出口渐缩，因此在从出口离开之后，填充产品以螺旋运动在容器中向下流动。借助于填充产品在涡流室和出口之间的环形通道中的有针对性地加速，能够实现快速且受控的灌装。涡流室优选具有相对于环形出口的轴线轴向对称的形状。

优选地，阀基体具有阀座，其中阀锥和阀座设置为，使得阀锥在阻断位置中与阀座密封地接触，以用于完全封闭出口。在阀基体中集成流量调节和阻断功能允许减少构件并且简化产品路径。这引起更低的压力损失，并且有助于更温和的产品处理以及在填充过程中形成更少的泡沫。

优选地，阀锥具有锥形的出口轮廓，所述出口轮廓朝向出口渐缩并且至少部分地延伸到涡流室中。以这种方式，阀基体的结构形状是特别紧凑的。

优选地，阀基体具有一个或多个副入口，所述副入口通入涡流室中并且设置为用于相应地将填充产品的一种或多种附加组分引入涡流室中，使得所述附加组分在其中与主要组分混合。通过副入口将可能的附加组分直接在涡流室中混入，由此确保阀基体的良好的可冲洗性并且将可能的香味残留最小化。此外，填充机构因此特别适用于在灌装设施中的应用，所述灌装设施设置为用于灵活的计量和立即更换产品。

在这种情况下，填充产品由多种组分，即主要组分，例如水或果汁，和至少一种附加组分，如糖浆在填充机构的涡流室中直接混合在一起。在此，在灌装时，填充产品的附加组分被引入涡流室中并且在涡流下一起引入要填充的容器中。

将附加组分(多种附加组分)引入涡流室能够进行为，使得之前通过主供应装置输送的主要组分被向后挤压。主要组分的被挤压的体积例如借助于流量计确定，进而计量的组分(多种组分)的体积也是已知的和可控制的。在随后将填充产品灌装到容器中时，主要组分连同计量的组分一起从填充机构被完全冲洗到容器中，其中同时总填充量能够借助相同的流量计或传感器装置来确定。在下一灌装循环中能够重新确定填充量以及还有计量的组分量。因此能够实现个性化饮料的高度灵活和卫生的灌装，而基本上没有转换时间。

优选地，阀基体具有阀壳体，所述阀壳体形成限界涡流室以及出口的壁部的至少一部分，由此阀基体在结构上被简化并且是特别可靠的。阀壳体能够一件式地制成。优选地，阀壳体是铸造体。

优选地，副入口中的至少一个由在阀壳体中的开口形成。通过将计量组分的供应集成到阀壳体中不需要软管或附加的管路。以这种方式，以结构上简单和可靠的方式优化阀基体的可冲洗性，并且将可能的香味残留最小化。

优选地，阀基体具有由可变形的材料制成的膜片，所述膜片形成限界涡流室的壁部的一部分，优选在上部区域中。在优选为圆形的外轮廓上，膜片联接在阀壳体上，并且在优选同样为圆形的内轮廓上，所述膜片联接在阀锥上。除了上文提及技术效果之外，侧向，即切向地通入涡流室中的主入口在涡流室上方提供空间，所述空间能够用于安装膜片，所述膜片在上部区域中密封涡流室。

膜片由可变形的或柔性的材料制成，因此所述膜片能够跟随阀锥的轴向运动，并且同时确保卫生密封。阀锥的工作范围同时确定可变形性的程度，膜片的材料对所述程度有贡献。通过这种功能性，术语“柔性”、“可变形”等相对于膜片来确定。膜片的柔性和材料特性，尤其在聚四氟乙烯的情况下，即使在填充流非常小的情况下，也支持在涡流下灌装填充产品。在涡流下出现均匀的流量之前，在灌装过程开始时流量的可能的意外的局部最大值能够通过调节阀锥或通过位于上游的调节阀来抵消。

膜片的对称性还允许具有高的负载循环数的实施方案，如其对于填充机构通常所需的那样。优选地，膜片具有环形的夹紧部段，所述夹紧部段设置为用于固定在阀壳体上。

优选地，所述装置具有至少一个气体路径，所述气体路径侧向通入气体通道中。因此，例如能够将用于将加应力气体、冲洗气体等输送到气体通道的气体输入管路和用于从容器引出气体的气体输出管路设置为气体路径。一个或多个气体路径优选相应地构成为柔性软管，因此所述气体路径能够补偿阀锥的轴向运动。

一个或多个气体路径优选基本上直接在传感器头下方通入气体通道中。以这种方式，通过在气体通道中气体流的协同作用，能够阻止或至少减少传感器头的污染。

一个或多个气体路径能够切向地引入中央气体通道中。气体路径的这种切向布置引起在例如用水清洁操作中来有效地清洁传感器头。

上文提及的目的还通过一种用于处理容器的方法来实现，处理容器包括用填充产品优选在饮料灌装设施中的饮料来填充容器，其中该方法包括：提供根据上述实施方案变型形式之一所述的装置；将填充产品引入阀基体的涡流室中，并且将填充产品在涡流室中置于涡流中；将在涡流下的填充产品经由阀基体的出口从涡流室排出到容器中，由此使填充产品沿着容器内壁流入容器中；和通过传感器装置的传感器头探测至少一个信号，所述信号从容器通过气体通道传播。

关于装置描述的特征、技术效果、优点以及实施例类似地适用于该方法。

因此，出于上文提及的原因，从由传感器装置探测到的信号中优选推断出一个或多个测量变量，尤其是在容器中填充产品的填充高度和/或在气体通道以及容器中的气体压力、气体成分或气体浓度和/或容器中的泡沫量/泡沫高度或泡沫特性和/或容器位置和/或容器的结构状态。

优选地，出于上述原因，容器的处理包括以下步骤中的一个或多个：相对于填充机构定位容器；将容器以压力密封的方式压向阀基体的嘴口部段；通过气体通道将气体引入容器中；通过气体通道从容器中抽出气体；在容器中产生过压；在容器中产生负压；将填充产品引入容器中；将容器减压；从阀基体的嘴口部段移除容器。

从优选的实施例的以下描述中可见本发明的其它优点和特征。在此描述的特征能够单独地或者与上述特征中的一个或多个结合实施，只要这些特征彼此不矛盾。在此，参考附图对优选的实施例进行以下描述。

附图说明

通过对附图的下述说明详细阐述本发明的优选的另外的实施形式。在此示出：

图1示出具有传感器装置、评估装置和填充机构控制器的填充机构的示意性横截面视图；

图2示出具有涡流室、阀锥和膜片的填充机构的阀基体的立体侧视图；

图3示出图2中的阀基体的横截面视图；

图4示出根据另一实施例的具有涡流室、阀锥和膜片的阀基体的横截面视图；

图5示出图4的阀基体的俯视图。

具体实施方式

下面根据附图描述优选的实施例。在此，相同的、相似的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记，并且部分地放弃对这些元件的重复描述，以便能够避免冗余。

图1是用于用填充产品填充容器100的装置1的示意性横截面视图。装置1在本文中也称为“填充机构”或者包括填充机构。尤其将饮料，例如水、软饮料、啤酒、混合饮料等考虑作为要灌装的产品。特别优选地通过填充机构1灌装碳酸饮料。

填充机构1包括阀基体10。图2是阀基体10的立体图。图3以横截面视图示出阀基体10。

阀基体10具有构成为环形通道或环面的涡流室11。阀基体10还具有在图1、2和3的立体图中不可见的主入口12，所述主入口切向地或基本上切向地通入涡流室11中。主入口12从图4和5的实施例中得出。

在阀基体10的下部区域中，涡流室11渐缩成环形的出口13，填充产品在灌装期间从该出口流出并且流入放置在阀基体10下方的容器100中。

要指出的是，空间说明“之下”、“下方”、“之上”、“上方”等与填充机构1的安装方位相关，所述安装方位由重力方向明确地确定。此外，填充机构1或其阀基体10通过环形的出口13而具有明确限定的轴向方向，所述轴向方向在安装状态下至少基本上与重力方向一致。

通过将填充产品从主入口12切向地供应到涡流室11中，使所述填充产品置于涡流中，因此填充产品因离心力被向外推动，并且在离开阀基体10之后继续向外流动并且在容器壁处向下流动。涡流室11朝向出口13的渐缩或收缩一方面引起在环周上均匀、明确定义的涡流，并且另一方面是流量的决定性确定因素。如果能够调节渐缩的程度，尤其能够调节在出口13处的环形间隙的尺寸，因此能够实现集成的流量调节，必要时直至阻断。

上述流量调节能够如下实现：根据图1、2和3的实施例，阀基体10为了该目的而具有阀锥14，所述阀锥具有柱形的、朝向出口13渐缩的形状。邻接于涡流室11的环形间隙在内侧至少部段地由阀锥14的外环周面形成。在外部，环形间隙由阀壳体15限界或形成。根据本实施例，阀锥14设置为沿轴向方向，意即向上和向下移位。以这种方式能够扩大和缩小在出口13处的环形间隙。阀锥14的高度调节在工作范围内进行，意即在完全打开的位置和关闭的位置或最小流量的位置之间，优选无级地进行。如果通过阀壳体15的内部形状形成阀座16，所述阀座在填充机构1的闭合位置中与阀锥14密封地接触，则出口13能够完全封闭，由此实现阻断功能。

除了上述技术效果之外，侧向地、意即切向地通入涡流室11中的主入口12此外在涡流室11上方提供空间。所述空间是通畅的(unverbaut)并且能够用于安装膜片17，所述膜片在上部区域中密封涡流室11。

膜片17具有圆形外轮廓，所述圆形外轮廓经由固定机构直接或间接地联接在阀壳体15上。膜片17在径向内部固定在阀锥14上。膜片17由柔性材料制成，优选由聚四氟乙烯制成，由此所述膜片能够跟随阀锥14的轴向运动并且同时确保涡流室11的卫生的密封。膜片17的对称性还允许具有高的负载循环数的实施方案，如其对于填充机构1通常所需的那样。

阀基体10还具有气体通道18，所述气体通道沿轴向方向在中心穿透阀锥14。气体通道18用于引入气体，例如冲洗气体、加应力气体(Spanngas)等，并且同时用作为回流气体通道，以便能够输出可能的气体，所述气体在气体交换期间引出和/或在灌装期间从容器100中挤出。然而，气体通道18也能够实现为多通道结构，例如管中管结构，例如以便能够提供单独的输气和排气路径。

一个或多个气体路径18a、18b侧向通入气体通道中，即例如用于将气体--加应力气体、冲洗气体等--输送给气体通道18的气体输入管路18a，以及用于将气体从容器100输出的气体输出管路18b。气体路径18a、18b优选分别构成为柔性软管，由此所述气体路径能够补偿阀锥14的轴向运动。

阀锥14基本上直接终止于节流部位下方，意即形成出口13的环形间隙的最窄部位的下方，由此实现从单相间隙流动到容器100中的壁膜流动的限定的变化。因此形成液体的明确定义的、保持不变的导流边缘(Abrisskante)，更确切地说在具有最高流速的部位处。优选地，阀座16，意即阻断部位优选位于导流边缘的附近，由此将可能引起滴落的表面最小化。

阀锥14优选由聚四氟乙烯制成，由此由于低的表面能量而改进了流出行为。此外，如果阀壳体15由不锈钢制成，则即使在高的差压下通过这种材料对也能够确保完全密封。

除了阀锥14之外，阀基体10既不需要涡流体，例如导向叶片或涡流通道，也不需要附加的流动引导装置，进而是非常卫生的并且对于分散的固体/液体混合物是耐受的，所述固体/液体混合物例如含有水果块、浆、水果纤维等。此外，由于放弃涡流体，在流动中的碎块大小几乎不受限制。为了灌装较大的碎块，例如体积为5x5x5mm或更大的碎块，能够在填充过程期间灵活地提高阀锥升程。

阀基体10特别适用于上述壁式灌装，其中填充产品在容器内壁上螺旋状地向下流动。然而，配备有阀基体10的填充机构1也能够用作自由射流阀。在这种情况下，阀基体10能够用作卫生的调节阀，其方式为：将所述卫生的调节阀安装在相应的填充产品管路中，所述填充产品管路具有随后的平稳路段并且必要时在出口处的气体屏障。如果需要，能够通过径向而不是切向的主入口12去除涡流。

由于在涡流室11中能够实现的高的湍流和相对小的表面，阀基体10允许以最小的冲洗量完全冲洗阀内腔，尤其是涡流室11和沿填充方向与其邻接的出口13。出于该原因，阀基体10特别适合用于频繁的、例如直至以容器方式更换填充产品，尤其是能够计量的组分。由于特别好的可冲洗性，阀基体10也能够应用在无菌填充机中。

在阀基体10中集成调节和阻断功能允许减少构件和简化产品路径。这引起更低的压力损失，并且有助于更温和的产品处理以及在填充过程中形成更少的泡沫。

阀基体10的紧凑的结构类型还能够实现阀锥驱动装置的卫生的集成，并且必要时在阀头中，意即在涡流室11上方实现另外的控制功能，例如集成用于对容器100预加应力的气体阀，回流气体管路、减压管路、用于在填充机构1的区域中其他单独的控制功能的电磁阀，例如升高和降低阀、计量组分等。同样，例如能够在阀头中安装控制电路板，以实现分散式控制架构。

因为具有阀基体10的填充机构1能够以模块化的方式扩展并且此外也能够用于壁式灌装以及用于自由射流填充或用于要大气灌装的产品，所以减少了用于不同的应用的大量的填充机构变型方案。因此减少了保养以及维护耗费和机器变型方案的数量。配备有在本文中描述的类型的填充机构1的灌装设施是可普遍使用的。借助所述灌装设施能够灌装大量各种不同的饮料、容器规格和容器材料(PET、玻璃、罐、蒸馏饮料、碳酸饮料等)。

图4是根据另一实施例的具有涡流产生装置的阀基体10的横截面视图。阀基体10的俯视图在图5中示出。基本结构和与其相关的技术功能类似于图1、2和3的实施例。然而，与上述实施方案变型形式相比，根据图4和5的阀基体10具有扩展的功能范围。

因此，阀基体10具有两个另外的入口，所述入口在本文中被称为第一和第二副入口12a、12b。两个副入口12a、12b的数量仅是示例性的并且能够根据应用目的而变化。

副入口12a、12b能够实现将在本文中也称为附加组分(多种附加组分)的另外的组分直接输送到涡流室11中。为了能够计量附加组分的量，副入口12a、12b能够分别配备有计量阀19a。在图4的立体图中不能看到与副入口12b相关的计量阀，然而能够如计量阀19a那样构成。

通过副入口12a、12b，混入附加组分直接在涡流室11中进行，由此确保阀基体10的易于冲洗性并且使可能的香味残留最小化。通过将计量组分的供应集成到阀壳体15中，不需要软管或附加的管路。以这种方式，阀基体10特别适用于立即更换产品。

阀基体10在多个方面是模块化构造的，进而能够以简单的方式在功能上扩展和调整。膜片17具有夹紧部段17a，所述夹紧部段设置为用于固定在阀壳体15中。夹紧部段17a是环形结构，所述环形结构能够是膜片17的一件式组成部分或者作为单独的元件固定在其上。在径向内部的区域中，膜片17固定在阀锥14上。

优选的是用于阀锥14和膜片17的由聚四氟乙烯制成的材料对。膜片的柔性和材料特性在涡流下即使在非常低的填充流的情况下也支持灌装填充产品。此外，在涡流下出现均匀的流量之前，在灌装过程开始时抵消流量的可能的意外的局部最大值。结合由聚四氟乙烯制成的阀锥14，能够以短的填充时间实现均匀的、平稳的和无干扰的灌装，所述阀锥由于较小的表面能量而优化了排出行为。

模块化的结构允许：能应用和组合具有不同流动和灌装特性的不同的膜片17和/或阀锥14，而不必重新设计整个阀基体10。其余的阀基体10，尤其是阀壳体15，能够是不可改变的、标准化构件，而阀特性由于由阀锥14和膜片17构成的结构单元而简单地可变。以这种方式，例如涡流室11的尺寸，阀锥14的形状、尤其是其出口轮廓，阀锥14的预加应力位置和预应力能够通过膜片17等以简单的方式进行修改并且适配于期望的应用环境。

返回到图1和4，其中示出瓶状容器100在阀壳体15的嘴口部段15c上的可行的联接。容器100具有容器嘴口101，所述容器嘴口在壁式灌装模式下与嘴口部段15c接触，由此填充产品在灌装期间通过涡流室11置于涡流中，在离心力的作用下以螺旋运动在容器壁处向下流动。

上文阐述的切向的主入口12使阀基体10的上侧以某种方式通畅，使得能够构造一个或多个模块化的阀部件。此外，通过填充产品的壁式灌装，在容器100的轴线中的空间仅用气体填充，使得填充机构1的所述中心部段能够用于传感器装置20，下面结合图1阐述其结构和功能。

传感器装置20具有传感器壳体21，所述传感器壳体优选在阀锥14或气体通道18的延伸部中在中心向上延伸。传感器装置20还具有带有发射/接收面22a的传感器头22。

传感器装置20优选构成为超声反射扫描仪或超声传感器。在这种情况下，气体通道18和容器壁形成用于超声信号的谐振空间。容器底部或液体表面用作为反射面。然而，传感器装置20也能够实施不同的测量原理或测量方法，例如光学测量或基于雷达波或微波的测量方法。

由于填充机构1的紧凑设计，传感器头21能够定位在距容器嘴口101非常短的间距处，由此能够获得大的传感器视域S。这进一步通过填充产品的涡流来支持，由此在灌装时形成稳定的“眼”，所述传感器头21能够通过所述眼不受干扰地“透视”。因此使得两件事情是可行的，要么将传感器装置20直接用作为液位传感器，所述液位传感器检测在容器100中的填充产品的液体表面距传感器头22的距离，要么附加地安装液位传感器(在附图中未示出)。

一个、多个或所有气体路径18a、18b优选基本上直接在传感器头22下方通入气体通道18中。以这种方式通过在气体通道18中气体流的协同作用，能够阻止或至少减少发射/接收面22a的污染。

一个、多个或所有气体路径18a、18b能够切向地引导到中央气体通道18中。气体路径18a、18b在发射/接收面22a之前的这种切向布置引起在例如用水进行清洁操作中有效地清洁发射/接收面22a。此外，在正常运行中，传感器头22在不产生过度的泡沫的情况下在灌装期间仅与气态介质接触，然而不与液体接触。在容器100可能爆裂的情况下，传感器头22通过放置在气体通道18中而被良好地保护，以免受到处飞的碎片如玻璃片。

传感器装置20允许监控灌装过程的多个或者甚至所有步骤。为了该目的设有评估装置30，所述评估装置与传感器装置20通信并且设置为用于，能够评估传感器装置20的模拟的或数字的探测信号。因此，传感器装置20的探测信号能够例如由评估装置30用于推断出以下测量变量中的一个或多个：在容器100中的填充产品的填充高度；在气体通道18或容器100中的气体压力；在容器100中的泡沫量/泡沫高度或泡沫特性；相对于嘴口部段15c的容器位置；容器100的结构状态，即容器100是否完好或损坏。

评估装置30能够是填充机构控制器40的组成部分或与填充机构控制器进行通信，以便能够控制和/或调节灌装过程。通信能够模拟地或数字地、有线地或无线地进行。评估装置30和填充机构控制器40能够是集中或分散式的，是基于互联网和/或基于云的应用程序的组成部分或者以其它方式实施，以及必要时访问数据库。传感器装置20、评估装置30和填充机构控制器40能够一体地或通过分开的电子部件实现。因此，与图1中的视图不同，评估装置30例如能够安装在传感器壳体21中，并且评估装置30和填充机构控制器40例如能够以软件支持的方式通过计算单元来实现。

如果容器100相对于填充机构1的位置发生变化，例如在引入、挤压和取出容器100期间，则由传感器装置20接收到的信号也发生变化，由此能够监控和相应地控制伴随容器100的位置或方位变化的步骤。以这种方式，一旦容器100存在并且处于正确的位置上，则例如填充过程就能够自动开始。

由于声速与气体特性，例如成分、压力、温度等的相关性，气体交换、压力提高或降低/抽真空的步骤也能够通过传感器装置20监控并且相应地进行控制。

同样地，在容器100的填充和/或减压期间可能的泡沫形成能够通过传感器装置20来监控。

在所有容器100中监控和调节填充产品的剂量是可行的。填充速度的升高能够用作为调节变量。

容器缺陷，例如瓶子碎裂，同样能够通过传感器装置20识别。

传感器装置20的上述应用范围在基于超声波的发送和探测的测量原理的情况下给出。然而，应用范围能够完全或至少部分地也通过其它测量方法例如光学测量来实现。

使用这种放置在具有涡流室11的填充机构1的气体通道18中的传感器装置20能够实现机械工程上的简化，因为替代至今使用的传感器例如用于流量、液位、容器探测(Flada)和压力，并且同时在填充过程中能够借助唯一的传感器连续地监控多个或者甚至所有步骤。

此外，通过传感器装置20监控在至今无法监控或仅不充分地监控的填充过程期间的步骤或流程，其涉及例如将容器100定位和/或将容器100压向填充机构1的嘴口部段15c的过程。

由于更少的传感器和更少的变型方案，在填充机构1中使用唯一的传感器装置20引起更低的维护耗费和成本节约。

可行的是，传感器装置20既用于PET瓶也用于玻璃瓶、罐或其它容器类型，由此减少了传感器变型方案。

与电棒探针不同，也能够毫无问题地测量具有低的电导率的填充产品。

不需要使用流量计，例如成本密集的科里奥利质量流量计。

在分散式控制设计方案中，能够显著减少在评估装置30、填充机构控制器40和/或更高级别的设施控制器之间的必要的通信。也降低了对所允许的传输延迟的要求，因为例如不再必须传输用于灌装过程的开始信号。

只要适用，在实施例中示出的所有单个特征就能够相互组合和/或交换，而不会脱离本发明的范围。

附图标记列表：

1 用于用填充产品填充容器的填充机构/装置

10 阀基体

11 涡流室

12 主入口

12a 第一副入口

12b 第二副入口

13 出口

14 阀锥

15 阀壳体

15c 嘴嘴口段

16 阀座

17 膜片

17a 夹紧部段

18 气体通道

18a 气体路径

18b 气体路径

19a 计量阀

20 传感器装置

21 传感器壳体

22 传感器头

22a 发射/接收面

30 评估装置

40 填充机构控制器

100 容器

101 容器嘴口

S 视域

Claims (15)

1.一种用于处理容器(100)的装置(1)，处理容器包括用填充产品优选在饮料灌装设施中的饮料来填充容器(100)，其中所述装置(1)具有：

阀基体(10)，所述阀基体具有用于将所述填充产品引入所述容器(100)中的出口(13)和涡流室(11)，所述涡流室与所述出口(13)流体连通并且设置为用于使所述填充产品在引入所述容器(100)期间置于涡流中；

阀锥(14)，所述阀锥至少部分地设置在所述阀体(10)中、限定轴向方向，并且气体通道(18)沿轴向方向穿透所述阀锥，其中所述阀锥(14)优选沿轴向方向可移动地设置，以用于调节所述填充产品穿过所述出口(13)的流量；和

带有传感器头(22)的传感器装置(20)，所述传感器头设置为用于探测至少一个信号并且设置在所述气体通道(18)中。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述传感器头(22)具有发射/接收面(22a)，所述发射/接收面设置为用于朝向容器(100)的方向发出发射信号并且接收通过所述发射信号引起的接收信号，其中所述发射信号优选是超声信号、光学信号、雷达波或微波。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述装置还具有评估装置(30)，所述评估装置与所述传感器装置(20)通信并且设置为用于从由所述传感器装置(20)探测到的信号中推断出一个或多个测量变量，优选推断出：在所述容器(100)中所述填充产品的填充高度和/或在所述气体通道(18)以及所述容器(100)中的气体压力、气体成分或气体浓度和/或在所述容器(100)中的泡沫量/泡沫高度和/或泡沫特性和/或容器位置和/或所述容器(100)的结构状态。

4.根据权利要求3所述的装置(1)，其特征在于，所述装置还具有填充机构控制器(40)，所述填充机构控制器与所述评估装置(30)通信并且设置为用于控制和/或调节所述容器(100)的处理，其中所述处理优选包括以下步骤中的一个或多个：定位所述容器(100)；将所述容器(100)以压力密封的方式压向所述阀基体(10)的嘴口部段(15c)；通过所述气体通道(18)将气体引入所述容器(100)中；通过所述气体通道(18)从所述容器(100)中抽出气体；在所述容器(100)中产生过压；在所述容器(100)中产生负压；将所述填充产品引入所述容器(100)中；将所述容器(100)减压；从所述阀基体(10)的嘴口部段(15c)移除所述容器(100)。

5.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述涡流室(11)具有环形形状，优选为环面的形状，其横截面轮廓在延伸方向上以及垂直于延伸方向具有圆形形状，其中所述涡流室(11)优选围绕所述阀锥(14)基本上轴向对称地延伸。

6.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述阀基体(10)具有主入口(12)，所述主入口切向地通入所述涡流室(11)中并且设置为用于将所述填充产品或所述填充产品的主要组分引入所述涡流室(11)中，使得所述填充产品在所述涡流室(11)中置于涡流中。

7.根据权利要求6所述的装置(1)，其特征在于，至少所述涡流室(11)的轴向外壁部连续且可微分地过渡到所述主入口(12)中，和/或所述主入口(12)在进入所述涡流室(11)的所述嘴口的区域中具有与所述涡流室(11)基本上相同的垂直于延伸方向的横截面轮廓。

8.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述出口(13)是环形的，并且所述涡流室(12)逐渐朝向所述出口(13)渐缩，由此在从所述出口(13)离开之后，所述填充产品以螺旋运动在所述容器(100)中向下流动。

9.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述阀基体(10)具有阀座(16)，其中所述阀锥(14)和所述阀座(16)设置为，使得所述阀锥(14)在阻断位置中与所述阀座(16)密封地接触，以用于完全封闭所述出口(13)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述阀基体(10)具有一个或多个副入口(12a、12b)，所述副入口通入所述涡流室(11)中并且设置为用于相应地将所述填充产品的一种或多种附加组分引入所述涡流室(11)中，使得所述附加组分在其中与所述填充产品的主要组分混合。

11.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述阀基体(10)具有阀壳体(15)，所述阀壳体形成限界所述涡流室(11)以及所述出口(13)的壁部的至少一部分，并且所述阀基体具有由可变形的材料制成的膜片(17)，所述膜片形成限界所述涡流室(11)的壁部的另一部分并且联接在所述阀壳体(15)上的外轮廓上。

12.根据上述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述装置(1)具有优选构成为柔性软管的至少一个气体路径(18a、18b)，所述气体路径侧向、优选切向地通入所述气体通道(18)中，其中至少一个所述气体路径(18a、18b)优选直接在所述传感器头(22)的下方通入所述气体通道(18)中。

13.一种用于处理容器(100)的方法，处理容器包括用填充产品优选在饮料灌装设施中的饮料来填充容器(100)，其中所述方法包括：

提供根据上述权利要求之一所述的装置(1)；

将所述填充产品引入所述阀基体(10)的涡流室(11)中，并且将所述填充产品在所述涡流室(11)中置于涡流中；

将在所述涡流下的所述填充产品经由所述阀基体(10)的出口(13)从所述涡流室(11)引出到所述容器(100)中，由此所述填充产品沿着所述容器内壁流入所述容器(100)中；和

通过所述传感器装置(20)的传感器头(22)探测至少一个信号，所述信号从所述容器(100)通过所述气体通道(18)传播。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，从由所述传感器装置(20)探测到的信号中推断出一个或多个测量变量，优选推断出：在所述容器(100)中所述填充产品的填充高度和/或在所述气体通道(18)以及所述容器(100)中的气体压力、气体成分或气体浓度和/或在所述容器(100)中的泡沫量/泡沫高度或泡沫特性和/或容器位置和/或所述容器(100)的结构状态。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述容器(100)的处理包括以下步骤中的一个或多个：定位所述容器(100)；将所述容器(100)以压力密封的方式压向所述阀基体(10)的嘴口部段(15c)；通过所述气体通道(18)将气体引入所述容器(100)中；通过所述气体通道(18)从所述容器(100)中抽出气体；在所述容器(100)中产生过压；在所述容器(100)中产生负压；将所述填充产品引入所述容器(100)中；将所述容器(100)减压；从所述阀基体(10)的嘴口部段(15c)移除所述容器(100)。

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