JP6516671B2 - 充填要素並びに充填機械 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による缶等の容器に充填するための充填システム又は充填機械のための充填要素並びに請求項８の上位概念による充填機械に関する。

液状の充填物（例えばビール、ソフトドリンク等）を缶の形態の容器に充填するための、特にまた加圧充填するための充填機械は、異なった形成で知られている。高効率（単位時間当たりに充填される容器の数）の充填機械の場合は特に、充填要素の下で容器キャリヤの上又は横に配置されたそれぞれの容器と充填要素の間のシール位置が容器上へシールチューリップを降下させることによって行なわれ、このシールチューリップが、その際にシールでもって当該容器の開口縁にシールされるように当接し、これにより、特に容器開口と充填要素の排出口を包囲する、外に向かってシールされた空間を生じさせることが普通である。この場合、リング体によって構成されるシールチューリップは、充填要素ハウジングのハウジング部分に、充填要素軸の方向に、しかも上昇位置と降下位置の間を、移動可能に配置されている。リング体と充填要素ハウジングの間の移行部をシールするため、シールチューリップのリング体とハウジング部分の外面の間に、充填要素軸を同軸に包囲する少なくとも１つのスライドシールが設けられている。このスライドシールは、特にスライドシールの摩耗を少なく保つために、充填機械の作動中に常に水で潤滑しなければならない。しかしながらこの場合、潤滑のために必要な水が滴下により容器内にも達し、これが、顧客もしくは消費者によってますます危険に見られることを避けることができない。更に、スライドシールを介して缶等の容器に充填物を無菌、特に低温無菌充填する際に、汚れパーティクル、病原菌等が、容器又はこの容器を充填時に収容するクリーンルーム又は充填機械の無菌領域に達することも避けることができない。

独国特許出願公開第１０ ２００８ ０５７７５２号明細書 独国特許出願公開第１９ ０７ ２８３号明細書 米国特許第３ ８４５ ７９１号明細書 独国特許出願公開第２２ ０２ ２９２号明細書

本発明の課題は、シールチューリップと充填要素ハウジングの間のスライドシール及びこのシールと結びついた欠点を回避する充填要素を示すことにある。

この課題を解決するために、充填要素は、請求項１に応じて形成されている。充填機機械は、請求項８の対象である。

特にセンターチューリップとして形成された又は作用するシールチューリップの充填要素軸の方向の上昇した開始位置と下降した作動位置の間のストローク運動は、例えばプランジャを介して、例えばカム制御されて行なわれ、シールチューリップを充填中に容器の開口縁に当接させる押付け圧力は、少なくとも部分的に予圧圧力及び／又は充填圧力によって発生させられ、場合によってはプランジャを介して加えられる押付力によって支援される。

この場合、予圧圧力及び充填圧力によって発生させられる押付力は、実質的に有効な、即ちシールチューリップによってカバーされない容器の開口横断面を考慮したベローズの有効径によって決定され、ベローズの有効径の相応の選択により設定することができる。予圧圧力及び／又は充填圧力の変更によっても、この圧力から生じる、押付け力の成分は、設定及び／又はコントロールし、それぞれの容器に、特にその強度にも適合させることができる。

本発明の好ましい実施形態の場合、ベローズとシールチューリップとこれら要素によって包囲された充填要素ハウジングのハウジング部分の間に構成されたリング間隙に、少なくとも１つの通路が開口し、この通路が、充填システムのＣＩＰクリーニング及び／又はＣＩＰ殺菌時に、例えば液状のクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体のリング間隙への供給又はこのリング間隙からの排出のために使用される。この場合、通路は、好ましくはリング間隙の上端においてこのリング間隙に、特にベローズのそこでの固定部の領域に、開口する。好ましくは、この少なくとも１つの通路は、リング間隙に斜めに開口し、しかも、通路から流出するクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体が、リング間隙を上から下に向かって螺旋状の流れで貫流し、この螺旋状の流れが、その際に、その高い流速とその螺旋状の経過に基づいてベローズの内面全体を、この場合特にベローズのひだ内の面も最適にクリーニング及び／又は殺菌するようになっている。

本発明による充填要素は、特に缶等の容器に加圧重点するために、この場合特に高効率での加圧充填のためにも構想されている。

“加圧充填”とは、本発明の意味では、一般に、それぞれ充填すべき容器が、シール位置で充填要素に当接し、通常は本来の充填段階の前、即ち液体弁の開放前に、充填要素内に形成された少なくとも１つの制御されたガス経路を介して、圧力下にある予圧ガス（不活性ガスもしくはＣＯ２ガス）によって予圧され、次にこの予圧ガスが、充填中に容器に流入する充填物によってますます戻りガスとして容器内部空間から排除され、しかも同様に充填要素内に形成された少なくとも１つの制御されたガス経路を介して行なわれる、充填方法と理解すべきである。この予圧段階に対して、別の処理段階、例えば真空引き及び／又は不活性ガス、例えばＣＯ２ガス等による容器内部空間の洗浄が先行し、しかも同様に充填要素内に形成されたガス経路を介して行なわれる。

“シール位置に充填要素と共に存在する容器”は、本発明の意味では、それぞれ充填すべき容器の容器開口が、充填要素もしくはそこのシールチューリップに押し付けられつつ封止当接することを意味する。

“実質的”もしくは“ほぼ”との用語は、本発明の意味では、それぞれ正確な値からの±１０％の、好ましくは±５％の偏差及び／又は機能のために重要でない変化の形態の偏差を意味する。

本発明の発展形、利点及び適用の可能性は、後続の実施例の説明及び図からわかる。この場合、説明した及び／又は図示した全ての特徴は、単独でも任意に組み合わせても基本的に本発明の対象であり、請求項におけるその要約及びその引用に依存しない。また、請求項の内容は、明細書の構成要素にされる。

本発明を、以下で実施例の図に基づいて詳細に説明する。

本発明による充填要素の単純化した部分断面と充填すべき容器 ＣＩＰクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体の供給又は排出をするための通路又は孔の領域の充填要素ハウジングの断面の非常に単純化した概略図

図１には、液状の充填物、例えば炭酸を含有する充填物、例えばビール又はソフトドリンクを缶の形態の容器２に加圧充填するための充填機械の充填位置が図示されている。充填位置１は、特に充填要素３を有し、この充填要素は、同様の多数の充填要素と共に垂直な機械軸を中心として回転駆動されるロータ４の周囲に配置されている。充填要素３の下で、ロータ４にスタンド面５が構成され、このスタンド面上に、充填すべき容器２が、その底で直立している。

各充填要素３は、充填要素ハウジング６を有し、この充填要素ハウジング内に、特に充填物のための液体通路７が形成され、この液体通路は、図には図示してないその上の領域において、全ての充填要素３のために共通の、ロータ４に設けられた、充填物を提供する釜と接続され、その下の領域において充填物のためのリング状の排出口を構成する。

液体通路７内に、充填物の流れ方向で排出口８の前に液体弁９が設けられ、この液体弁は、実質的に液体通路７内の弁座と協働する弁体１０から成り、この弁体は、弁タペットとして使用されるガス管１１の下端の領域に形成されている。その軸が機械軸ＭＡに対して平行に整向された充填要素軸ＦＡ内に配置され、充填要素３の下側が開放したガス通路１２内に構成されたガス管１１と共に、弁体１０は、図に図示したその閉鎖位置から図示してない操作装置によって液体弁９の開放のために上昇させられ、液体弁９の閉鎖のために再び降下させられる。

充填要素ハウジング６は、その下の領域において、縮小された直径を有する管状のハウジング部分６．１を構成する。排出口８と液体弁９のための弁座が設けられたこのハウジング部分には、シールチューリップ１３が、充填要素軸ＦＡの方向に運動可能に設けられている（２重矢印Ａ）。シールチューリップ１３は、ハウジング部分６．１を包囲するリング体１３．１として形成され、このリング体は、端面側に拡大された外径を有する下のリング体部分１３．１．１に、充填要素軸ＦＡを同軸に包囲する内側のリングシール１４と、リングシール１４と充填要素軸ＦＡを同軸に包囲する外側のリップシール１５とを備えている。

シールチューリップ１３もしくはリング体１３．１と充填要素ハウジング６の間の移行部のシールのため、シールチューリップ１３の上のハウジング部分６．１を包囲するベローズ１６が設けられ、このベローズは、排出口８から更に離れて位置するその上縁でもって充填要素ハウジング６と結合され、排出口８の近くに位置するその下縁でもってシールチューリップ１３のシール１４及び１５とは反対の上側と結合されている。ベローズ１６は、適当な弾性を有する及び／又は柔軟な材料、例えばテフロンから製造されている。図１がまた示すように、シールチューリップ１３もベローズ１６も、間隔を置いてリング間隙１９を形成しつつハウジング部分６．１を包囲する。

ベローズ１６とハウジング部分６．１の外面の間に構成されるリング間隙１９の上の領域で、通路１８が開口し、この通路は、例えば充填機械とその充填要素３のＣＩＰクリーニング時に液状のクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体をリング間隙１９に導入するために使用され、その際媒体は、このリング間隙１９を、ベローズ１６の内面のクリーニング及び／又は殺菌のために軸方向の全長にわたって貫流する。通路１８は、この通路が斜めに、即ち充填要素軸ＦＡに対して垂直な平面Ｅに対して９０°よりも小さい角度αでリング間隙１９に開口するように形成されているので、ＣＩＰクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体は、通路１８から流出する際に、ハウジング部分６．１の外面の周方向のもしくは充填要素軸ＦＡを中心とした速度ベクトルを備え、この速度ベクトルに依存して、リング間隙１９を上から下に向かって螺旋状に貫流する。これにより、ＣＩＰクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体の十分高い流速並びに流れの螺旋状の経過を考慮すれば、ベローズ１６の内面全体が根本的及び最適にクリーニング並びに殺菌される。

通路１８は、例えば、既に充填位置におけるシール位置に存在する容器の洗浄及び／又は予圧のためにも使用することができる。

ハウジング部分６．１に、段部６．２を介して、ハウジング部分６．１と比べて拡大された外径を備えるハウジング部分６．３が続く。排出口８から最も離れて位置するベローズ１６の上の端部の固定のため、ベローズは、そこで例えばリング状のベローズ部分１６．１と一体的に製造されている。ベローズ部分１６．１は、段部６．２に形成された、充填要素軸ＦＡを同軸に包囲するリング状の切欠き２０内に収容され、そこで、充填要素軸ＦＡを同軸に包囲するクランプリング２１によりクランプすることによって固定されている。排出口８の近くに位置する下端において、ベローズ１６は、リング状のベローズ部分１６．２と一体的に製造され、このベローズ部分は、リング体１３．１内に達し、そこでリング体１３．１の内面の切欠き内でリング体と適当な方法で、例えば接着、クランプ、挟み込み、加硫、ネジ固定等によって、しかもベローズ部分１６．２の内面がリング体１３．１の接続する内面と面一又は実質的に面一になるように、結合されている。

その容器開口を充填要素３の下に配置されたそれぞれの容器２に充填するため、まずシールチューリップ１３が充填要素軸ＦＡ内で容器２上に降下されるので、リングシール１４は、容器開口を取り囲む容器又は開口縁２．１にシールされて当接する。

これにより、該当する容器２は、その際に調心され、該当する充填要素３におけるシール位置に存在する。シールチューリップ１３の制御された降下は、例えばカム制御されてプランジャを介して行なわれる。

同様に設けられたリップシール１５は、例えばＣＩＰクリーニングの場合には、その際に必要な洗浄キャップのシールのために使用される。

本来の充填の前に、充填要素３におけるシール位置に存在するそれぞれの容器２は、例えばガス通路１２を介して圧力下にある不活性ガス、例えば圧力下にあるＣＯ２ガスによって予圧される。予圧後に、本来の充填段階が、液体弁９の開放により導入され、この場合充填物によって容器２から排除される不活性ガスは、ガス通路１２を介して排出される。

シールチューリップ１３並びにベローズ１６の内側に位置するリング面に作用する予圧圧力及び／又は充填圧力により、シールチューリップ１３に対して押付け力が生じ、この押付け力は、場合によってはプランジャ１７を介して加えられる押付け力に対して付加的に作用し、シールチューリップ１３もしくはそのリングシール１４を開口縁２．１に押し付ける。従って、予圧圧力及び／又は充填圧力により、シールチューリップ１３もしくはそのリングシール１４を開口縁２．１に当接させる押付け力を設定することができる。

予圧圧力及び／又は充填圧力から生じる押付け力に対して決定的なベローズ１６の有効径は、内側のベローズ小径ｄｉと外側のベローズ大径ｄａに依存し、（（ｄｉ^２＋ｄａ^２）／２）の平方根に一致する。

ベローズ１６を有する充填要素３の形成により、スライドシールを有するハウジング部分６．１におけるシールチューリップ１３のこれまで普通の滑りガイドとこれから生じる欠点が回避される。

既に従来の充填要素に対して構想された既存の充填機械において、これら従来の充填要素の代わりに充填要素３が使用される場合は特に、有効径が従来の充填要素のスライドシールのスライド直径に一致するように、ベローズ内外径ｄｉもしくはｄａを相応に選択することによって、ベローズ１６の有効径を設定することが合目的である。

本発明を、前述のように実施例で説明した。本発明の根底にある発明思想から離れることなく多数の変更並びにバリエーションが可能であることがわかる。

１ 充填位置
２ 容器もしくは缶
２．１ 開口縁
３ 充填要素
４ ロータ
５ スタンド面
６ 充填要素ハウジング
６．１ ハウジング部分
６．２ 段部
６．３ ハウジング部分
７ 液体通路
８ 排出口
９ 液体弁
１０ 弁体
１１ ガス管
１２ ガス通路
１３ シールチューリップ
１３．１ シールチューリップ部分
１３．１ リング体
１３．１．１ リング体部分
１４ リングシール
１５ リップシール
１６ ベローズ
１６．１，１６．２ ベローズ部分
１７ プランジャ
１８ 通路
１９ リング間隙
２０ 段部６．１の切欠き
２１ クランプ又は固定リング
Ａ シールチューリップ１３のストローク
ＦＡ 充填要素軸
ＭＡ 機械軸

Claims (6)

1. ハウジング部分（６．１）にそれぞれの容器（２）内へ充填物を制御しつつ排出するための少なくとも１つの排出口（８）を備える充填要素ハウジング（６）と、充填要素軸（ＦＡ）の方向にハウジング部分（６．１）に対して相対的に上昇位置と容器（２）の開口縁（２．１）に対するシール位置のための降下位置の間を移動可能なシールチューリップ（１３）と、シールチューリップ（１３）と充填要素ハウジング（６）の間の移行部をシールするためのシール手段とを有し、充填要素ハウジング（６）内に、ガス管（１１）が配置され、充填要素ハウジング（６）とガス管（１１）の間に、充填物のための液体通路（７）が構成され、ガス管（１１）内に、予圧ガスの供給及び排出をするためのガス通路（１２）が形成されている、液状の充填物を缶等の容器（２）に充填するための充填システム又は充填機械の充填要素において、
   シール手段が、充填要素軸（ＦＡ）を包囲するベローズ（１６）によって構成され、このべローズが、一端でもって充填要素ハウジング（６）と封止結合され、他端でもってシールチューリップ（１３）と封止結合されていること、及び、シールチューリップ（１３）とベローズ（１６）が、ハウジング部分（６．１）の外面とシールチューリップ（１３）並びにベローズ（１６）の内面の間のリング間隙（１９）を形成しつつ、ハウジング部分（６．１）の外面又は外周面を包囲し、予圧及び充填中、シールチューリップ（１３）が、容器（２）の開口縁（２．１）に当接し、シールチューリップ（１３）並びにベローズ（１６）の内側に位置するリング面に作用する予圧圧力及び充填圧力により、シールチューリップ（１３）もしくはそのリングシール（１４）を開口縁（２．１）に当接させる押付け力が発生もしくは設定可能であること、及び、ベローズ（１６）の、排出口（８）から遠くに離れて位置する端部が、充填要素ハウジング（６）のハウジング部分（６．１）とこのハウジング部分に比べて拡大された外径を備える別のハウジング部分（６．３）との間の段部（６．２）に形成されたリング状の切欠き（２０）内に収容され、ハウジング部分（６．１）から切欠き（２０）への移行部内で、切欠き（２０）の内径及びハウジング部分（６．１）の外径が縮小され、シールチューリップ（１３）から離れて位置するリング間隙（１９）の端部を構成する切欠き（２０）の底面において、ＣＩＰクリーニング時に液状のクリーニング媒体及び／又は殺菌媒体をリング間隙（１９）に導入するために使用される少なくとも１つの通路（１８）が開口すること、を特徴とする充填要素。
2. ハウジング部分（６．１）の外面又は外周面が、円形シリンダ状に又は実質的に円形シリンダ状に形成されていること、を特徴とする請求項１に記載の充填要素。
3. 前記少なくとも１つの通路（１８）の軸が、そのリング間隙（１９）への開口部において、充填要素軸（ＦＡ）に対して垂直に整向された仮想の平面（Ｅ）と９０°よりも小さい角度（α）を成し、この軸が、同時に充填要素軸（ＦＡ）に対して平行又は実質的に平行な平面内に配置されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の充填要素。
4. ベローズ（１６）の、排出口（８）から遠くに離れて位置する端部が、段部（６．２）の領域もしくは切欠き（２０）内に、保持リング又はクランプリング（２１）と充填要素ハウジング（６）の間に挟み込むことによって保持されていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充填要素。
5. ベローズ（１６）の、排出口（８）の近くに位置する端部が、充填要素軸（ＦＡ）をリング状に包囲するベローズ部分（１６．２）でもって、シールチューリップ（１３）を構成するリング体（１３．１）内へ達し、このリング体（１３．１）の内面で、そこの切欠き内でシールチューリップ（１３）と封止結合されていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の充填要素。
6. 回転する搬送要素、即ち垂直な機械軸（ＭＡ）を中心として回転するロータに設けられた、それぞれ充填位置（１）を構成する複数の充填要素（３）を有する充填システムによって液状の充填物を缶等の容器（２）に充填するための充填機械において、
   充填要素（３）が、請求項１〜５のいずれか１項により形成されていること、を特徴とする充填機械。

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