专利名称：具有至少一个受控的空气腔室的充填机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及容器的充填机器领域。
本发明更特别涉及具有至少一个充填工位的容器的充填机器，该充填工位配有一个密封腔室用于接纳至少一个要充填的容器。在这类机器中，将腔室打开以便能装入或卸出容器，并将腔室再封闭以便能在容器的充填过程中控制腔室内的空气。腔室特别由一个其上通出一充填口的顶壁、一个基本圆柱形的侧壁和一个底壁限定。
这样的机器比如在专利申请WO-99/05061中已有描述。它特别能实现将需要在特定压力条件下倾析( re soutirés)的产品充填到容器中。
在饮食领域中，其实都知道，某些饮料比如啤酒应在低于大气压的压力下倾析，而另一些饮料比如碳酸化苏打水优选在高于大气压的压力下倾析。
具有受控的空气腔室的机器通过调节密封腔室的内部压力就能在充填过程中减小甚至消除容器内外压力差。这特别有利于由吹塑制得的热塑性材料容器的充填，尤其是如果这些容器在被充填之前刚刚制造出来并且其随温度完全稳定下来之前就被带到充填机器处。
本发明的目的是提出一种这样的机器的新设计，且特别是提出一种充填用的腔室的新设计，使得能够同时降低制造成本和使用成本，并使得该机器具有适合于不同尺寸的容器的优化功能。
基于这种目的，本发明提出一种上述类型的充填机器，其特征是，该机器包括用于改变封闭腔室的容积的装置。
本发明的其它特征为——底壁以可更换部件的形式来实现，并且，充填工位可以接纳各种底壁以便改变封闭腔室的容积；——腔室的打开和封闭是由侧壁的轴向滑动来实现的，而底壁保持不动；——底壁的轴向位置是可调节的，以便改变封闭腔室的容积；——底壁包括一个调节口，该调节口通向腔室内部，且穿过该调节口，腔室中的空气得以控制；——底壁安装在一个台柱上，当腔室打开时，底壁轴向朝下地支承在台柱上；底壁有轴向间隙地安装在台柱上，并且当腔室封闭时，底壁轴向朝下地贴靠在与侧壁相连的支承面上；——底壁的台柱包括一个轴向的管形支柱，该支柱的上端面具有一个基面，当腔室打开时，底壁可以支承在该基面上；底壁的调节口由一调节管道46连接到一个与管形支柱的底端相联结的接头上，并且调节管道位于管形支柱内部；——调节管道由一刚性管构成，其与底壁轴向地联结在一起，并且其有轴向间隙地安装在管形支柱内部；——侧壁包括一个底支座，该底支座滑动地安装到管形支柱上，以保证在打开的低位和封闭的高位之间导引侧壁；——充填工位包括锁定装置，在腔室封闭时，该锁定装置能将侧壁轴向地锁定在充填头上；——侧壁由两部分组成，在腔室打开或封闭时，该两部分沿相反方向移动；和——充填工位包括容器支撑装置，该支撑装置可在至少一个装入位置和一个充填位置间移动，在充填位置上，容器的内部与腔室的内部相隔离。
参照附图，本发明的其它特征和优点体现在以下详细描述中，附图中
图1至图3是本发明的机器的充填工位的第一实施方式的轴向剖视图，图中的充填工位依次展示为容器的装入/卸出位置、腔室的清空位置和充填位置；图4和图5是图1的D4和D5部分的详细放大视图；图6和图7是图3的D6和D7部分的详细放大视图；图8是与图3相类似的视图，其中，可以看出，充填工位配有一个适合于小尺寸的容器充填的腔室底壁；图9和图10是与图1和图3相类似的视图，其示出本发明的第二实施方式，该第二实施方式包括一个其轴向位置可调节的底壁；图11是本发明的第二实施方式的视图，其示出已调整的充填工位，用于小容积容器的充填；和图12和图13是与图1和图3相类似的视图，其示出本发明的第三图1到图8中示出了适合于本发明讲解的机器的第一实施方式。
更确切地说，在这些图中示出机器的充填工位10，而该机器可包括安装在转动的转盘上的许多充填工位。为更清楚地描述，可认为，转盘的转动轴是垂直的，而且容器是在垂直位置上充填。
在所示的例子中，转盘包括一个上板架12和一个下板架14。上板架12支撑一个指定的工位10的充填头15。该充填头15主要包括一个充填口16，该充填头15在此仅是示意性地示出，且其用于将一定量的产品充填到安放在充填口16之下的容器18中。产品的定量器可以是容积型、流量型或重量型。还可使用一种检测容器18的充填程度的定量器。
从图中可以看出，借助于夹紧装置将容器保持在充填口16之下，该夹紧装置安装在充填头15上，夹紧装置包括一个夹叉20，用于在容器颈底处的环状物22下方夹住容器18。其实，本发明的充填机器特别适合于热塑性材料比如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的瓶子的充填。
夹叉20安装在杆24的底端上，该杆24在图1和图2所示的容器18的装入或卸出低位和图3所示的充填高位之间在充填头15内垂直滑动。在低位处，颈部与充填口16脱开，而在高位处，容器18的颈部紧贴充填口16。
充填工位10的特征是，在充填过程中容器18被封闭在一个密封的腔室26内。这种布置的目的是，使不论从气体成分方面还是从气体压力方面都能够控制充斥容器18内外的空气。
正如从图3中可以看出，腔室26由一个具有垂直轴的圆柱形侧壁28以及其两端处的充填头15和底壁30限定。
为了能在腔室26中装入和卸出瓶子18，腔室26应能打开。按照本发明的第一实施例方式，其设计为，腔室的打开和封闭是通过侧壁28垂直地滑动来实现的，而底壁30基本保持不动。
实际上，可以看出，底壁30位于支柱32的顶端处，该支柱32从底板架14处起沿工位10的轴A1垂直伸展。正如下面将要说明的一样，在本发明的第一实施方式中规定，底壁30有轴向小间隙地安装在支柱32上。
侧壁28由一个轴向管34和上下两个套环36，38构成，该两个套环36，38由拉杆(图中没有显示)相互连接在一起，因而，管34被轴向地压紧在该两个套环之间。由于这种结构，可以考虑，由一种透明材料比如玻璃，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯制作管34。
下套环36包括一个导向支座，该支座在支柱32的圆柱外表面上轴向滑动。该支座还连接到一个气缸40上，该气缸40平行于充填工位的轴放置，且也能在腔室26的封闭高位和用于实现容器的装入或卸出的腔室26的打开低位之间控制侧壁28。
当然，要提供某些装置来一方面保证下套环36和支柱32间的密封，另一方面保证上套环38和充填头15间的密封，因为，在侧壁的高位处，上套环38会接触充填头15。
要注意到，下套环36包括一个滚轮42，在滚轮42被带着与转盘一起转动时，滚轮42用于与沿充填工位10的环形轨迹分布的凸轮滚道(chemin de came)(图中没有显示)配合。具有凸轮和滚轮的系统能按照转盘的轴周围的工位10的角位置很好地控制侧壁28的垂直位移，而气缸40仅用于提供移动所需的力。
按照该实施方式的另一个特征，对腔室26的内部的空气的控制是穿过底壁30来进行的。事实上，这种控制需要将腔室26的内部要么连到抽吸系统上，要么连到压缩气体源上。为此，底壁30包括一个调节口44，该调节口44由一调节管道46连接到一个与下板架14相联结的接头48的开口上。在这种情况下，接头48的开口被安放在支柱32的底端附近。
在示出的例子中，管道46由一刚性管制成，且其位于管形支柱32的内部。管道的顶端伸进底壁30的调节口44内，以便与腔室26相连通。一方面，管道46和底壁30相互密封地连接，而且另一方面，管道46与底壁30轴向地联结在一起。为此，将管道安装在支柱32的内腔中，以便管道沿轴A1被径向地导引的同时能轴向地滑动。因此，支柱32的顶端的内部形成管道46的顶端的导向支座50。同样，保证将支柱32固定在下板架14上的下基座52被布置成用来形成管道46底端所用的导向支座。
正如从图1到图3中可以看出，管道46的底端被轴向地封闭，但其配有径向通孔54，该通孔54将管道内部与一个在形成基座52的支座的部分内加工出的环形凹槽56相连通。基座52与管道46间的密封区57轴向地配置在凹槽56的两侧。凹槽56的轴向高度是这样不论管道的轴向位置怎样，管道46的通孔54总对着凹槽。其实可看出，管道46只是稍微移动。当然，基座52包括一个径向孔58，该径向孔58将凹槽56连接到外部，且其形成接头48的开口。
由于底壁30固定，就容易将调节口连接到各种高压或低压源上，而没有求助于有伸缩性的管道，当需要大的位移行程比如在运动的侧壁28的情况下，要使用这种有伸缩性的管道总是很复杂的。
而且，穿过底壁30而不是穿过充填头15来控制空气是有利的，因为这能够在充填头15上让出空间。再者，当将低压源连到腔室26上来抽空腔室时，就可利用重力作用来排出可能有的颗粒和尘埃。
最后，如果用液体充填腔室，调节口44自然就充当排出口。这种情况特别存在于如果机器包括一种所谓的“在线清扫”系统，通过该系统，在没有容器时，一个清扫用的液体环流形成在处于封闭位置的腔室中。
概括地说，在低压倾析的情况下，在一个本发明的机器上充填容器可按以下方式进行。在转盘转动时，所指定的充填工位首先位于一个装入区，在此区处，充填工位具有图1所示的打开的腔室26。然后，传送装置将一个被卡在夹叉20上的空容器送入腔室26中。正如在图2中可以看出，腔室26被封闭住，并且同时抽出腔室中容器内外所含的空气。按照图3所示，然后通过提升带有夹叉20的杆24，将容器18的颈口紧靠到充填口16上，这是为了将容器的内部密封地与腔室26的其余部分隔开。然后，充填就可以进行，此后，充填工位到达卸出区，其中，腔室26被打开以便能卸出已充满的容器。然后，充填工位再直接到达装入区。
按照本发明的第一实施方式所指的观点，而不管是否使用基本固定的底壁30，使用压力高于大气压的腔室26不会产生使两板架12、14相互分开的轴向作用力。
事实上，从图1、4和5中可以看出，当侧壁28处于低位时，底壁30轴向朝下支承在支柱32的顶端50上。相反，在侧壁28快到达高位之前，侧壁28的下套环36由其朝上的环面60正要贴靠着底壁30的下环面62。随着侧壁28继续向高位上升，侧壁28带着底壁30一起运动，底壁30因此从支柱32上被稍稍托起。当然，托起的程度不需要很大1毫米到5毫米的位移就足够。
一旦侧壁28处于高位，比如图3、6和7所示，充填头15的锁定挂钩64与上套环38的指状物65配合，从而保证将侧壁28和底壁30轴向地固定在充填头15上。这样，即使在腔室26内存在高压，底壁30上的压力在垂直朝下作用的情况下没有反作用到下板架14上。因为作用于腔室26的压力相互平衡，上板架12也就不再受这些压力的影响，因而完全没有必要特别地加固机器的结构。
通过比较图5和图7，可以看出，管道46与底壁30相联结，管道46的下端相对基座52移动。但是，由于这种移动很小，管道46的通孔54仍保持对着凹槽56，从而维持腔室26与接头48的开口相连通。
正如从图8中可以看出，当机器用于保证小尺寸的容器的充填时，图中示出一种特别简单的减小腔室26的内部容积的方法。
在这种情况下，其实，可用具有更大体积的底壁31来代替比如图1到图3所示的底壁30。因而，没有改变任何其它的机器零件，就减小了腔室26的内部容积。这样，当在高压下进行充填时，可以极大地减小在容器外部的腔室26部分中所需的气体量。当充填是在低压下进行时，可以极大地减少泵吸时间，亦即将正常大气压降低至充填压力所需时间。当然，在底壁30，31和送气管道46之间优选配用快速装卸装置，以便能按要充填的容器的体积来迅速改变机器配置。
当然，这种减小容积的方法也可用于文档WO-99/05061所述类型的的机器，在该机器中，每个腔室的底壁与侧壁连成一体。
在图9到图11中示出了本发明的第二实施方式，该第二实施方式比如可用于压力低于大气压的或轻微的高压的充填情况中。也可以在这种情况下使用充填应在大气压力下进行，但要在特定成份的气体中进行。
在这些情况中，不存在上下板架12，14的分离的问题，因此可以将腔室26的底壁30刚性地连接到下板架14上。这样，可选择将底壁30和管道46连接到一个台柱66上，该台柱66相对于下板架14的轴向位置是可调节的，比如通过一个螺杆/螺母系统68来调节。在示出的例子中，台柱66具有管状套筒的形式，腔室26的侧壁28在台柱66内被轴向地导引。当然，通过其控制腔室空气的通气管道46同轴地位于台柱/侧壁组合体的中央处，且其穿过台柱66的封闭下端朝下通出。通过这种结构，台柱66和底壁30总占据相同的相对位置。因而，正如比较图10和图11可以看出，随着台柱66相对于下板架12移动，底壁30或多或少地接近充填头15，这使得能够改变腔室26的容积。
这种实施方式特别有用，因为它对机器的所有充填工位仅用一个操作就能非常迅速地实现容积的改变。而且，如果希望不直接干预机器，比如在无菌环境或减少了污染的环境中工作的机器，还可远程控制这种操作。
可注意到，在该实施方式中，在腔室26充压时侧壁28不承受任何轴向作用力。因此不必要在高位处使用特殊的侧壁锁定装置。
而且，可看出，一直位于形成台柱66的套筒内部的侧壁28的下端包括一个由管道46密封地穿过的下横向壁70。同样，底壁30与侧壁28密封地接触。因此，横向壁70在底壁30和台柱66的下端之间限定了两个可变容积的环形室72，74。因此，能够将这些腔室当作双向作用的气缸来使用，从而控制侧壁28的移动，而横向壁70起着活塞的作用。
图12和图13示出发明的一个变换实施方式，其中，侧壁28分为高低两部分。相对于图13所示的封闭位置，可以看出，腔室26的打开是通过朝下收起侧壁的低部分76，和朝上收起侧壁的高部分78。因此，低部分76收起至固定的底壁30周围。高部分78收起至充填头15的周围。通过这种结构，侧壁28的每一部分76，78的行程变短，而且将整个轴向实体分成充填工位的高端和低端是更好的。
权利要求
1.容器的充填机器，其包括一系列充填工位(10)，每个充填工位(10)各自配有一个密封腔室(26)用于接纳一个要充填的容器(18)，其中，将腔室(26)打开以便能装入或卸出容器(18)，并将腔室再封闭以便能在容器的充填过程中控制腔室内的空气，并且，腔室(26)由一个带有充填口(16)和容器支撑装置(20)的顶端头部(15)、一个基本圆柱形的侧壁(28)和一个底壁(30)限定；该机器的特征是机器包括用于改变封闭腔室(26)容积的装置。
2.根据权利要求1所述的充填机器，其特征是，底壁以可更换部件(30，31)的形式来实现，并且，充填工位(10)可以接纳各种底壁以便改变封闭腔室(26)的容积。
3.根据以上权利要求中任一项所述的充填机器，其特征是，腔室(26)的打开和关闭是由侧壁(28)的轴向滑动来实现，而底壁(30)基本保持不动。
4.根据权利要求3所述的充填机器，其特征是，底壁(30)的轴向位置是可调节的，以便改变封闭腔室(26)的容积。
5.根据权利要求3或4所述的充填机器，其特征是，底壁(30)包括一个调节口(44)，该调节口(44)通向腔室(26)内部，且穿过该调节口，腔室中的空气得到控制。
6.根据权利要求3所述的充填机器，其特征是，底壁(30)安装在一个台柱(32)上，当腔室(26)打开时，底壁(30)轴向朝下地支承在台柱(32)上；底壁(30)有轴向间隙地安装在台柱(32)上；并且当腔室(26)封闭时，底壁(30)轴向朝下地贴靠在与侧壁(28)相连的支承面(60)上。
7.根据权利要求6所述的充填机器，其特征是，底壁(30)的台柱包括一个轴向的管形支柱(32)，该支柱的顶端具有一个基面，当腔室(26)打开时，底壁(30)可以支承在该基面上；底壁(30)的调节口(44)由一调节管道(46)连接到一个与管形支柱(32)的底端联结的接头(48，52)上；并且，调节管道(46)位于管形支柱(32)内部。
8.根据权利要求7所述充填机器，其特征是，调节管道(46)由一刚性管构成，其与底壁(30)轴向地联结在一起，并且其有轴向间隙地安装在管形支柱(32)内部。
9.根据权利要求7或8所述的充填机器，其特征是，侧壁(28)包括一个底支座(36)，该底支座(36)滑动地安装到管形支柱(32)上，以保证在打开的低位和封闭的高位之间导引侧壁(28)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的充填机器，其特征是，充填工位(10)包括锁定装置(64，65)，在腔室(26)封闭时，该锁定装置能将侧壁(28)轴向地锁定在充填头(15)上。
11.根据权利要求3至9中任一项所述的充填机器，其特征是，侧壁由两部分(76，78)组成，在腔室(26)打开或封闭时，该两部分沿相反方向移动。
12.根据以上权利要求中任一项所述的充填机器，其特征是，容器(18)的支撑装置(20，24)可在至少一个装入位置和一个充填位置之间移动，在充填位置上，容器(18)的内部与腔室(26)的内部相隔离。
全文摘要
本发明涉及容器的充填机器,其包括一系列充填工位(10),每个充填工位(10)各自配有一个密封腔室用于接纳一个要充填的容器(18),其中,将腔室打开以便能装入或卸出容器(18),并将腔室再封闭以便能在充填过程中控制腔室内的空气,并且,腔室由一个带有充填口(16)的顶端头部(15)、一个基本圆柱形的侧壁(28)和一个底壁(30)限定,该机器的特征是:机器包括用于改变封闭腔室(26)容积的装置。
文档编号B67C3/24GK1374925SQ00811919
公开日2002年10月16日 申请日期2000年8月14日 优先权日1999年8月23日
发明者迪迪尔·舍塔伊勒, 鲁道夫·圣－马丁, 安德烈亚·路皮 申请人:西德尔公司