专利名称：背压灌装设备和用于背压灌装的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的背压灌装设备和一种如权利要求11前序部分所述的用于背压灌装的方法。
背景技术：
一种由DE 4 312 367 A已知的灌装设备能够在一个处于大气压下的灌装模式(用于无气体-stille-饮料)与一个背压灌装模式(用于含气体-impraegniete，例如含CO2的饮料)之间进行转换。为了在大气压下灌装，或者在灌装接管上安装一个长管，它通过在灌装时不密封的瓶口一直插入到靠近瓶底部，或者通过一个完整流束锥体作为封闭部件工作，以使不密封的饮料管以一个自由的完整流束(Vollstrahl)充填。该锥体通过一个促动器在一个灌装位置与一个封闭位置之间调节。为了进行背压灌装，将瓶口密封在一个定心罩里面同时插进一个使封闭锥延长的、空心的短管直到靠近瓶颈下面。含气体的饮料以一个圆环形横截面的流束在外面沿着短管而在内部沿着瓶颈灌入，其中该短管具有一个端部锥体，用于将饮料导引到瓶壁上。在开始灌装之前必要时冲洗并且产生一个超过大气压的预压应力，直到封闭部件最终打开并流束开始流动。一旦流入了通过一个计量室确定的饮料体积并且已经将封闭锥关闭，则结束灌装。处于背压下的来自瓶子的返回气体(Rueckgas)通过短管排出。
所述背压模式表明了目前在排出含气体饮料时由实践得出的知识，可能由于起泡的倾向使含气体饮料在正压下沿着一个嵌入瓶子的导流部件导引并使返回气体在空心流束的核心处导出。而与此相反，迄今对于含气体饮料根本不考虑通过一个自由的完整流束的灌装并且没有嵌入到瓶子里面的导流部件。在由EP 0 559 513 A已知的排出接管中，通过在灌装接管和封闭部件上的共同作用的锥面产生一个由一个不含气体饮料构成的定向的完整流束。在由WO 00/58198已知的用于不含气体饮料的完整流束-灌装设备中，在灌装接管的出口下方没有设置密封装置。一个通到灌装接管入口外侧面的流体通道用于清洁灌装设备。
目前在灌装瓶装含气体饮料时总是由此出发，即一个自由的完整流束对于这种饮料类型是完全不适合的，尽管完整流束能够实现一个值得期望的高灌装率。对于这种评价的一个原因在于含气体饮料的起泡倾向和排出挤出或释放的返回气体的问题。
发明内容
本发明的目的是，给出一种上述形式的背压灌装设备以及一种用于背压灌装瓶装含气体饮料的方法，其中，通过设备上微少的费用实现高的灌装率。
上述目的通过权利要求1和方法权利要求11的特征得以实现。
因为完整流束-锥体通过灌装接管形成一个含气体饮料的完整流束，它无接触地通过瓶颈一直对准到瓶底，通过设备上微少的费用对于含气体饮料也实现一个非常高的灌装率。所述密封装置负责用于在瓶子内腔中建立预应力、对于灌装过程所需的密封，其中例如产生一个约3至4巴的预压应力或背压。因为自由的完整流束无接触地穿过瓶颈并且对准瓶底，可以使返回气体无问题地在完整流束旁边到达流体通道，它能够使返回气体从灌装接管以外压力控制地流出，而不会干扰完整流束的流入。因为所述完整流束直接冲击到瓶底上并均匀地散开，所以使灌装过程非常和谐地相对于处在其上方的张力气体(Spanngas)的压力垫进行。该灌装过程适宜地通过一个体积测量装置或一个质量-流量测量装置结束，只要达到所期望的料位或者灌装到一个所期望的灌装体积。
按照本方法，所述自由的完整流束可无接触地通过瓶颈流入直到瓶底，其中返回气体主要在外部沿着完整流束受控地排出，而不会干扰尽可能层流的完整流束。不会导致明显的起泡效应，因为含气体饮料沿着其流动路径从灌装接管直到瓶底都处于预加压力下，它只有在结束灌装以后才消除。通过这种方法对于强烈含气体饮料也能够达到特别高的灌装率。
显而易见，所述背压灌装设备当然也可以没有明显的改装措施地随时用于以完整流束将不含气体饮料灌装到不密封的瓶子里面。另外，这是按照本发明的背压灌装设备的一个主要优点，因为如果代替一种含气体饮料必需灌装一种不含气体饮料或者反过来的时候，在很大程度上省去时间耗费和工作强烈的转换。
所述自由完整流束的横截面应该为瓶颈内横截面的约35％至70％，最好约45％至50％。通过这种方法一方面能够可靠地排除干扰流束的与瓶颈内壁的接触，另一方面空出用于排出返回气体的足够大的横截面。尽管对于圆的瓶颈所述完整流束适宜地同样可以是圆的，但是不排除，对于完整流束选择一个其它的横截面形状。
所述密封装置适宜地设置在一个与灌装接管同心的用于瓶口的定心罩里面。该定心罩保证，瓶颈和瓶口精确地对准灌装接管的出口并且使完整流束不接触瓶颈的内壁。
一个在完整流束锥体上的封闭密封部件在封闭位置建立一个可靠密闭的密封，例如一个O形圈。
在装配技术上有利的是，所述定心罩具有一个可拆卸地安装在外壳上的用于密封装置的固定环。当例如为了灌装不含气体饮料进行转换时，则可以将具有密封装置的固定环或定心罩快速且舒适地去除。
在装配技术上还有利的是，所述密封环夹紧在固定环与一个支承环之间，该支承环具有一个大于灌装接管出口的通孔，由此使支承环不妨碍完整流束。此外能够利用支承环，以便围绕灌装接管的入口限定一个环形腔，它与流体通道连通，从而无问题地排出返回气体。
为了实现一个完好的密封推荐，在支承环与外壳之间同样设有一个密封件。
所述流体通道通到一个具有至少一个控制阀的一个压力控制系统。该控制阀精确地控制瓶子中的背压。
所述完整流束锥体在一个灌装腔内部通过一个杆与一个直线促动器连接，它至少保持封闭位置并且必要时用于结束灌装过程或者用于启动灌装过程，如果为此不需要利用背压控制的时候。必要时所述完整流束锥体通过一个封闭弹簧在封闭方向上加载。
在完整流束锥体上可以设有压力加载面，并且使它们这样相互协调，使得至少可以通过压力控制装置准确地控制灌装过程的开始。
对于执行灌装方法重要的是，所述自由完整流束与瓶颈轴线至少基本同轴地取向，由此使完整流束基本向着所有侧面都与瓶颈内壁保持相同的距离，并且也在瓶底中心地向着所有侧面均匀地散开。
按照本方法，所述完整流束还应该通过一个横截面构成，它为瓶颈内横截面的约35至70％、最好约45至50％。
为了在完整流束中产生一个整齐的层流并因此产生尽可能少的边缘脱离，所述完整流束通过灌装接管中至少一个锥段并通过在其灌装位置的完整流束锥体构成。
借助于附图详细描述本发明内容的一个实施例。附图中图1以一个示意局部剖视图示出一个背压灌装设备，在开始碳酸饮料灌装过程之前，图2示出按照图1的背压灌装设备在灌装过程期间，图3示出按照图1的灌装设备在开始不含气体饮料灌装过程之前的第一实施例，图4示出按照图1的灌装设备在不含气体饮料灌装过程期间的第二
具体实施例方式
一个在图1和2中局部剖视示出的背压灌装设备G准备用于一个背压灌装模式，以便对瓶子F配量地灌装一种含气体的、在一个容器27中处于压力下的饮料B。对于含气体饮料，在这里可以理解为一种饮料，它含有CO2、O2、N2或一种类似气体或混合气体，典型的是啤酒。
但是，所述背压灌装设备G能够舒适且快速地转换到灌装不含气体饮料如无气体的矿泉水、牛奶或类似饮料而无需背压。
每个待灌装的瓶子F具有一个瓶颈1，它具有一个位于上部的、在这里圆环形的瓶口2和一个瓶底3，该瓶底例如是中心凸起的。瓶颈1和瓶口2的内径D例如为21mm。
为了进行灌装，将瓶子F由一个固定和顶压装置4例如在一个支承环下面在瓶颈1处抓住并从一个在图1所示的位置抬起到一个外壳5的下面。
在外壳5中构成一个灌装腔6，在其中可高度移动地设置一个封闭部件V。所述灌装腔6具有至少一个下部的锥段7，它过渡到自身的、通向外壳5底面上的灌装接管8。在外壳5底面上与灌装接管8入口同心地可拆卸地安置一个定心罩。该定心罩由一个贴靠在外壳5上的、必要时在外壳上密封的支承环9和一个固定环10组成，该支承环围绕灌装接管8的入口限定一个环形腔K，该固定环通过可拆卸的固定部件如螺栓将一个密封装置11相对于支承环9夹紧。所述密封装置11例如是一个由弹性体材料制成的成型的密封环，它具有一个大于灌装接管入口的内孔。所述支承环9也具有一个通孔，它大于灌装接管8的入口。
所述封闭部件V由完整流束锥体12构成，它与锥段7共同作用并且具有一个圆周侧的密封件16、例如一个O形圈。该完整流束锥体12通过一个杆13与一个直线促动器14连接，并且必要时可以通过一个开启弹簧(Offnungsfeder)加载。一个输送通道15从灌装腔6通到压力容器27。该灌装通道15在所示的实施例中穿过一个体积测量装置M，通过它例如启动直线促动器14以封闭，只要已经灌装了给定的配量。在外壳5中一个流体通道17延伸到环形腔K，其中流体通道17的入口定位在环形腔K里面灌装接管8的入口以外。该流体通道17通到一个具有至少一个控制阀18至22的控制装置S。该控制系统还连接到一个冲洗气体通道、排气通道或回气通道23以及一个分开的预应力通道(Vorspannkanal)24。
所述控制阀18用于调节到一个快速的单腔灌装模式，并且也可以选择作为预应力阀通过流体通道17通到在图2中通过顶压装置与密封装置11处于密封接触的瓶子F里面。所述控制阀19用于调节到一个缓慢的单腔灌装模式，并且同样也可以选择作为预应力阀。所述控制阀20是一个冲洗气体阀、排气阀或清洁气体阀。所述控制阀21用于控制一个快速的多腔灌装模式。所述控制阀22仅用于调节到一个缓慢的多腔灌装模式。
在图2中，所述瓶子F通过灌装管道15和灌装腔6在背压下用来自压力容器27的含气体饮料B灌装。在灌装时，抬起的完整流束锥体12通过锥段7产生一个直的且自由的完整流束，它从灌装接管8的入口与瓶子轴线同轴地流出并且无接触地穿过定心罩以及瓶口2和瓶颈1并且直接对准瓶底3。所述自由的完整流束ST具有一个外径d，它相对于例如约21mm的瓶颈1内径D约为14至15mm。这意味着，在这里圆形的完整流束ST的横截面对应于瓶颈1和瓶口2的内横截面的约35％至70％，最好约45％至50％。在完整流束ST与瓶颈1内壁之间空出一个用于返回气体E的通流路径W，该返回气体进入环形腔K然后通过流体通道17经由打开的控制阀21、22排到冲洗气体通道、排气通道或返回气体通道23中，其中在瓶子F中保持一个例如3至4巴(bar)的背压。通过操纵直线促动器14并调节完整流束锥体12到封闭位置，从而结束灌装过程。
通过在瓶口2顶压在密封装置11上后经由流体通道17通过从预应力通道24打开预应力阀18、19而在瓶子F中建立3至4巴的背压，从而开始灌装过程。所述封闭部件V具有一个可通过饮料B的灌装压力加载的封闭压力加载面和一个可通过预加压力在环形腔K中加载的打开压力加载面。该打开压力加载面例如由于杆13而大于封闭压力加载面。一旦预加压力克服封闭压力，则使完整流束锥体12抬起并且完整流束开始流动。在灌装过程之前如果需要的话可以通过流体通道17冲洗瓶子，如同在结束灌装过程之后也可以通过打开阀门20进行卸载一样。此外，所述流体通道17可以用于清洁背压灌装设备，其中代替固定环10可以装配一个遮盖罩。此外代替通过压力加载面自动打开，在完整流束锥体上通过直线促动器在一个对于预应力足够的时间间隔过后实现一个强制打开。
如果要将按照图1和2的背压灌装设备G转换成用于灌装不含气体饮料，则只需去除定心罩，即固定环10和支承环9与密封装置11。此外，附加地或取而代之地将顶压装置4转换到另一升程或者另一终端位置，因为为了以完整流束ST进行灌装，在瓶口2上无需密封接触。但是如果期望，也可以无须改装密封接触和背压地灌装不含气体饮料。
在图3中示出如何将按照图1的灌装设备G转换到灌装不含气体饮料。为此这样调节固定和顶压装置4的上部终端位置，使得瓶口2在其灌装位置以一个例如约5mm的小间距处于定心罩的固定环10的下面。这个高度位置通过点划线25表示。这一点例如通过将一个开缝的、弹性的间隔套26卡到升降气缸28的活塞杆上实现。在这个升降气缸通过只作用于灌装机的入口和出口区域的下降凸轮(Absenkkurve)29释放以后，该间隔套26作为用于气动提升的升降气缸28的止挡起作用。
因此所述瓶口2在实际的灌装过程期间与密封装置11没有接触，而是处于与大气连通。因此在完整流束ST进入到瓶子3里面时被排挤出的空气直接选出到环境中。
因为在上述的灌装设备G的调节中所述瓶口2在任何时间都不进入到定心罩里面，因此也可以完全放弃瓶子F的升降运动。对此仅需使升降气缸28的下部终端位置与固定和顶压装置4在结构上这样设计，使得瓶口2在升降气缸28完全排气时占据水平位置25。在这种情况下，在将灌装设备G从背压灌装转换到大气灌装时仅需使所有升降气缸28排气。
在图4中示出另一可能性，如何将按照图1的灌装设备转换到灌装不含气体饮料。在这里，在松开固定螺钉或一个适合的快速锁紧机构以后完全去除由支承环9、固定环10和密封装置11组成的定心罩，由此露出灌装接管8。所述升降气缸28的上部终端位置通过固定装置4这样确定，使得瓶口2在灌装位置与外壳5的底面具有几毫米的距离。这一点例如通过使用相应的间隔套26或通过升降气缸28上部终端位置的一个相应的结构上的设计实现。在此仅需注意，对于已安装的定心罩，行程足够于将瓶口2以足够的压力顶压在密封装置11上。因此在这种情况下，通过取下或安装定心罩也能够实现简单、快速的转换。
权利要求
1.一种用于从一个与一可调节的封闭部件(V)共同作用的灌装接管(8)用含气体饮料(B)灌装瓶子(F)的背压灌装设备(G)，它具有一个在灌装接管(8)与由一个顶压装置(4)至少在预加应力和灌装时可与其瓶口(2)置于密封接触的瓶子(F)之间的密封装置(11)，其特征在于，所述封闭部件(V)是一个定位在瓶口(2)以上的每个位置上的完整流束锥体(12)，该完整流束锥体在灌装位置通过灌装接管(8)产生含气体饮料(B)的一个无接触地通过瓶颈(1)一直对准瓶底(3)的完整流束(ST)，其横截面对应于瓶颈(2)的内横截面的一个给定部分并且在瓶颈(2)中限定一个气体返回路径(W)，并且一个至少用于返回气体(E)的流体通道(17)通向灌装接管(8)外部和密封装置(11)内部。
2.如权利要求1所述的背压灌装设备，其特征在于，所述完整流束(ST)的横截面对应于瓶颈(2)的内横截面的35％至70％，最好为约45％至50％，并且最好所述完整流束(ST)具有一个圆横截面并至少与瓶颈轴线基本同轴地定向。
3.如权利要求1所述的背压灌装设备，其特征在于，所述密封装置(11)设置在一个与灌装接管(8)同心的用于瓶口(2)的定心罩中。
4.如权利要求1所述的背压灌装设备，其特征在于，所述完整流束锥体(12)为了与灌装接管(8)的一个锥段(7)共同作用而具有一个封闭密封部件(16)，最好是一个O形圈。
5.如权利要求3所述的背压灌装设备，其特征在于，所述定心罩具有一个可拆卸地固定在一个包含灌装接管(8)的外壳(5)上的固定环(10)，用于构成为密封环的密封装置(11)。
6.如权利要求5所述的背压灌装设备，其特征在于，所述密封环夹紧在固定环(10)和一个最好与固定环(10)分开的支承环(9)之间，并且该支承环(9)具有一个大于灌装接管(8)出口的通孔并与外壳(5)限定一个环形腔(K)，在其中设置流体通道(17)的至少一个入口。
7.如权利要求6所述的背压灌装设备，其特征在于，在支承环(9)与外壳(5)之间设有一个密封件。
8.如权利要求1所述的背压灌装设备，其特征在于，所述流体通道(17)通到一个具有至少一个控制阀(18至22)的控制系统(S)。
9.如权利要求1所述的背压灌装设备，其特征在于，所述完整流束锥体(12)在一个灌装腔(6)内部通过一个杆(13)与一个直线促动器(14)连接，必要时通过一个最好其预应力可调节的弹簧加载。
10.如上述权利要求中任一项所述的背压灌装设备，其特征在于，所述完整流束锥体(12)通过其杆(13)在灌装腔(6)中具有一个可通过含气体饮料(B)的压力在关闭方向上加载的封闭压力面和配属于环形腔(K)的一个可通过控制压力加载的打开压力面，其中最好打开压力面大于封闭压力面。
11.一种用含气体饮料(B)背压灌装瓶子(F)的方法，其中，一个瓶子(F)在一个灌装接管(8)下面以其瓶口(2)保持密封接触，并且从瓶子中排出返回气体(E)，其特征在于，由含气体饮料(B)构成一个自由的完整流束(ST)，并且该完整流束无接触地通过瓶颈(1)一直对准瓶底(3)，并且返回气体(E)在外面在完整流束(ST)与瓶颈(1)之间和在灌装接管(8)的外面排出。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述自由的完整流束(ST)与瓶颈轴线至少基本同轴地定向。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述完整流束(ST)以一个为瓶颈自由内横截面的约35％至约70％、最好约45％至约50％的横截面和最好一个对应于瓶颈和瓶口(2)的横截面形状的横截面形状构成。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述完整流束(ST)通过一个与灌装接管(8)的一个锥段(7)共同作用的完整流束锥体(12)构成，并且该完整流束锥体(12)受控地在打开与关闭位置之间相对于锥段(7)调节。
15.一种用于从一个与一可调节的封闭部件(V)共同作用的灌装接管(8)用饮料灌装瓶子(F)的灌装设备(G)，其中，该封闭部件(V)是一个定位在瓶口(2)以上的每个位置上的完整流束锥体(12)，完整流束锥体在灌装位置上通过灌装接管(8)产生饮料(B)的一个无接触地通过瓶颈(1)一直对准瓶底(3)的完整流束(ST)，其横截面小于瓶颈(2)的内横截面，其特征在于，一个用于返回气体(E)的流体通道(17)通向灌装接管(8)入口的外部，并且所述灌装设备(G)可以在一个背压灌装与一个大气压灌装之间转换，在背压灌装时瓶口(2)可与一个包围灌装接管(8)和流体通道(17)的密封装置(11)置于接触，而在大气压灌装时瓶口(2)不与密封装置(11)接触。
16.如权利要求15所述的灌装设备，其特征在于，所述转换可以通过取下或固定密封装置(11)和/或调节一个用于瓶子(F)的固定装置(4)的行程而实现。
全文摘要
在一种用于从一个与一可调节的封闭部件(V)和一个用于瓶口(2)的密封装置(11)共同作用的灌装接管(8)用含气体饮料(B)灌装瓶子(F)的背压灌装设备(G)中，所述封闭部件(V)是一个用于产生含气体饮料(B)的一个无接触地通过瓶颈(1)一直对准瓶底(3)的完整流束(ST)的完整流束锥体(12)，其横截面对应于瓶颈(2)内横截面的一个给定部分并且与瓶颈限定一个气体返回路径(W)，并且一个至少用于返回气体(E)的流体通道(17)通向灌装接管的外部和密封装置的内部。在灌装时，由含气体饮料构成的一个自由完整流束(ST)无接触地通过瓶颈(1)一直对准瓶底(3)，而返回气体(E)在外部在完整流束与瓶颈之间和在灌装接管(8)外部排出。
文档编号B67C3/28GK1835886SQ200480023495
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月10日 优先权日2003年8月16日
发明者T·里克, T·韦伯 申请人:克罗内斯股份公司