专利名称：具有两节段阀门组件的灌装阀和包括该灌装阀的等压灌装机的制作方法
具有两节段阀门组件的灌装阀和包括该灌装阀的等压灌装机 技术领域
图7是类似于图2的一视图，示出该容器的排气操作。
具体实施方式
[23] 参照
图1，其中示出一台灌装机l,用于将由诸如C02之类的气 体饱和的一种加压灌装液体(如矿泉水、软饮料、哞酒等等)灌装入一些 容器2。[24该灌装机l包括一器亚状储存罐3，它限定了与一液体输送管道 5连通的一液体空间4和与一气体输送管道7连通的一叠置在其上的气体 空间6。[251 该液体通过包括定位于该储存罐3内部的一液位探测器8的一控 制装置来保持在一预先设定的液位，而在储存罐的温度下该气体被保持在 等于或高于液体饱和压强的一预定压强上，以便该灌装液体中的C02恒定 地饱和，与该叠置的气体空间6处在平衡状态。[26该灌装机1是旋转型的，并且包括一由驱动装置(未示出)来转 动的回转台9并包括[27-配备了多个外围的容器支撑排11 (其中的一部分在图2中示 出)，并且配备了多个相应的灌装阀12的一下位板10，[28-包括多根径向液体输送管线14的一中间板13，其中的每一根 都与该储存罐3的该液体空间4连通并且经过一流量计15与个灌装岡12 相连，和[29—包括与该储存罐3的气体空间6连通并且与这些灌装阀12相 连的多根径向气体输送管线17的一上位板16。[30该容器支撑排11包括一支撑臂18，它的一上端19成叉形以便与 要通过对应的灌装阀12来灌装的一容器2上的一颈圏20相配合。[31该灌装使用了所谓的等压法。这样的方法在欧洲专利申请No.EP 0 375 912中己很好地说明，它具有两个特征。第一，灌装液体之前，用来 自该储存罐3的压缩气体预先灌满该容器2:第二，该液体离开该灌装阀 12的水平低于该储存罐3中的液体空间4的水平。[32] 如图3所示，该灌装阀12包括一圓柱形中空壳体21，它具有围 绕一条垂直的主轴线X而形成的并且在该壳体21的底端开口以便形成一 开口 23的一内孔22;和沿着该主轴线X滑动地安装在该壳体21之中的一 运动阀门组件24。该壳体21通过四个相互螺紋连接的圆柱形的同轴节段21a， 21b， 21c, 21d的叠合而形成也就是一下壳体节段21a、 一第一中 间壳体节段21b、 一第二中间壳体节段21c和一上壳体节段21d。[33该运动阀门组件24包括可以相对于彼此运动的两个节段，也就 是一中空阀杆25形成的一下节段，和一活塞26形成的一上节段，该活塞 具有一圆柱形活塞体27和滑动地接受到形成该上壳体节段21d的一圆柱 形内孔的气体室29之中的一活塞头28。34如图3所示，该阀门组件24与该壳体21 —起限定[35j —在该阀杆的下部31的外周与该下壳体节段21a的壳体孔22的 内周之间形成的一液体室30[36j —在该活塞体27的外周与该第二中间壳体节段21c的壳体孔22 的内周之间形成的一气体室32,和[37-在该阀杆25的上部34的外周与该第一中间壳体节段21b的壳 体孔22的内周之间(即在该液体室30与该气体室32之间)形成的一中间 室33。38该阀门12包括一第一或下隔膜35, 4吏该阀门组件24和该壳体 21连接。该下隔膜35—方面在该岡杆25的下部31与上部34之间，而另 一方面固定在该下壳体节段21a与该第一中间壳体节段21b之间保持液体 密封，由此该下隔膜35在该液体室30与该中间室33之间形成一液体密封 的柔性密封件。[39该阀门12进一步包括一第二或者上隔膜36,在该下隔膜35上方 的一定距离处使该阀门组件24与该壳体21连接。该上隔膜36 —方面在该 阀杆25的上部34的一上端37处，另一方面在该第一中间壳体节段21b 与该第二中间壳体节段21c之间保持气体密封从而该上隔膜36在该气体室 32与该中间室33之间形成 一 气体密封的柔性密封件。[40该阀杆25的下部31形成一灌装头38，它具有与该壳体孔22的 内周相配合的一圆周螺旋肋39并且限定一配备有一密封元件41的圆环形 抵接表面40，在该阀杆25的关闭位置，该密封元件以液体密封的方式与 形成在该壳体开口 23附近的一阀座42相抵接，如图3、 4和5所示。[41该阀杆25包括一通孔43，它对应于该阀杆25的中空部分并且构 成一用于使该气体室32与该容器2的内部连通的气体通道。在该阀杆25的上端37,构成该气体通道的通孔43在该气体室32之中开放，而在该阀 杆25的一下端44处一根气体管道45轴向地从该灌装头38探出以便将该 通孔43朝着该容器2延伸。[42该阀门12还包括一液体入口 46,它由该下壳体节段21a中的个 通孔所形成并用于使液体室30与该液体传输管线14连通，和个气体入口 47，它由该第二中间壳体节段21c中的一通孔所形成并用于使该气体室32 与该气体输送管道17连通。43在以下将披露一些特定条件下，该阀杆25相对于该壳体21可以 轴向地在以下位置之间运动[44-一关闭位置(图3、 4、 5)，其中该抵接表面糾与该阀座42 液体密封地抵接，从而阻止液体从该液体室30流过该壳体开口 23，和[45- 一打开位置(图6)，其中该阀杆25相对于该关闭位置4皮提升 以便该抵接表面40与该阀座42之间有间隔，从而允许液体流过该壳体开 口 23，该螺旋肋39确保该液流是层状的。[46该阀杆25的上部34配备有一圆环形肩部表面48,在该打开位置 上，它与该第一中间壳体节段21b中的壳体孔22的内周上所形成的一对 应的圆环形停止表面49相抵接，以便限制该阀杆25的行程。[47该阀门12包括一第一、下位的、圆锥形压缩复位弹簧50,它位 于该中间室33之中，并且它持久地将该阀杆25促动至其打开位置。由该 下位弹簧50施加在该阀杆25上的向上的轴向力标记为Tl。[48该活塞体27具有一下端51，它配备有一密封件该密封件52，以 气体密封的方式与由该阀杆25的上端37围绕通孔43的开口所形成的一圆 环形阀座相抵接。[49]该活塞26相对于该壳体26轴向滑动地安装在以下位置之间[50]-—关闭位置(图3),其中该活塞体27的下端51与该阀杆25 的上端37抵接并且其中该活塞头28位于该气体室29的下表面53附近， 从而阻止气体流过构成该气体通道的通孔43，和51- 一打开位置(图5和6)，其中该活塞26相对于该关闭位置被 提升以便该活塞体27的下端51与该阀杆25的上端37之间有间隔，该活 塞头28与该气体室29的一上表面54相抵接，从而允许气体从该气体室32经过构成该气体通道的通孔43流到该容器2的内部。[52该活塞26是双效型的，其位置通过在该活塞头28与该气体室29 的上表面54之间限定的一上空气室55与在该活塞头28与该气体室29的 下表面53之间限定的一下空气室56之间的一压差来气动控制。[53该阀门12进一步包括直接在该上空气室55中开放的一第一空气 入口 57，以及通过配备有一对可运动球体60、 61的控制阀59在该下空气 室56中开放的一第二气体入口 58，也就是说[54- 一第一、上球体60，它具有一关闭位置，其中它以一空气密封 的方式与一对应的上阀座62 (图3)相抵接，从而阻止上游的气流通过该 阀座62，以及一打开位置，其中该上球体60与该阀座62之间有间隔(图 4、 5和6)，从而允许上游和下游的空气流过该阀座，和55-一第二、下球体61，它具有一关闭位置，其中它以一空气密封 的方式与一对应的下阀座63(图4、 5和6)相抵接从而阻止下游的气流通 过该阀座63，和一打开位置，其中该下球体61与其阀座63之间有间隔(图 3),从而允许上游和下游的空气流过该阀座。[56这些球体60、 61通过插入在它们之间的一压缩弹簧64持久性受 到使彼此远离(也就是朝着它们各自的关闭位置)的促动。[57来自该第一空气入口 57的空气压强记作Pl而来自该第二空气入 口 58的空气压强记作P2。 Pl大于P2与由该压缩弹簧64的促动所导致的 过压之和。[58来自该第二空气入口 58的空气永久性地受到压强P2。当该上空 气室55被充以压强为Pl的空气时，该活塞头28向下运动直到该活塞体 27的下端51达到与该阀軒25的该上端37相抵接。该下球体61被该下空 气室56中渐增的压力打开，而该上球体60被关闭，从而阻止由于该下空 气室56之中相对于该第二空气入口 58的过压所产生的逆向气流。[59当来自该第一空气入口 57的空气停止送入时，该下空气室之中 的过压将该活塞头28向上移动，直到该活塞头28与该气体室29的上表面 54相抵接。在该第二空气入口 58与该下空气室56之间的压差下，远在该 活塞26到达其打开位置(见图4)之前，当该下球体61关闭时停止向该 下空气室56中的送气，从而允许该活塞头28与该气体室29的上表面54的平滑4氏接。[60如图3所示，该阀门12进一步包括在该气体室32之中滑动地安 装在该活塞体27上的一杯状件65。该杯状件65具有包围该活塞体27并 且限定一下边缘67的一圆柱形圆周壁66，和滑动地与该活塞体27的一外 圆周表面抵接的一顶壁68。[61在其下边缘67上，该圆周壁66配备有多个切口 69，形成永久性 地允许气体径向地通过该圆周壁66的多个气体通道。[62该杯状件65相对于该阀门组件24在一低位和一高位之间可滑 动，在图3和4所示的该低位中该下边缘67与该阀杆25的上端37相抵接， 在图5和6所示的该高位中该杯状件65在该活塞26的作用下相对于该4氐 位被提升，从而该杯状件65位于离该阀杆25—定距离处。[63如图3所示，该杯状件65在其下边缘67的附近还配备有一径向 的圆环形凸缘70，形成用于一第二、上位的、压缩复位弹簧71的一抵接 表面，该弹簧定位在该气^^室32之中并且插入在该壳体21与该杯状件65 之间用于持久地向下将该杯状件65促动至其下位。由该上位弹簧施加在该 杯状件65上的向下的轴向力标记为T2。[64应该理解的是，在该杯状件65的下位，因为该杯状件65与该阀 杆25的上端37相抵接，该上位弹簧71也将该阀杆25促动至其关闭位置。[65如图4和5所示，该活塞26配备有一肩状表面72，在该活塞26 接近其打开位置的过程中，该表面与该杯状件65的顶壁68相抵接，从而 使它朝向其高位移动。[66相应地，取决于该阀杆25、该活塞26和该杯状件65的相应位置， 该阀门组件24可以具有三种配置，也就是[67- 一关闭配置，如图3所示，其中该阀杆25与该活塞26都处在 它们的关闭位置，而该杯状件65处在其低位；[68- 一气体灌装配置，其中该阀杆25处在其关闭位置，而该活塞 26处在其打开位置，而该杯状件65处在其高位(图5),和[69- 一液体灌装配置，其中该阀杆25与该活塞26都处在它们的打 开位置，而该杯状件65处在其高位(图6 )。[70此外，这些弹簧50、 71以及该阀杆25的上端和下端37、 44的尺寸为[71
尸gXS2 —ri (1)[72
&xS2《ri +尸gxsi (2)[73和74] r2 + PgxS2 —H+尸gXSl (3)[75其中[76
Tl是由该下位弹簧50施加在该阀杆25上的向上的轴向力；77
T2是由该上位弹簧71施加在该杯状件65上的向下的轴向力； [78Pg是该气体室32中的气压；[79Sl是在轴向上考虑的该阀杆25的下端44暴露于容器2中的气压 的表面积；以及[80S2是在轴向上考虑的该阀杆25的上端37暴露于该气体室32中 的气压的表面积。[81如图3所示，该阀门12进一步包括一隔膜故障传感器73,它包 括一活塞74，该活塞滑动地安装在该壳体21中形成于该第一中间壳体节 段21b的水平上的一孔75之中，以及由一片状器件形成的一信号组件76， 该片状器件附着在与该气体室33相对向的该活塞74的一末端上并且从该 壳体21的外部在碎见觉上可以看出。[82在正常运转情况下，该中间室33被充以大气压强下的空气，而 该故障传感器73处在一所谓的"正常运行"位置(图3到6 )，其中构成该 信号组件76的该片状器件容纳在该壳体21的外表面中形成的一相应的凹 陷77之中。[83
一旦该下隔膜35或该上隔膜36不再是液体密封或者，对应地， 气体密封，例如在该隔膜35或36达到其疲劳极限之后，就会有液体或者 气体从该液体室或者，对应地，该气体室32通过该故障隔膜35或36朝着 该中间室33泄漏。在该中间室33中所产生的相对于大气压强的过压将该 活塞74径向地推向一所谓的"故障"位置，其中该活塞74从该壳体21 部分地径向突出到外侧，由此该信号组件76从其凹陷77延伸一距离，从 而给出信号表明发生了隔膜故障。[84在一实施例中，该故障传感器73是被动式的，也就是说它仅仅提供关于该阀门12的"正常运转"或者"故障信息"。[85在另外一实施例中，该故障传感器73是主动式的，也就是说它 被电气地或者机械地连接到一机器控制系统(未示出)以便停止该系统的 运作并且关断气体与液体的送入。86鉴于两个隔膜35、 35的存在，在这些隔膜35或36之一失效的 情况下(例如该隔膜35或36断裂)气体与液体互相污染的风险很低。[87鉴于该故障传感器73的存在，要么立即警告机器操作人员发生 了隔膜故障，以便他能够停止该机器并且进行(或者要求)适当的维修(同 时该机器仍然运转，以便保持生产力)，要么该机器被其控制系统在该故 障传感器73的变位之下自动停机。[88如图2和7所示，该阀门12配备有一吸气阀78，它包括一双效 活塞79,它在一打开位置(图7)和一关闭位置之间可滑动，在该打开位 置中它使在该壳体21中形成并且在该孔22之中的开口 23的水平上开放 (也就是在该阀座42的附近)的一才艮排气道80与一向大气开放的排气管 道81连通，并且在该关闭位置中该活塞79关闭该排气道80。[89更准确地说，该活塞79具有一头部82，其位置由经过多根空气 导管83、84来依次给该吸气阀78的两侧送入压缩空气的空气压差的控制， 和一体部85，其一端可以空气密封地与该壳体21的一侧面86抵接，在此 该排气道80与该排气管道81均开放。[90在该活塞79的打开位置，该活塞体85的端部与该侧表面86之 间有间隔，从而使该排气道80与该排气管道81连通并且允许过压空气从 该容器2流到大气，直到该容器2中的气压已经达到一预定压强，其中它 不再能补偿由大气压强作用在该活塞79之上的力再加上永久性地将该活 塞79促动至其关闭位置的一复位弹簧87的促动力。[91在灌装结束该容器2从该阀门12分离时，这一排气操作(也称吸气操作)阻止已经C02饱和的液体发泡。[92现在说明灌装操作。[93从该阀门组件24的关闭配置开始， 一容器2 (例如一瓶子)通过 一气体密封连接组件88在该孔开口 23处被附着到该阀门12上。[94通过该控制阀59经过该第二空气入口 58使空气送入该下空气室56，从而将该活塞26置于其打开位置并将该杯状件65置于其高位。换句 话说，该阀门组件24被置于其气体灌装配置。由此允许压缩空气通过构成 该气体通道的通孔43进入到该容器2之中。只要该容器2中的气压低于该 气体室32中的气压Pg (它等于该储存罐3的气体空间6中的气压)就满 足方程式(1)，因此该阀杆25保持在其关闭位置。95
一旦达到气压平衡，也就是说一旦该容器2中的气压已经达到该 气体室32中的气压Pg,就满足方程式(2)，因此该阀杆25在由该下位 弹簧50所施加的向上的力和该容器2中的气压Pg所产生的力的作用下被 提升，它们的和大于由该气体室32中的气压Pg所施加在该阀杆25上的向 下的力。该阀门组件24于是处于其液体灌装配置。[961 因此允许液体从该液体室30通过该开口 23流到该容器2，直到 该流量计15已经测得基本上对应于该容器2的容积的一预定的液体量。[97
然后液流在该流量计15的控制下停止，而该活塞26 ,皮移动到其 关闭位置，从而关断到该容器2的通孔43。该杯状件65回到其低位，其 中该上位弹簧71将该阀杆25向下促动。所以满足了方程式(3)，该阀门 组件24复位到其关闭配置。[98然后该吸气阀78;被置于其打开位置，从而允许排出叠置在该容 器2中液体之上的空气与C02的混合物的一部分。[99更准确地说，因为空气比C02要轻，所排出的气体基本上由空气 组成，而保留在该容器2中的气体基本上由C02组成。[100相应地，应当理解该阀门组件24的运转，更确切地讲从气体灌 装配置到液体灌装配置的转变，是受气压控制的，从而允许该阀杆25的自 动打开。
权利要求
1.灌装阀(12)，包括-一中空壳体(21)；-滑动地安装在该壳体(21)中的一运动阀门组件(24)，所述运动阀门组件(24)与所述中空壳体(21)一起限定一液体室(30)和一气体室(32)；-一液体入口(46)，其用于使所述液体室(30)与一液体输送管道(14)连通；-一气体入口(47)，其用于使所述气体室(32)与一气体输送管道(17)连通；其中所述运动阀门组件(24)包括-一中空阀杆(25)，其配备有一通孔(43)，所述通孔(43)在所述阀杆(25)的一上端(37)处向所述气体室(32)中开放，所述阀杆相对于该壳体(21)在一打开位置和一关闭位置之间是可滑动的，在该打开位置中，该阀杆(25)打开在该壳体(21)中的一开口(23)，从而允许液体从该液体室(30)通过所述开口(23)流出，并且在该关闭位置中，该阀杆(25)关闭所述开口(23)，和-一活塞(26)，其在一打开位置和一关闭位置之间滑动地安装在该壳体内，在打开位置中该活塞(26)的一下端(51)与该阀杆(25)的该上端(37)间隔开，从而允许气体从该气体室(32)通过在该阀杆上端(37)处形成的开口进入到该阀杆(25)中的该通孔(43)之中，并且在关闭位置中，该活塞(26)的该下端(51)与该阀杆(25)的该上端(37)密封地抵接。
2. 根据权利要求l所述的灌装阀，其特征在于，其包括一第一复位弹 簧(50)，该第一复位弹簧(50)持久地将阀杆(25)促动至其打开位置。
3. 根据权利要求1或2中任一项所述的灌装岡，其特征在于，所述的 灌装阀进一步包括一杯状件(65)，该杯状件容纳在该气体室(32)中并 且相对于该活塞(26)滑动地安装在一下位和一高位之间，在该下位中，该杯状件(65 )的一下边缘(67 )与该阀杆(25 )的该上端(37 )相抵接， 并且在该高位中，该杯状件(65)与该阀杆(25)的该上端(37)之间有 间隔，所述杯状件(65)配备有多个切口 (69),用于允许气体从该气体 室(32)通过所述切口 (69)进入该通孔(43),所述阀门进一步包括一 第二复位弹簧(71)，所述第二复位弹簧(71)持久地将所述杯状件(65 ) 促动至其低位。
4. 根据权利要求3的灌装阀(12)，其特征在于，在其打开位置上， 该活塞(26)将该杯状件(65)保持在其高位。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的灌装阀(12)，其特征在于， 该活塞(26)包括一头部(28),该头部(28)滑动地容纳在一圆柱形孔 腔形成的一空气室(29)之中，并将其分为一上空气室(55)和一下空气 室(56),该阀门(12)进一步包括在该上空气室(55)中开放的一第一 空气入口 (57)和在该下空气室(56)中开放的一第二空气入口 (58)， 用于通过该上和下空气室(55、 56)之间的空气压力差来控制该活塞头部(28)的位置。
6. 根据权利要求5的灌装阀(12)，其特征在于，该第二空气入口(58) 通过一双球控制阀(59)在该下空气室(56)中开放。
7. 根据权利要求6的灌装阀(12),其特征在于，该控制阀(59)包 括 一可运动的第一球体(60),其能够占据一关闭位置，在该关闭位置 中，所述第一球体(60)阻止从该下空气室(56)到该第二空气入口 (58) 的逆向气流；和一第二球体(61)，其能够占据一关闭位置，在该关闭位 置中，所述第二球体(61)阻止从该第二空气入口 ( 58 )到该下空气室(56 ) 的顺流气流。
8. 根据权利要求7的灌装阀(12)，其特征在于，该控制岡(59)进 一步包括一压缩弹簧(64)，该压缩弹簧(64)持久地将该控制阀(59) 的这些球体(60、 61)促动至其关闭位置。
9. 等压灌装机(l)，其特征在于，其包括一转动的回转台(9)，该 回转台(9 )装备有多个根据权利要求1至8中任一项所述的灌装阀(12 ); 并且其进一步包括一储存罐(3)，该储存罐包括与每一灌装阀(12)的该 液体室(30)连通的一液体空间(4)和与该阀门(12)的该气体室(32)连通的一上叠置的气体空间(6)。
10.用于容器(2 )的等压灌装的灌装机(1),所述灌装机(1)包括 一转动回转台(9)，所述转动回转台(9)装备有多个根据权利要求2和 3所述的灌装阀(12),所述灌装机(1)进一步包括一储存罐(3)，该 储存罐包括与每一灌装阀(12)的该液体室(30)连通的一液体空间(4) 和与该阀门(12)的该气体室(32)连通的一上叠置气体空间(6)，其中 所述弹簧(50、 71)和所述阀杆(25)被这样设定尺寸<formula>formula see original document page 4</formula>Tl是由该第一复位弹簧(50)施加在该阀杆(25)上的轴向力； T2是由该第二复位弹簧(71)施加在该杯状件(65)上的轴向力； Pg是该气体空间(6)中的气压；Sl是在轴向上考虑的该阀杆(25)的下端(44)暴露于容器(2)中 的气压的表面积；以及S2是在轴向上考虑的该阀杆(25)的上端(37)暴露于该气体室(32) 中的气压的表面积。
全文摘要
灌装阀(12)包括一中空壳体(21)；滑动地安装在该壳体(21)之中的一运动阀门组件(24)，所述运动阀门组件(24)与所述中空壳体(21)一起限定一液体室(30)和一气体室(32)；用于使所述液体室(30)与一液体输送管道(14)连通的一液体入口(46)；用于使所述气体室(32)与一气体输送管道(17)连通的一气体入口(47)；其中所述运动阀门组件(24)包括一中空阀杆(25)，它配备有在所述气体室(32)中于所述阀杆(25)的一上端(37)处开放的一通孔(43)，所述阀杆相对于该壳体(21)在一打开位置和一关闭位置之间是可滑动的，在该打开位置中该阀杆(25)打开该壳体(21)中的一开口(23)，从而允许液体从该液体室(30)通过所述开口(23)流出，并且在该关闭位置中该阀杆(25)关闭所述开口(23)，和一活塞(26)，它滑动地安装在该壳体内的一打开位置和一关闭位置之间，在该打开位置中该活塞(26)的一下端(51)与该阀杆(25)的该上端(37)之间有间隔，从而允许气体从该气体室(32)通过该阀杆上端(37)上形成的开口进入到该阀杆(25)中的该通孔(43)之中，并且在关闭位置中该活塞(26)的该下端(51)与该阀杆(25)的该上端(37)密封地抵接。
文档编号B67C3/02GK101228090SQ200580051214
公开日2008年7月23日 申请日期2005年7月28日 优先权日2005年7月28日
发明者A·卢皮, R·科吉 申请人:西德尔公司