本发明涉及一种用于制备经填充的容器的装置。更具体地讲，本发明涉及一种集成填充和密封能力的装置，以及包括此类装置的设备及其使用方法。
背景技术：
在制造和材料处理装置领域，基于转盘原理操纵产品的装置已广为人知。一类这样的包括用于在容器生产线上填充容器的基于转盘的装置。
在此类装置中，设置有多个容器保持工位以便围绕中心轴旋转，从而构成通常被称为转盘的轮状结构。
从每个工位的角度来看，装置的操作是周期性的，随转盘的每次旋转重复。操作的确切阶段将根据装置旨在实现的任务变化，但通常存在四个可确定的阶段。
首先，在转盘的初始角位置处例如从传送轮或线性传送装置将容器装载到空工位。随后，随着容器与转盘一起旋转，被构造成用于与转盘同步移动的工具装置对容器执行操作，这通常占据转盘的旋转的相当一部分。填充完成后，接下来从保持器中取出容器，以通过例如另一个传送轮或传送装置来执行操作。最后，保持器将继续旋转，返回到初始角位置，使得可通过另一个容器重复循环。
在大多数具体实施中，转盘将包括多个保持器和工具，以成比例地倍增装置的输出。
这是有利的，因为在连续生产设备中实施此类装置时其构造得到简化。不是将装置的工具构造成与生产线一起线性地运动，这使得诸如流体进给管、液压/气动系统、运动控制系统等的安装复杂化，而是让装置的工具与转盘一起旋转。
这大大简化了装置在工业环境中安装时的设计和构造，因为装置及其附属系统可围绕简单的单轴旋转而不是可能相当复杂的线性运动来设计。此类装置的连续性质还允许比简单批处理操作更大的输出。
然而，此类装置在成为较大连续生产操作的一部分时存在问题。具体地讲，将填充和封盖装置集成到生产线中将还需要若干个传送轮以将经填充的容器从填充转盘移动到密封转盘。每次容器移动到传送轮上或离开传送轮时，存在的离心力将突然反向。这可导致经填充的但未密封的容器内的流体在容器中晃动、发泡并可能溢出，从而对填充操作的清洁度和准确性造成不利影响。
此外，此类转盘型装置通常需要占用大量地面空间以安装在工厂中，尤其是在大容量时。具体地讲，空间限制可使得转盘尺寸必须受到限制，并且进而使得生产线吞吐量必须受到限制。当存在多个必须容纳在特定空间的转盘型装置以及存在传送轮、传送带和其它附属装置时，这种情况尤其严重。
因此需要可解决这些不便和缺点中的至少一些的装置。
技术实现要素：
为此，本发明涉及用于填充和密封容器的装置，该装置包括：转盘，该转盘由围绕轴线旋转的多个工位构成，所述工位中的每一个包括适于容纳设置在其中的容器的保持器；填充工具，该填充工具适于与所述容器配合并且将一定量的流体产品分配到其中；以及密封工具，该密封工具适于将闭合件施加到所述容器。
根据第一方面，在每个工位处，所述保持器沿所述转盘的径向方向在其中所述保持器与所述填充工具基本上对齐的第一回缩位置和其中所述保持器与所述密封工具基本上对齐的第二延伸位置之间是可移动的。
这是有利的，因为由于在基于单转盘的装置上执行填充和密封功能，设置在容器内的流体经受有限的干扰量。
更具体地讲，该装置避免了必须提供多个传送轮或其它此类装置以在填充工具与密封工具之间移动经填充的但未密封的容器。通过以单转盘型装置的形式提供填充工具和密封工具，经填充的但未密封的容器经受恒定的离心力，从而减少对设置在容器内的流体的飞溅、起泡和其它不期望的效果。
此外，在容器被填充的第一回缩位置和在容器被密封的第二延伸位置之间的传送通过将保持器径向向外移位实现，从而使容器在传送期间的加速最小化。这与常规的传送形成对比，常规的传送在传送后容器遇到的加速度可能相当突然。
因此，容器的填充和密封以最小的溢出执行，从而减少产品浪费并改善装置的清洁度和准确性。
另外，此类装置是有利的，因为在一个装置中组合填充和密封操作，它需要的物理空间比单独的填充和密封装置以及附属传送轮和其它机构更小。
在一个优选实施方案中，装置还包括：成型导轨，所述成型导轨的形式基本上对应于多个保持器中的每一个在转盘的单次旋转期间的位移；以及多个被构造用于为接合所述成型导轨并且相应地使所述多个保持器中的相应一个移位的从动件。
这样，每个保持器的径向和轴向位移与其围绕转盘的轴线的旋转同步，使得精确地在转盘的正确旋转位置处保持器将移动并且填充和密封工具将接合容器。装置的控制和构造因此被简化，因为其许多元件的运动通过键控脱离转盘的旋转。
最优选地，每个工位的从动件包括机械连杆。
这样构造的装置因此将不需要额外的电气或计算机控件即可实现保持器在旋转过程中的平移运动。
在一个可能的实施方案中，保持器围绕转盘的轴线以基本上均匀的角间隔布置。
这是有利的，因为当转盘旋转时容器的填充和密封以可预测的规则间隔重复。因此必须使得空容器、产品流体等进给到装置的速率以及经填充的密封的容器的输出更加恒定和可预测。
有利的是，每个保持器还包括被构造成用于选择性地抓持容器的夹持器。
这是有利的，因为随着夹持器在接合时将容器保持在保持器中，由于夹持器对由转盘旋转和容器重量产生的力提供更大的阻力，容器在保持器中不易错位或离开。因此该装置可采用在比其它本来可行的方式更广的参数范围，例如更大更重的容器、不规则形状的容器、更快的旋转速度等。
在一个可能的实施方案中，密封工具被构造成用于将顶盖施加到容器。
这是有利的，因为顶盖尤其是螺旋式顶盖为饮料容器的标准闭合件；该装置因此适于施加在本领域中通常已知并且采用标准化构造和特性的闭合件。
根据第二方面，提供一种用于填充和密封容器的设备，该设备包括如上所述的装置、用于向该装置提供多个空容器的容器进给装置，以及用于从该装置传送经填充的且密封的容器的容器移除装置。
这是有利的，因为它实现了上述装置在连续生产线环境中的优点。
优选地，该设备还包括被构造成用于将顶盖装载到多个密封工具中的每一个的顶盖装载装置。
这样，容器有利地用顶盖密封，如上所讨论的是有利的。
在一个优选实施方案中，容器进给装置和容器移除装置是传送轮。
这是有利的，因为通过使用传送轮从转盘装载和卸载容器，装置易于集成到采用已知方式沿着生产线传送容器的现有设备中。
根据第三方面，提供用于填充和密封容器的方法，该方法包括以下步骤：提供如上所述的装置，所述装置的转盘以基本上恒定的速度旋转；将容器插入多个保持器中的一个中；将所述保持器定位在第一回缩位置；将填充工具放置成与所述容器流体连通并将一定量的流体分配到其中；将所述保持器定位在第二延伸位置；用密封工具密封所述容器；以及从装置中取出所述容器。
这是有利的，因为它将以实现如上所述的本发明优点的方式填充和密封容器，具体地讲是在密封容器之前减小流体产品的溢出或对于流体产品的其它干扰。
优选地，在转盘的一次旋转期间执行方法的步骤。
这是有利的，因为装载到保持器中的容器将在保持器达到其初始位置时进行填充和取出。装置将因此在每次旋转的每个工位产生一个经填充的容器，从而最大限度地提高其输出和效率。
另选地，方法的步骤在转盘的若干次旋转期间执行。
这样，实现填充和密封步骤的时间延长。
在一个可能的实施方案中，方法还包括在容器密封步骤之前装载密封工具的步骤。
这样，当密封由诸如顶盖或塞的密封工具施加的单独密封元件形成时，将最快速、最有效地执行密封步骤。
在一个可能的实施方案中，在插入容器的步骤期间，将夹持器闭合在所述容器上以便将该容器在保持器内固定就位，并且其中在取出所述容器的步骤期间，将所述夹持器打开。
这是有利的，因为由于夹持器将容器在如上所讨论的保持器中保持就位，因此可旋转转盘并且可比容器仅靠在保持器上或保持器内时更快速地执行该方法。这样，改善了该方法的输出。
优选地，在转盘的每个工位重复该方法。
这样，装置将保持经填充的且密封的容器的连续输出，尽管在每个单独容器上执行该方法需要一定时间。
根据第四方面，将本发明描述为由如上所述的方法制备的经填充的且密封的容器。
这是有利的，因为此类容器体现装置及装置的生产中所采用的方法的优点，如上文关于本发明的其它方面所讨论。
附图说明
本发明的附加特征和优点在下文参照附图给出的目前优选实施方案的说明中有所描述，并且这些特征和优点将从该说明中显而易见，其中：
图1和图2是分别处于第一回缩位置和第二延伸位置的容器填充和密封装置的示例性工位的侧视图；
图3是通过转盘填充和密封容器的方法的示意图，转盘包括图1a和图1b的工位；并且
图4是集成到生产线中的图1a和图1b的装置的示意图。
具体实施方式
本发明首先关于图1进行讨论，该图示出了用于填充和密封容器的装置100。装置100包括在上部102a处围绕轴线104旋转而在下部102b处固定的中心芯轴102。
装置100还包括多个工位106。工位106包括被构造成用于将容器110保持就位的保持器108。
为了清楚起见，显而易见在此处仅示出一个工位106。在装置100的实际安装中，将有多个工位106从中心芯轴102延伸，优选地等距地间隔开，以便从而形成通常已知且被称为“转盘”的结构。转盘围绕轴线104旋转，工位106中的每一个如下文所述发挥作用，相对于其它工位106中的每一个仅具有相位偏移；该操作也在图4中示出，将在下文中讨论。这样，装置100以基本上恒定的速率引入打开的空容器并输出经填充的密封的容器。
更具体地讲，保持器108由搁架112和夹持器114构成。搁架112用于支撑容器110的重量(尤其是一旦填充有产品)，而夹持器114在容器颈部处保持容器110以便将其保持在适当位置并防止其溢出。搁架112可采用提供所需支撑功能的任何形式，并且夹持器114可采用保持容器的叉形式或提供相同功能的任何其它形式。
另选地，夹持器114可将这两个功能组合在一个单元中，将容器110保持在适当位置并支撑其重量。例如，夹持器114可被构造成用于通过接合颈环来支撑容器110，诸如本领域已知的饮料容器上常见的颈环。
夹持器114顾名思义被构造成用于通过施加选择性地施加的力来抓持容器110。这可通过由转盘的旋转或由独立控制的装置驱动的机械连杆来实现，独立控制的装置诸如线性或步进马达或气动式或液压式致动器。本领域的技术人员将理解每一种情况的优缺点以及它们对于任何给定情况是否适当。
然而也应当认识到，在此处示出的实施方案中，相对于将容器110保持就位的结构的工位的构造可根据此类如例如容器的尺寸、填充容器的流体的密度和体积、执行填充和密封过程的速度等因素而变化。因此，应当理解任何具体实施的保持器可相对于此处图中所示的保持器108而变化。
保持器108可任选地带有标度，或者夹持器114上带有标度，以便测量容器的重量。这在本发明的某些具体实施中可能是有利的，因为在填充容器期间，它允许精确称量容器并且进而精确地将流体产品分份。
保持器108和搁架112使用保持器臂116附接到中心芯轴102，保持器臂从中心芯轴102沿径向方向r延伸，从而将保持器108保持在距中心芯轴102一定距离处。保持器臂116也可沿径向方向r延伸，使得可调节保持器108距中心芯轴102的距离，并且进而可调节容器110距中心芯轴的距离。
在此在图1中所示的实施方案中，保持器臂116由于其被构造成为伸缩式构件而实现了这种扩展。同样可设想其它构造，诸如剪刀型或活塞机构。
保持器臂116的延伸和回缩可通过各种方式来管理。在某些具体实施中，延伸和回缩可通过气动或液压缸来完成；在其它方面，诸如步进马达的电动装置可为优选的。在其它具体实施中，可实施诸如凸轮等机械装置。
为此，在图1所示的实施方案中提供成型导轨118，该成型导轨在此以节段示出，从中心芯轴102延伸。保持器臂116设置有两个从动轮122和从动件连杆124的从动机构120。
成型导轨118围绕中心芯轴102的整个圆周缠绕，并且被成形为使得其轮廓与容器填充和密封循环的一个迭代过程中保持器的运动成比例。这种操作类似于在所谓“平面凸轮”和其它相关的机械装置中采用的原理。
虽然保持器臂116和从动件机构120被构造成用于与中心芯轴102的上部102a一起旋转，但成型导轨118从固定的下部102b延伸并且因此自身是固定的。当从动件轮122沿循成型导轨118时，将致使保持器臂116沿径向方向r延伸和回缩。
因此，保持器臂116和容器110的位置是成型导轨118的轮廓的函数。通过改变成型导轨118在中心芯轴102的圆周上的轮廓，使得保持器臂116的位置是其围绕轴线104的旋转位置的函数。当中心芯轴102的旋转速度是已知时，保持器108在转盘旋转的给定点处的速度和加速度进而也是已知的。
当然，应当理解，根据所讨论的具体实施的具体方面，可设想用于使保持器108沿径向方向r的运动与其围绕轴线104的旋转同步的其它装置。
例如，可提供凹槽，而不是由连接到保持器臂116的从动件沿轨道行进的突出导轨。另选地，保持器臂的延伸和回缩可由设置在中心芯轴102内的凸轮轴和机械连杆生成。
无论如何，本领域的技术人员将认识到，当使用机械装置来控制作为工位106的角位置的函数的保持器108的位置时，根据所讨论的具体实施的属性和限制，可采用任何数量的不同构造，并且本专利申请中公开的结构应被认为是示例性的和非限制性的。
回到图1，工位106还设置有通过填充臂128从中心芯轴102的上部102a延伸的填充工具126。填充工具126还包括被构造成用于与容器110的口132配合的喷嘴130。
在许多实施方案中，填充工具126包括控制流体流过喷嘴130的填充阀(未示出)。将该阀集成到填充工具126中特别有利，因为这样减小了填充工具126的“死体积”，即在阀与喷嘴130之间的体积。然而，在装置100中的其它地方设置计量和投配装置可能是同样可行的。
无论如何，装填工具126的致动以及因此将产品流体(未示出)分配到容器110中将取决于工位106的径向位置，因为填充工具126不应分配产品流体，除非并且直到存在用于接收产品流体的容器110。
因此，在装置100的操作期间，为了填充容器110，通过成型导轨118上的从动件机构120的动作使保持器108移位到如图1所示的第一回缩位置。在该第一回缩位置，保持器臂116基本上回缩；因此保持器108被定位成使得保持在其中的容器110与填充工具126的喷嘴130对齐。
任选地，可使填充工具126沿轴向方向a可移动，以便在定位后接合容器110，从而防止填充步骤期间的溢出。这可通过常规装置诸如例如气动、液压或电致动器或通过与保持器108的机械连杆来实现。
然而无论如何，一旦将保持器108置于期望的对齐位置，容器110被填充。为此，填充工具126可通过供给管线134进给，供给管线将填充工具126连接到产品流体源(未示出)。
现在转到图2，示出了用于密封现在填充有流体产品的容器110的后续步骤的装置100。
随着中心芯轴102的上部102a旋转，成型导轨118上骑跨有从动机构120的部分沿径向方向r向外运动。因此，从动机构120已延伸保持器臂116，导致保持器108径向向外移动并且因此使保持在其中的容器110移位。
因此保持器108被移动到第二延伸位置。这使得容器110的口132与密封工具200对齐。
在本文所示的实施方案中，密封工具200被构造成用于将顶盖202拧到容器100的口132。为此，它包括承窝204，顶盖202在保持器108被移动到第二延伸位置之前保持在该承窝中。
密封工具200实质上是以固定距离通过密封臂206安装在中心芯轴102上的电动马达。与填充工具126一样，密封工具200通过电力线208由电源(未示出)供电；另选的实施方案可采用其它动力装置，诸如机械驱动轴和/或滑轮、液压或气动马达，或它们的一些组合。密封工具200的激活类似于填充工具126，随着装置100围绕轴线104旋转而通过工位106的径向位置触发。
当保持器108被移动到所示的第二延伸位置时，密封工具200沿轴线a移位以使顶盖202与容器110的口132接合；此时，密封工具200旋转承窝204，从而拧下顶盖202并密封容器。
当然，可以采用其它容器密封装置，在这种情况下密封工具的构造及其沿轴向方向a和径向方向r的运动可变化。
具体地讲，可设想通过在包装领域中已知并且通常采用的热焊接或超声焊接、施用粘合剂膜或其它此类方法来密封容器。另选地，也可设想诸如冠形瓶塞、金属箔、夹具等密封装置并且可容易地适于在根据本发明的装置中使用。
此外，还可能希望提供这样的装置，其中保持器自身沿轴向方向a是可移动的，填充工具和密封工具保持固定。
现在转到图3，将更详细地讨论装置100的操作周期。
图3是装置100的操作的示意图。更具体地讲，图3示出装置100围绕轴线104旋转时该装置在多个成角度位置的单个工位106。这样，示出了容器110通过填充和密封过程的轨迹。
容器110在装载阶段期间加载到在角位置α和β之间的装置中。装载阶段的持续时间将取决于装置的构造(具体地讲是取决于保持器和容器的构造)，但无论如何都需要足够长的时间来将容器110插入保持器并正确定位在其中。
还应当指出的是，容器110被定位到在此处由虚线圆圈画分界线的第一回缩位置300。因此在容器110与填充工具对齐时，将保持器置于容器110的正确填充位置，如上文参照图1a和图1b所述。
在角位置β和γ之间的容器111填充有流体产品。由于围绕轴线104的旋转速度和保持器的轴向位置恒定，容器110将经受最小扰动；这有助于使流体产品的溅出和发泡最小化。
在角位置γ处，填充过程完成，此时使保持器移位以将容器置于第二延伸位置302。这种位移发生在角位置γ和δ之间的角间隔。
优选的是在填充容器110之后，保持器向外而不是向内移位，因为容器110经受的加速度将与由装置施加在其上的离心力同向而不是反向。这减少了由容器运动产生的飞溅并有利于通过传送轮等取出容器。
在角位置δ处，开始密封容器110的步骤，在角位置δ到角位置ε的间隔处继续进行密封。如上所述，密封步骤可涉及顶盖的旋入、热焊接或超声焊接、用粘合剂或机械装置附接顶盖、或其它此类密封方法或方法的组合。
在角位置ε处，容器110被密封并准备好从装置100中取出。取出步骤发生在角位置ε和角位置ζ之间的角间隔处，其中容器110从保持器中取出并驶离以进行生产线中的后续步骤，例如装运。
然而，保持器将保持在第二延伸位置302(在此处由容器轮廓304示出)，以便在工位移动到角位置α时准备好接收新容器110用于过程的后续迭代。
然而，应当指出的是，在另选的实施方案中，优选在转盘的多次旋转期间执行填充和密封过程。当填充或密封过程必须以比通过简单地减慢转盘的旋转而以更长的可行时间段执行时，此类构造尤其有用。例如，与粘性较低的产品相比，可能必须或优选地以较慢的速率分配特别粘稠的流体产品。
例如，该方法可在转盘的两次旋转期间执行。在此类实施方案中，每隔一个保持器将容器装载到通过在角位置α和角位置β之间的保持器，并且如此装载的容器将在被取出之前通过在角位置ε和角位置ζ之间一次。
实际上，通过独立地控制保持器在每个工位处的位移和调整容器的装载速率，容器在被取出之前经过若干次旋转后仍保持在装置上，从而最大限度地提高装置相对于可用于包装中的产品和用其来包装产品的方法的相容性。
最后转向图4，示出了将装置100集成到设备400中。
设备400包括装置100，如参照前述附图所述。如上所述，装置100包括从轴线104延伸并共同形成转盘401的多个工位。由于所有工位基本上以距轴线104相同的距离安装，转盘401呈圆形形状并且在此处通过大致圆形形式以符号表示。
空容器402的供应通过容器进给器404实现，容器进给器由稳定供应空容器402的容器源406供应。
空容器402由第一传送轮408拾取。第一传送轮408旋转以将空容器402从容器进给器404传送到第一角位置α，其中空容器402被传送到装置100的一致工位的保持器。
同时，提供用于将进给闭合件410供应到装置100中的装置。闭合件进给轮412从闭合件进给器414接收闭合件410，闭合件进给器自身以与第一传送轮408被进给空容器402相同的方式由闭合件供应源416进给。
闭合件进给轮412用于在所述密封工具通过时将闭合件410装载到装置100的每一个密封工具中。闭合件410继续在其相应的密封工具中装载，直至它们到达角位置δ，在该点处将如上所述进行密封步骤。
这样，装置100的密封工具被制成在容器的相应工位一被带进第二延伸位置就开始密封容器402的步骤。
如上所讨论的，密封步骤发生在角位置δ和ε之间，在此处由多个密封的容器418示出；精确地在哪个角位置密封容器将取决于所用闭合件的类型、容器的尺寸和形状以及可能的其它因素，但无论如何密封将在这两个角位置之间完成。
密封的容器418继续传送直至其到达角位置ε，其中第二传送轮420将从装置100中移除密封的容器。第二传送轮420将密封的容器418释放到出口斜槽422中，该出口斜槽为后续的处理和装运传送密封的容器418。
应当理解，对本文所述的目前优选实施方案作出的各种改变和修改对于本领域的技术人员将是显而易见的。
可在不脱离本发明的实质和范围并在不减少所伴随的优点的情况下作出这些变化和修改。因此，这些改变和修改旨在由所附权利要求书涵盖。