用于给容器填充液态填料的设备和方法与流程

1.本发明涉及按照权利要求1前序部分所述特征的用于给容器填充液态填料的设备以及按照权利要求16用于给容器填充液态填料的方法。
2.本发明涉及到在饮料工业中的容器处理机，特别是涉及到具有每小时超过10000个容器的产能的容器处理机，特别是具有每小时超过50000个容器的产能的容器处理机。特别是，本发明涉及到这样的容器处理机：该容器处理机被构造且配置成所谓的填充机或填充器，用于给容器填充液态填料(特别是饮料)。这种用于给容器填充液态填料(特别是用于压力填充)的设备和方法由现有技术在不同实施方案中是已知的。


背景技术：

[0003]“自由射束填充(freistrahlf
ü
llen)”或“自由射束填装”在本发明的范畴内理解为如下填充系统(或填充方法)：其中，液态填料从液体阀起以自由填充射束或填料射束流向要填装的容器，其中，填料的流动不被引导元件(例如导出罩、旋流器、短或长的填充管)影响或改变。
[0004]
自由射束填充可以无压力地实现，也可以在压力下实现。在无压力的自由射束填充的情况下，容器具有环境压力，其中，容器通常以其容器嘴部或容器开口未贴靠在填充元件上，而是与填充元件(或与所设置的输出开口)具有间隔。如果在无压力的自由射束填充的情况下容器还以其容器嘴部贴靠在填充元件上，那么气体路径建立了容器内部空间与环境之间的连接，由此能实现无压力的填充。优选地，包含在容器中且被流入到容器中的饮料所推挤的气体也经由这种气体路径逸出到环境中。
[0005]
如果自由射束填充在与环境压力不同的压力下实现，那么容器以其嘴部压抵着填充元件且密封，容器的内部空间中的压力会通过施加加压气体(惰性气体或二氧化碳气体)或者通过施加负压而调设到这种与环境压力不同的压力，这种压力可以高于环境压力或者低于环境压力。
[0006]
与填充元件处于密封位态的容器在本发明的意义上表示：各自要填充的容器通过本领域技术人员已知的方式和方法以其容器嘴部密封地压紧到填充元件上(或压紧到在此将至少一个输出口包围的密封件上)。
[0007]
已知“闪电式填充(blitzbef
ü
llen)”，在本发明的范畴内将这种闪电式填充理解为如下填充系统(或填充方法)：其中，用于填充的产品以非常高的速度(也即特别是闪电式或如闪电一样快速地)输出到要填充的容器(通常是瓶子)中。这通过“闪电式填充机构”实现，其中，填料以闪电方式或如闪电一样快速地从接收器皿压入到瓶子中，其中，在瓶子中主要存在蒸汽氛围，在接收器皿中主要存在超压，以及在瓶子中主要存在负压，并且其中，瓶子中的蒸汽通过与填料的第一次接触而冷凝为水。在闪电式填充中的问题在于确定填充量(或填充高度)，这是因为填充速度如此高进而填充时间很短。在闪电式填充具有0.33升或0.5升容量的瓶子情况下，纯填充时间例如仅仅为300毫秒至800毫秒。
[0008]
类似快速进行的还有所谓的成形及填充工艺(form
‑
fill
‑
prozesse)。在这种成形
及填充工艺中，并不是由经转送的(或准备好的)预制坯件在使用压力空气的情况下借助于拉伸吹塑方式制造为成品容器，而是在直接使用和引入要装填的填料的情况下制造为成品容器。
[0009]
已知的是，为了确定装填到相应容器中的液体体积或液体量而应用所谓的质量流量计或mid(magnetisch
‑
induktive durchflussmesser，磁感应式流量计)，其中，这种流量计具有总是完全填有填料的测量段。
[0010]
在非常短的填充时间内，必须将待用于填充的液体柱从速度“零”加速到最大速度而紧接着减速。这有时会导致释放出的二氧化碳气体或诸如此类的湍流、横向流。
[0011]
此外，在该已知方法中不利的是，这种加速也对处于测量段中的填料量起作用。因此无法保障到：在借助于mid或质量流量计进行测量的情况下，在仅仅非常短的、对于测量可用的时间段(或测量频率)内能够实现足够的测量精度。因此无法确保：已填充的容器由此可靠地具有所要求的标称容积(或额定容积)。


技术实现要素：

[0012]
基于此，本发明的目的在于，提供一种用于给容器填充液态填料的设备，该设备避免了现有技术的上述缺点，并且利用该设备特别是在自由射束填充、闪电式填充或成形及填充工艺中可以给容器准确地填充其要求的标称容积(或额定容积)，并且该设备由此能实现在容器中所装填的填料的可靠且精确的测量精度。
[0013]
该目的通过按照独立权利要求1的特征的用于给容器填充液态填料的设备解决。用于给容器填充液态填料的相应方法是并列权利要求16的主题。相应的从属权利要求在此涉及到本发明特别优选的实施变型方案。
[0014]
按照第一方面，本发明涉及一种用于给容器填充液态填料的设备，其包括：至少一个用于给容器填充的填充元件、用于供入填料的产品供入管路、至少一个用于将填料流切换到至少一个填充元件的切换阀、以及至少一个前置于切换阀的用于控制流经切换阀的填料流的控制阀。不言而喻，按照本发明的设备是设施的一部分(或更准确地说是装填设施的一部分)。该设施及其结构在说明书的描述中可被忽略，因为这种设施(或装填设施)的一般结构是足够已知的。
[0015]
按照本发明的设备具有至少一个布置在切换阀与控制阀之间的填充器皿和至少一个布置在切换阀与控制阀之间的体积测量装置。该至少一个填充器皿在此提供借助于体积测量装置通过体积测量方式预计量得出的填料量的填料，用于经由切换阀输出给填充元件。换言之，要装填到要填充的容器中的量已经在“原本的”装填之前被测定并且单独地提供(或简单地暂存)。这具有如下优点：通过排空、预加压(vorspannen)、封闭、为了填充的转移等来准备要填充的容器，而这一足够长的时间段可用于填料的提供和测定。由此实现了填料量的准确的测量精度。接着可以将预计量得出的填料量从具有对于容器所要求的标称容积(或额定容积)的填充器皿装填到容器中，更确切地说是有利地以非常高的速度进行。
[0016]
按照本发明的设备的一个有利的实施变型方案，给产品供入管路配属有第一调节回路，该第一调节回路包括：用于检测在产品供入管路中的压力的第一压力传感器、至少一个第一调节及控制阀、以及第一调节及控制单元。
[0017]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，给第一调节回路后置有分配装置，该分配装置将填料引导至所述至少一个填充元件。因此可以使用第一调节回路来调节填充速度(也即流动速度)，填料在给填充器皿填充时以该填充速度流向分配装置。
[0018]
特别优选地，分配装置构造成填料储箱(f
ü
llgutkessel)，该填料储箱在填充运行期间部分地填充有液态填料，更确切地说是形成下部液体空间和上部气体空间，该上部气体空间充以处于填充压力下的加压气体(spanngas)。这种加压气体优选构造成二氧化碳气体，并且可以例如通过未进一步阐明的输入管路供入至填料储箱。
[0019]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，所述至少一个填充器皿构造成接收器皿或者测量和/或计量器皿，这种器皿提供填料借助于体积测量装置通过体积测量方式预计量的填料量，用于经由切换阀输出给填充元件。
[0020]
特别有利地，体积测量装置前置于所述至少一个接收器皿并且构造成流量计。作为流量计可以在本发明中应用任意由现有技术已知的流量设备(例如体积流量计或质量流量计)。优选地，在此磁感应式流量计(mid)构造成体积测量装置，该体积测量装置为了用于至少一个接收器皿的填料的预计量而进行体积测量(也即确定出填料量的流量)。
[0021]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，给至少一个接收器皿配属有第二调节回路，该第二调节回路包括：至少一个用于检测在至少一个接收器皿中的压力的第二压力传感器、至少一个第二调节及控制阀、和第二调节及控制单元。
[0022]
特别优选地，给至少一个接收器皿的第二调节回路配属有压力调节装置，用于将加压气体以控制和/或调节的方式供入给所述至少一个接收器皿。第二调节回路因此例如可以构造成压力调节回路。
[0023]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，所述设备包括多个接收器皿。在此，给每个接收器皿配属有各自相应的另外的调节回路，并且此外在切换阀与控制阀之间设有滑阀，填料流借助于这些滑阀可切换到相应的接收器皿中以及从相应的接收器皿出来。
[0024]
特别有利地，按照本发明的设备构造成回转结构形式的填充机，这种填充机在可绕着竖直的机器轴线回转地驱动的转子上具有多个填充元件，其中，用于填充元件的填料被提供在同样设置在转子上且部分地填充有填料的填料储箱中，但是在本发明中也可以采用所有其他的由现有技术已知的结构形式的填充机，而不会由此脱离本发明构思。
[0025]
按照本发明的设备的一个备选的有利的实施变型方案，所述至少一个测量和/或计量器皿自身用作体积测量装置。特别有利地，为了填充所述至少一个测量和/或计量器皿，设有借助于受控的驱动器所驱动的活塞工作缸系统(kolben
‑
zylinder
‑
system)。在此，驱动器有利地构造成线性驱动器。在这种测量和/或计量器皿中，通过活塞工作缸配对结构(kolben
‑
zylinder
‑
paar)的几何构型以及通过活塞在工作缸中的行程路段来预给定体积(也即填料量)。由此，在这种测量和/或计量器皿中，这种活塞工作缸配对结构不仅用作泵，而且用作测量装置。
[0026]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，布置在至少一个切换阀之后的产品导出管路的横截面大于产品供入管路的横截面，从而，由此填料可更快速地从至少一个填充器皿装填到容器中。
[0027]
按照本发明的设备的另一有利的实施变型方案，该设备如此设计且配置，使得填
料以单位时间体积测得的第一填充速度供入到至少一个填充器皿中，并且填料以单位时间体积测得的第二填充速度从至少一个填充器皿通过切换阀和填充元件输出到容器中，其中，第二速度大于第一速度。如上述实施变型方案那样，相比于第一填充速度，这些实施变型方案也能够通过第二填充速度的速度加载来实现填料从至少一个填充器皿快速地装填到容器中。这种速度加载例如通过在产品导出管路中的填料的压力加载来形成。此外，也可以考虑上述两个实施变型方案的组合，也即实现产品导出管路更大的横截面以及更高的第二填充速度，从而能实现容器的快速的、甚至是闪电式快速的填充。
[0028]
按照另一方面本发明也涉及一种用于给容器填充液态填料的方法。在此，填料通过产品供入管路、至少一个用于填料流切换到所述至少一个填充元件的切换阀、以及至少一个前置于切换阀的用于控制流经切换阀的填料流的控制阀，引导直到至少一个用于给容器填充的填充元件。本发明的特征还在于，设有布置在切换阀与控制阀之间的填充器皿和布置在切换阀与控制阀之间的体积测量装置。于是，通过至少一个填充器皿提供填料的借助于体积测量装置通过体积测量方式预计量的填料量，用于经由切换阀输出给填充元件。
[0029]
本发明具有的构思的核心基本上在于，通过在至少一个填充器皿中填料量的预计量(或通过在至少一个填充器皿中提供预计量的填料量的填料)能实现对在容器中装填的填料的可靠且准确的测量精度。正是通过借助于至少一个填充器皿的这种预计量，使得显著更多的时间可用于填料的测定，这正是能实现这种准确的测量精度。因此，本发明特别是也适用于如下设备和方法：对于这种设备和方法，将填料快速地装填到容器中，其中，特别是在填充时将填料加速到最大速度，如在闪电式填充或成形及填充工艺中那样。在此，通过填料量的预计量，可以精确地确定对容器要求的填料的标称容积(或额定容积)并且可以确保非常高精度的装填。
[0030]
术语“基本上”或“大约”在本发明的意义上表示与各自准确值的+/
‑
10％、优选+/
‑
5％的偏差和/或以对于功能不重要的变化的形式的偏差。
[0031]
本发明的改进方案、优点和应用可能也由各实施例的如下描述和由附图产生。在此，所有所述的和/或图形表示的特征自身或以任意组合地原则上是本发明的内容，与其在权利要求中的总结或其引用关系无关。而且权利要求的内容也是说明书的组成部分。
[0032]
虽然一些方面结合设备进行描述，不言而喻，这些方面也是相应的方法的描述，从而设备的模块或结构组件也可理解为相应的方法步骤或方法步骤的特征。与之类似地，结合一个方法步骤或作为方法步骤描述的各方面也是相应的设备的相应的模块或细节或特征的描述。方法步骤中的一些或所有可以通过硬件设施(或使用硬件设施)如例如微处理器、可编程的计算机或电子电路执行。在一些实施例中最重要的方法步骤中的一些或多个可以通过这样的设施执行。
附图说明
[0033]
在下文中根据附图在实施例中进一步阐明本发明。其中：
[0034]
图1：按照本发明用于给容器填充液态填料的设备的示例性实施变型方案的示意功能图；
[0035]
图2：在示意功能图中示例性示出按照本发明的设备的优选实施变型方案；
[0036]
图3：在示意功能图中示例性示出按照本发明的设备的另一实施变型方案；以及
[0037]
图4：在示意功能图中示例性示出按照本发明的设备的备选实施变型方案。
[0038]
对于本发明的相同或作用相同的元件在附图中应用相同的附图标记。此外出于清晰的目的仅仅对于相应附图的描述要求的附图标记示出在各个附图中。而且本发明在附图中仅仅示出为用于阐明工作方式的示意视图。特别是附图中的图示仅仅用于阐明本发明的基本原理。
[0039]
有意地，出于清晰性原因的目的省去示出设备的所有组成部分，因为这些组成部分由现有技术是已知的。
具体实施方式
[0040]
图1示出按照本发明用于给容器2填充液态填料3的设备1的示例性实施变型方案的示意功能图，例如在自由射束填充的情况下。
[0041]
设备1在这里示出的实施变型方案中以及在按照图2、3和4示出的示例中总是包括：用于填充容器2的填充元件22、用于供入填料3的产品供入管路4、用于将填料流切换到填充元件22的切换阀6、以及前置于切换阀6用于控制流经切换阀6的填料流的控制阀7。自然地，设备1作为装填设施的部分可以不只是具有填充元件22、切换阀6和控制阀7，并且设备1的填充元件22同样可以是填充及封闭装置23的组成部分。设备1因此可以不仅理解为填充设施，而且也可以理解为填充及封闭设施，而不会由此脱离本发明构思。
[0042]
设备1按照本发明在所有示出的实施变型方案中总是具有一个(或在图3中存在两个)布置在切换阀6与控制阀7之间的填充器皿8、9，以及具有布置在切换阀6与控制阀7之间的体积测量装置5。自然地，其他实施变型方案也可以设置成多于两个填充器皿8、9和/或多于一个体积测量装置5。
[0043]
填充器皿8、9(或两个填充器皿8、9)在此提供填料3借助于体积测量装置5通过体积测量方式预计量的填料量10，用于经由切换阀6输出给填充元件22，从而，例如由于为了填充而排空、预加压、封闭、转移等准备要填充的容器2，因而在此期间存在足够长的时间段可用于对填料量10的预计量。接着，经预计量的填料量10可以从一个或多个填充器皿8、9以准确的测量精度装填到容器2。因此，本发明特别是也适用于如下设备1和方法：其中，必须将填料3快速地装填到容器2中，例如在闪电式填充或成形及填充工艺的情况下。
[0044]
为了将填料3特别快速地从一个或多个填充器皿8、9装填到容器2中，例如设置的是，布置在切换阀6之后的产品管路区段20的横截面大于布置在切换阀6之前的产品供入管路4的横截面。
[0045]
同样地或备选地，设备1例如可以如此设计且配置，使得填料3以单位时间体积测得的第一填充速度v1供入到一个或多个填充器皿8、9中，并且使得填料3以单位时间体积测得的第二填充速度v2从一个或多个填充器皿8、9经由切换阀6和填充元件22输出到容器2中，其中，第二速度v2大于第一速度v1。以单位时间体积测得的填充速度在此也应理解为产品流或填充流。例如，第二填充速度v2在此可以处于0.5升/秒(升每秒)至2升/秒的范围内(特别是大约1升/秒或1.5升/秒)并且由此实现闪电式填充的常规填充速度。相应地，第一填充速度v1可以显著低于1升/秒、特别是显著低于0.5升/秒，从而能够借助于流量测量以精确的方式和方法实现体积确定。由此特别是可以确保了：由此使得填料3能够快速地从一个或多个填充器皿8、9装填到容器2中。
[0046]
在图2中在示意功能图中示出按照本发明的设备1的优选实施变型方案。如已经对于图1所述那样，设备1在该实施变型方案中具有布置在切换阀6与控制阀7之间的填充器皿8以及具有布置在切换阀6与控制阀7之间的体积测量装置5。
[0047]
填充器皿在此例如构造成接收器皿8，该接收器皿8提供填料3借助于体积测量装置5通过体积测量方式预计量的填料量10，用于经由切换阀6输出给填充元件22。再者，体积测量装置5在该实施变型方案中构造成流量计5，借助于该流量计5能够给设备1检测到经由产品供入管路4供入接收器皿8的液态填料3(也即填料量10)。特别是，流量计5构造成磁感应式流量计，简称mid。
[0048]
为了将填料3以受控且调节的方式供入，设备1的产品供入管路4配属有第一调节回路rk1。在这里示出的示例中，第一调节回路rk1包括用于检测在产品供入管路4中的压力的第一压力传感器13、第一调节及控制阀11、以及第一调节及控制单元12。
[0049]
同样地，在该示例中，第一调节回路rk1后置有分配装置24，该分配装置24将填料3引导至填充元件22。因此，使用第一调节回路rk1调节填充速度(也即流动速度)，填料3在对接收器皿8填充时以所述填充速度流向分配装置24。
[0050]
如在此同样所示，分配装置24例如构造成填料储箱24，该填料储箱24在填充运行期间部分地填充有液态填料3，也即：构成下部液体空间24.1和上部气体空间24.2，该上部气体空间24.2充以在填充压力下的加压气体。加压气体优选构造成二氧化碳气体，并且加压气体在此可以例如通过未示出的输入管路供入填料储箱24。
[0051]
再者，接收器皿8配属有第二调节回路rk2，该第二调节回路rk2包括：至少一个用于检测在接收器皿8中的压力的第二压力传感器18、至少一个第二调节及控制阀15、以及第二调节及控制单元17。优选地，接收器皿8的第二调节回路rk2配属有压力调节装置14连同至少一个第二切换阀16，该第二切换阀16用于将加压气体以控制和/或调节的方式供入给接收器皿8。第二调节回路rk2因此可以构造成压力调节回路。优选地，第二调节回路rk2构造成：在容器2中，在预加压阶段期间，至少在开始将预计量的填料量10后续装填到容器2中之前产生预加压压力，这种预加压压力处于填料储箱24的气体空间24.2的超压之下的压力水平(或大约相当于填料储箱24中的压力)，借此使得要装填的含二氧化碳的填料3不会在容器2中发泡。
[0052]
图3在示意功能图中示出按照本发明的设备1的另一实施变型方案。在这个实施变型方案中所示出的设备1与根据图2的实施变型方案的不同之处基本上在于：不是一个、而是设有两个呈接收器皿8形式的填充器皿。但也可以考虑的是，其他实施变型方案可以设有多于两个的接收器皿8。
[0053]
在此，每个接收器皿8配属有各自的相应的另外的调节回路rk2、rk3、
…
，这些另外的调节回路包括根据图2所描述的阀15、16、25、26和压力传感器18、28以及调节及控制单元17、27。此外，在切换阀6与控制阀7之间设有相应的滑阀19，其中，填料流借助于滑阀19可切换成进入相应的接收器皿8中以及从相应的接收器皿8出来。在此所示出的实施变型方案特别是对于闪电式填充和成形及填充工艺是有利的，因为这种填充过程非常快速地进行(通常大约500毫升填料需要300毫秒)。由此，即便采用一个接收器皿8的情况下，用于填充唯一接收器皿8的可用时间在某些条件下可能仍不足以通过流量计5准确地测量体积。但是，如果对于每个要填充的容器2(或例如对于每个成形及填充站)设有至少两个接收器皿8，那么
可以对此实现抵消，这是因为以预给定的填料量10从一接收器皿8给容器2充以填料3，而与之并行地以期望的填料量10填充第二接收器皿8。
[0054]
所有另外的在图2和图3的实施变型方案中示出的附图标记已经对于先前的图1进行描述并且因此可由该图1得知。
[0055]
在图4中所示出的设备1的实施变型方案与按照图2和图3的设备1的不同之处基本上在于：填充器皿构造成测量和/或计量器皿9，该测量和/或计量器皿9提供填料3借助于体积测量装置5通过体积测量方式预计量的填料量10，用于经由切换阀6输出给填充元件22。
[0056]
在该示出的实施变型方案中，测量和/或计量器皿9例如自身用作体积测量装置5。为了填充这个测量和/或计量器皿9，设有借助受控的驱动器21驱动的活塞工作缸系统9.1。在此，该驱动器有利地构造成线性驱动器21，并且特别是用于控制填料量10和填充速度。对于这种测量和/或计量器皿9，通过活塞工作缸配对结构9.1的几何结构以及通过活塞9.2在工作缸9.3中的行程路段来预给定体积(也即填料量10)。
[0057]
所有另外的在此示出的附图标记已经对于先前的图1至3进行描述，并且因此可由图1至3得知。
[0058]
上文中按照各实施例对本发明进行描述。不言而喻，多种变化和改型是可能的，而不会由此脱离本发明所基于的发明构思。
[0059]
附图标记列表
[0060]1ꢀꢀꢀ
设备
[0061]2ꢀꢀꢀꢀ
容器
[0062]3ꢀꢀꢀꢀ
填料
[0063]4ꢀꢀꢀꢀ
产品供入管路
[0064]5ꢀꢀꢀꢀ
体积测量装置(质量流量计或mid)
[0065]6ꢀꢀꢀꢀ
切换阀
[0066]7ꢀꢀꢀꢀ
控制阀
[0067]8ꢀꢀꢀꢀ
填充器皿，接收器皿
[0068]9ꢀꢀꢀꢀ
填充器皿，测量和/或计量器皿
[0069]
9.1
ꢀꢀ
活塞工作缸系统
[0070]
9.2
ꢀꢀ
活塞
[0071]
9.3
ꢀꢀ
工作缸
[0072]
10
ꢀꢀꢀ
填料量
[0073]
11
ꢀꢀꢀ
第一调节及控制阀
[0074]
12
ꢀꢀꢀ
第一调节及控制单元
[0075]
13
ꢀꢀꢀ
第一压力传感器
[0076]
14
ꢀꢀꢀ
压力调节装置
[0077]
15
ꢀꢀꢀ
第一调节及控制阀
[0078]
16
ꢀꢀꢀ
第二切换阀
[0079]
17
ꢀꢀꢀ
第二调节及控制单元
[0080]
18
ꢀꢀꢀ
第二压力传感器
[0081]
19
ꢀꢀꢀ
滑阀
[0082]
20
ꢀꢀꢀ
产品导出管路
[0083]
21
ꢀꢀꢀ
驱动器，线性驱动器
[0084]
22
ꢀꢀꢀ
填充元件
[0085]
23
ꢀꢀꢀ
填充及封闭装置
[0086]
24
ꢀꢀꢀ
分配装置
[0087]
24.1 下部液体空间
[0088]
24.2 上部气体空间
[0089]
25
ꢀꢀꢀ
第三调节及控制阀
[0090]
26
ꢀꢀꢀ
第三切换阀
[0091]
27
ꢀꢀꢀ
第三调节及控制单元
[0092]
28
ꢀꢀꢀ
第三压力传感器
[0093]
v1
ꢀꢀꢀ
第一体积流
[0094]
v2
ꢀꢀꢀ
第二体积流
[0095]
rk1
ꢀꢀ
第一调节回路
[0096]
rk2
ꢀꢀ
第二调节回路
[0097]
rk3
ꢀꢀ
第三调节回路。