CN101228089B

CN101228089B - 具有可处于三种位置的阀杆的灌装阀

Info

Publication number: CN101228089B
Application number: CN2005800512102A
Authority: CN
Inventors: A·路皮; F·瓦亚
Original assignee: Sidel SA
Current assignee: Sidel SA
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2025-07-28
Also published as: EP1917206B1; DE602005021257D1; US20080283788A1; JP2009502664A; EP1917206A1; ATE467603T1; JP5068751B2; PT1917206E; US7963305B2; CN101228089A; ES2346073T3; WO2007016957A1

Abstract

灌装阀(5)，包括：中空的壳体(11)，其具有阀座(25)；移动阀杆(14)，其滑动地安装在所述壳体(11)中并具有密封表面(23)，所述移动阀杆(14)与所述中空壳体(11)共同限定液体室(18)；进液口(26)，其用于使所述液体室(18)与液体供应管道(6)连通；将所述阀杆(14)置于第一的完全打开位置的部件，在该完全打开位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)分隔开，由此形成用于液体的通道(27)；将所述阀杆(14)置于第二的关闭位置的部件，在该关闭位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)处于密封接触，由此关闭所述通道(27)；将所述阀杆(14)置于第三预定的半打开位置的部件，在该半打开位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)分隔开，但比起在所述完全打开位置，所述密封表面距离所述阀座更近。

Description

具有可处于三种位置的阀杆的灌装阀

技术领域

本发明涉及用于将灌装液体(如饮料)灌装到容器中的一种灌装阀，涉及包括此类灌装阀的一种灌装机以及涉及用于灌装容器的方法。

背景技术

本发明涉及饮料装瓶领域，但并不局限于这一具体的技术领域；所述领域中始终要求有最大的无菌灌装条件，以减少外部因素对液体的污染。例如，在牛奶装瓶过程中，尤其是鲜奶装瓶过程中，无菌可能是关键性问题。

灌装机的设计总是必须在生产速率和无菌之间进行平衡。

一方面，生产速率要求将液体以最大流速供送给容器。

例如，EP 1 310 454披露了一种阀门单元，其包括中空阀体，在阀体中滑动地安装有阀塞，以及用于阀塞的导向装置，在中空阀体内部形成了用于液体的通道。所述阀塞与活塞形成一体，所述活塞与加压室相关联。在加压室中引入处于足够压力下的压缩空气，可将活塞抬起从而使阀塞处于一种开放状态，由此允许将灌装液体送入容器。在这样的结构中，液体流速取决于在灌装操作过程中活塞的抬升高度。

理论上讲，为了使流速达到最大，应把活塞抬升到最大高度。

但是另一方面，无菌性则要求容器的环境尽可能清洁。特别是应把溅出和溢出的情况减为最小，因为在机器上的任何液滴都可能变成细菌生长的基质。这就是为什么灌装液体必须要尽最大可能地以很大的精确度送入容器。

在EP 1 310 454中，所述阀塞具备带有锥状末端部分的顶部，所述末端部分为尖顶拱型，用于将液体导向容器的口部。此外，所述阀塞上配备有径向的翼片，以便使液体稳定并避免其扭转运动。

虽然液体是以层流的方式供送给容器，但当液位达到容器靠近其颈部的收敛顶部时，就会出现湍流。为了避免溢出，第一种常用的解决方案在于：限制液体流速以便把容器中的湍流减到最小。这一解决方法的主要缺点就是它毫无疑问地会影响生产速率。第二种解决方案在于：在液位距瓶颈一段足够的距离时停止灌装。这种解决方案有两个主要缺点。第一，所述容器需要加大尺寸，这样会消耗材料。第二，灌装好的容器内有较大的上方空气体积，使得顾客认为容器没有被灌装满，由此转而使用其他供应商。这就是为什么经常更愿意使用第一种解决方案，尽管这会对生产速率造成不良后果。

发明内容

本发明的目的是提供一种灌装阀，它可以克服现有灌装阀的上述缺点。

所提出的灌装阀包括：

-中空的壳体，其具有阀座；

-移动阀杆，其滑动地安装在所述壳体中并具有密封表面，所述移动阀门组件与所述中空壳体共同限定液体室；

-进液口，其用于使所述液体室与液体供应管道连通；

-将所述阀杆置于第一的完全打开位置的部件，在该完全打开位置，所述密封表面与所述阀座分隔开，由此形成用于液体的通道；

-将所述阀杆置于第二的关闭位置的部件，在该关闭位置，所述密封表面与所述阀座处于密封接触，由此关闭所述通道；以及

-将所述阀杆置于第三预定的半打开位置的部件，在该半打开位置，所述密封表面与所述阀座分隔开，但比起在所述完全打开位置，所述密封表面距离所述阀座更近。

本阀的操作产生一种用液体灌装容器的新方法，其包括以下步骤：

-将第一预定量的液体以第一预定流速引入所述容器中，

-将第二预定量的液体以低于第一预定流速的第二预定流速引入所述容器中。

据此，在第一阶段中，液体是以高流速送入容器。在第二阶段中(实际上一旦容器中的液位达到接近颈部的收敛部分时)，液体是以较低的流速供给的。这样就允许使生产速率最大化而同时避免溢出。

附图说明

在结合附图考虑的优选实施方案的详细说明中，可以明显看出本发明的上述及其他的目的和优点。

图1是配备有根据本发明的灌装阀的灌装机的局部正视截面图，其中灌装阀显示为处于关闭位置：

图2是显示图1的灌装阀处于完全打开位置的正视截面图；

图3是显示图1的灌装阀处于半打开位置的正视截面图。

具体实施方式

现参见各图，其中部分地示出一台灌装机1，其用于将一种非加压(非含气)的灌装液体如果汁、牛奶、荼或类似物灌装到容器2中。

所述灌装机1包括：

-储存罐(未示出)，液体在储存罐中保持在基本恒定的液位；

-具有板3的旋转的回转台，所述板配有多个周边的容器支撑装置4(各图中部分地显示了其中之一)；

-多个相应的灌装阀5；

-多个径向的液体输送管道6，其用于通过流量计7使所述储存罐与每个灌装阀5连通。

所述容器支撑装置4包括支撑臂8，支撑臂的径向端9成叉形，以与容器2的颈部10相配合，由此将容器2保持在通过对应的灌装阀5进行灌装的位置上。

所述灌装阀5包括：柱形中空的壳体11，所述壳体具有内孔腔12，所述内孔腔围绕一条垂直的主轴线X而形成，并且在所述壳体11的底端部敞开以形成孔口13；以及沿着主轴线X滑动地安装在壳体11中的移动阀杆14。

所述壳体11包括两个叠置的中空节段即：中空体15，其中形成孔腔12；和中空头16，其通过环形夹具17安装在中空体15上并以可拆卸的方式连接于该中空体。

所述阀杆14及中空体15一起在阀杆14的外周与孔腔12的内周之间限定液体室18。

如各图中所示，所述阀杆14呈弹壳形并具有锥形下部19，所述下部具有防滴尖端20。所述锥形下部19还具有多个径向翼片21，这些翼片与孔腔12的内周相配合，以防止在灌装操作过程中灌装液体的任何扭转运动。

阀杆14具有径向放大的上部22，该上部限定环状接触密封表面23，所述密封表面由密封件24形成，在阀杆14的关闭位置中以液体密闭的方式抵接相应的锥形阀座25，该阀座形成于中空体15中。

所述阀5还包括由中空体15中的通孔形成的进液口26，以把液体室18和液体输送管道6连通。

在下文所披露的某些条件下，所述阀杆14相对于壳体11可以沿主轴线X在以下位置之间轴向地移动：

-完全打开的位置(图2)，在该位置，密封表面23与阀座25分开第一预定距离D1，由此形成使液体能从液体室18流入容器2的通道27，

-关闭位置(图1)，在该位置，密封表面23与阀座25处于液体密封式接触，由此关闭通道27并防止液体从液体室18流入容器2，并且还有

-半打开位置(图3)，在该位置，密封表面23与阀座25分开第二预定距离D2，D2小于第一距离D1。换句话说，在半打开位置中，与完全打开位置相比，所述密封表面23离阀座25更近。

所述阀5包括将阀杆14移动到其各个位置的活塞系统28。所述活塞系统28包括第一下活塞29，该下活塞与阀杆14刚性连接并相对于中空头6沿主轴线X滑动地安装。更精确的说，阀杆包括向上突出的轴30，该轴被插入下活塞29中同轴形成的对应孔腔内，并且在其上端部旋拧有螺栓31，以持久地将下活塞29和阀杆14固定在一起。

所述下活塞29包括：

-柱形活塞体32，它沿着主轴线X滑动地安装在导向套管33内，所述导向套管进而安装在壳体11内，大致在中空体15和中空头16之间的连接处，以及

-由环状凸缘形成的柱形活塞头34，它滑动地被接纳在中空头16中所形成的相应孔腔35中。

所述活塞系统28还包括第二上活塞36，所述上活塞与下活塞29同轴但相互分离，并且它沿主轴线X滑动地安装在中空头中。所述上活塞36包括：

-由环状凸缘形成的柱形活塞头37，它滑动地被接纳于中空头16中形成的相应孔腔38中，以及

-柱形活塞体39，它滑动地被接纳在中空头16中所形成的相应孔腔40中，并位于孔腔35和38之间。所述上活塞36相对于中空头16可以在以下位置之间运动：

-高位(图1和2)，在所述高位，上活塞头37的顶端表面41与在中空头16上形成的位于孔腔38上端部的上止动表面42进行抵接；以及

-低位(图3)，在该低位，在所述活塞体39上形成的周边肩状表面43与中空头16中形成的位于孔腔38下端部的下止动表面44进行抵接。所述上活塞36因此在这些位置之间限定了冲程S₂，当上活塞36处于其高位时(图1)，该冲程等于肩状表面43和下止动表面44之间的距离。

所述下活塞29相对于中空头16可以在以下位置之间活动：

-对应于阀杆14的关闭位置的低位(图1)，在该低位，所述下活塞29与上活塞36分开，

-对应于阀杆14的完全打开位置的高位(图2)，在该高位，所述活塞头34的顶端表面45与上活塞体39的底端表面46在上活塞体处于其高位时进行抵接，以及

-对应于阀杆14的半打开位置的中间位置(图3)，在该中间位置，所述活塞头34的顶端表面45与上活塞体39的底端表面46在上活塞体处于其低位时进行抵接。

所述下活塞29在其高位和低位之间限定冲程S₁，当下活塞29处于其低位而上活塞36处于其高位时(图1)，该冲程等于活塞头34的顶端表面45与上活塞体39的底端表面46之间的距离。

如各图中所示，所述阀5还包括间置在活塞头34与中空头16上形成的肩状表面48之间的下压缩复位弹簧47，所述弹簧将下活塞29持久地朝向其低位偏压。

在孔腔35中所述导向套管33与位于下复位弹簧47相反侧上的活塞头34之间限定第一下加压室49，并且由中空头16中的通孔形成第一下进气口50，以使下加压室49与连接到中空头16的下气道(未显示)相连通，由此在足够的压力下将受压气体(如空气)通过下进气口50引入下加压室49中，会将下活塞29朝其高位施以偏压，以对抗下复位弹簧47在下活塞29上施加的力。

如各图中所示，所述阀5还包括间置在下止动表面44与上活塞头37之间的上压缩复位弹簧51，该弹簧持久地将上活塞36朝着其高位偏压。

在孔腔38中于中空头16的上止动表面42与上活塞头37的顶端表面41之间(即上复位弹簧51的相反侧)限定了第二上加压室52，并且由中空头16中的通孔形成第二上进气口53，从而将上加压室52与连接到中空头16的上气道(未显示)连通，由此在足够的压力下将受压气体(如空气)通过上进气口53引入上加压室52中，可以将上活塞36朝其低位偏压，以对抗上复位弹簧51作用在上活塞36上的力。

所述阀5另外包括由弹性材料如高弹体制成的膜体54，所述膜体以气密且液体密封的方式将阀杆14与壳体11在液体室18的顶端处相连接，以允许阀杆14进行运动，并同时防止发生任何的液体从液体室18到下加压室49的泄露，并且还防止任何的从下加压室49到液体室18的气体泄露。更精确地，垫圈形式的膜体54具有：内边缘，该内边缘被密封(气密兼液密)地保持在下活塞29与阀杆14之间；和外周边缘，其被密封地保持在中空体15和导向套管33之间。

现在参照各图说明灌装操作，首先从图1所示的阀杆14的关闭位置开始。

在所述关闭位置，没有受压空气被引入所述下加压室49及上加压室52中，从而上活塞36在上复位弹簧51的偏压力的作用下处于其高位，而下活塞29则在下复位弹簧47的偏压力作用下处于其低位，从而使阀杆14处于其关闭位置，在该关闭位置，密封件24与阀座25处于密封接触，由此防止液体从液体室18流入容器2。应注意的是，液体在放大部分22上施加额外的朝下取向的力，它使得阀杆14受到指向其关闭位置的偏压。

一旦容器2准备好进行灌装，受压空气即被导入下加压室49，而上加压室52中尚未被导入受压空气，由此下活塞29抬升直到其高位，在该高位，如上所述它与上活塞36进行抵接，由此使得阀杆14处于其完全打开的位置，在该完全打开的位置，密封件24与阀座25之间的距离D1等于下活塞29的冲程S₁，并允许液体按照预定的高流速从液体室18流入容器2。

一旦第一预定量的液体被送入容器2(通过流量计7完成测量)，例如，所述第一预定量的液体对应位于容器的收敛上部55即容器肩部下面的容积——而在肩部处由于高流速的送液条件可能出现湍流，受压气体同时被送入下加压室49和上加压室52，由此使上活塞36移动至其低位，而将下活塞29推至其中间位置，下活塞在此处由于上活塞36、下加压室49中的气压和下压缩复位弹簧47施加的力(相对于这些力，重量可以被忽略)之间的平衡而受到阻挡。由于上活塞36的冲程S₂小于下活塞29的冲程S₁，因而阀杆14然后被置于其半打开位置，在该半打开位置，密封件24与阀座25之间的距离D2等于下活塞29的冲程S₁与上活塞36之间的冲程S₂之间的差S₁-S₂。换句话说，在所述半打开的位置上，密封件24与阀座25分开，但是比起完全打开位置，密封件更靠近阀座。相应地，液体以较低流速(即低于高流速)送入容器2，由此防止液体在到达容器2的颈部56时产生湍流。

一旦第二预定量的液体——其对应于送入容器2的最终液体体积与高流速下送入的第一体积之间的差值——被送入容器2中，两种送气均停止，这样在上下复位弹簧47、51的偏压下，上下活塞29、36被再次分别置于其高位和低位，由此使阀杆14被置于其关闭位置并停止向容器2输送液体。

由此，液体能以最大速率被送入容器2中，但是当液体到达颈部56时，又不会有任何在容器2中产生湍流的风险(或者至少风险较小)，而否则湍流会产生溢出和/或溅出现象。这样可以同时增加无菌条件和生产速率。

此外，环形夹具7允许对活塞系统28进行简单快速的维护(例如由于任何原因需要更换复位弹簧47和/或51时)，而不会有任何污染液体的风险，因为所述膜体54在中空体15和中空头16之间提供液体和气体的密封分隔。

Claims

1.灌装阀(5)，包括：

-中空的壳体(11)，其具有阀座(25)；

-移动阀杆(14)，其滑动地安装在所述壳体(11)中并具有密封表面(23)，所述移动阀杆(14)与所述中空壳体(11)共同限定液体室(18)；

-进液口(26)，其用于使所述液体室(18)与液体供应管道(6)连通；

-第一活塞(29)，所述第一活塞刚性地连接至所述阀杆(14)，滑动地安装在所述壳体(11)中，并相对于所述壳体限定在第一活塞的高位和第一活塞的低位之间的第一冲程(S1)，在所述第一活塞的高位，所述第一活塞(29)将所述阀杆(14)置于第一的完全打开位置，在该完全打开位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)分隔开，由此形成用于液体的通道(27)，而在所述第一活塞的低位，所述第一活塞(29)将所述阀杆(14)置于第二的关闭位置，在该关闭位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)处于密封接触，由此关闭所述通道(27)；

-第二活塞(36)，所述第二活塞滑动地安装在所述壳体(11)中，并相对所述壳体限定短于所述第一冲程的、介于所述第二活塞的高位和所述第二活塞的低位之间的第二冲程(S2)，在所述所述第二活塞的高位，所述第二活塞(36)允许所述第一活塞(29)到达所述第一活塞(29)的高位，而在所述所述第二活塞的低位，所述第二活塞(36)将所述第一活塞(29)阻挡于所述第一活塞(29)的中间位置，在该中间位置，所述第一活塞(29)将所述阀杆(14)置于第三预定的半打开位置，在该半打开位置，所述密封表面(23)与所述阀座(25)分隔开，但比起在所述完全打开位置，所述密封表面距离所述阀座更近，

其特征在于，所述第一活塞(29)具有顶端表面(45)，所述顶端表面在所述第一活塞(29)的高位和所述第一活塞(29)的中间位置，与所述第二活塞(36)的底端表面(46)进行抵接。

2.根据权利要求1所述的灌装阀(5)，其中，所述第二活塞(36)具有肩状表面(43)，在所述所述第二活塞(36)的低位，所述肩状表面与所述壳体(11)中形成的下止动表面(44)进行抵接。

3.根据权利要求1所述的灌装阀(5)，其中，所述第二活塞(36)具有顶端表面(41)，在所述所述第二活塞(36)的高位，所述顶端表面与所述壳体(11)中形成的上止动表面(42)进行抵接。

4.根据权利要求1所述的灌装阀(5)，还包括：

-第一复位弹簧(47)，其间置在所述壳体(11)与所述第一活塞(29)之间，持久地将所述第一活塞朝其低位偏压：

-第一加压室(49)；

-第一进气口(50)，用于将所述第一加压室(49)与第一气道连通，由此，在足够的压力下将气体引入所述第一加压室(49)中，会克服所述第一复位弹簧(47)的作用而将所述第一活塞(29)朝其高位偏压。

5.根据权利要求4所述的灌装阀(5)，还包括：

-第二复位弹簧(51)，其间置在所述壳体(11)与所述第二活塞(36)之间，持久地将所述第二活塞向其高位偏压；

-第二加压室(52)；

-第二进气口(53)，用于将所述第二加压室(52)与第二气道连通，由此，在足够的压力下将气体引入所述第二加压室(52)中，会克服所述第二复位弹簧(51)的作用而将所述第二活塞(36)朝其低位偏压。

6.根据权利要求1所述的灌装阀(5)，其中，所述壳体(11)包括：

-中空体(15)，所述液体室(18)在中空体内形成；

-中空头(16)，这些活塞(29，36)滑动地安装在该中空头内，所述中空头(16)安装在所述中空体(15)上方，并可拆卸地连接于该中空体。

7.根据权利要求1所述的灌装阀(5)，还包括将所述阀杆(14)与所述壳体(11)相连的膜体(54)。

8.灌装机(1)，其包括多个根据权利要求1至7中任一项所述的灌装阀。