NO882609L - Maskin for fylling av emballasjebeholdere. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en maskin for fylling av emballasjebeholdere med et produkt som kan strømme. Produktet er fortrinnsvis en blanding av i det minste to komponenter som kan strømme. Av hensyn til klarhet blir i det følgende bare nevnt to komponenter. Produktet kan bestå av en første komponent i form av et partikkelformet, fast materiale som er suspendert i en viskøs væske (i det følgende: faste stoffer), og en annen komponent i form av en tynn væske, f.eks. vann (i det følgende: væske), og hver komponent tilføres fra et separat forråd. Naturligvis kan begge komponentene være væsker, men betegnelsene "faste stoffer" og "væske" benyttes for å forenkle beskrivelsen. Eksempler, blant matvarer, på produkter som er egnet til emballering i henhold til oppfinnelsen omfatter heterogene dyrematprodukter og supper som inneholder faste bestanddeler slik som biter av grønnsaker.

Oppfinnelsen er godt egnet for aseptiske fylleprosesser, ved bruk av beholdere av syntetisk plast, stive, halvstive eller fleksible.

Formålet med oppfinnelsen er å unngå eller i det minste å minske ulempene ved kjente fy1lemaskiner, av hvilke noen skal nevnes i det følgende.

Oppfinnelsen angår en maskin for fylling av emballasjebeholdere med et produkt som kan strømme, idet maskinen omfatter en reguleringsventil i form av en proppventil som har et hus som avgrenser en boring som danner et konisk ventilsete, en propp som har en komplementær konisk flate, et ventilkammer for fluid under trykk dannet ved den tykkeste enden av kroppen, idet kammeret kommuniserer med boringen, og proppen er aksialt forskyvbar mellom en første stilling, der dens koniske flate tetter mot ventilsete og der den er dreibar for å regulere strømning gjennom ventilen, og en annen stilling, der den er trukket tilbake inn i kammeret for å danne klaring mellom de innbyrdes tilpassede flater på proppen og setet men opprettholder klaring mellom sin tykkeste ende og den motstående flate i kammeret, slik at alle flatene på proppen er blottlagt for rengjøring og sterilisering .

En viktig fordel ved en fyllemaskin som har en ventil utformet slik som angitt ovenfor er at når proppen er i den tilbaketrukne stilling kan hele ventilen rengjøres og steri-liseres grundig uten at den må demonteres. En annen fordel er muligheten til at den ovenfor nevnte proppventil kan kompensere for eventuell forskjellig ekspansjon av proppen og dens ventilsete på grunn av den aksiale regulerbarhet til proppen som er innebygget i utformningen av ventilen. Dette er særlig en fordel når huset som danner setet og proppen er laget av materialer som har forskjellige varmeutvidelses-koeffisienter.

En annen fordel med proppventilen er at proppen og dens sete kan motstå abrasive angrep fra forholdsvis harde partikler i produktene som fylles av maskinen, f.eks. ben eller brusk. Slike partikler har skadelig virkning på tidligere kjente ventiler som tettes av elastomere O-ringer som er ømfintlige overfor virkningen av slike partikler, særlig når en O-ring forskyves forbi en åpning under demontering og montering.

I en foretrukket utførelsesform omfatter maskinen en led-ningsanordning som kommuniserer med ventilkammeret for å lede fluidet under trykk inn i og/eller ut av kammeret. Fortrinnsvis tjener ledningsanordningen til å lede fluidet under trykk inn i kammeret, og fluidet forlater kammeret gjennom klaringen mellom proppen og dens sete.

I en annen, foretrukket utførelsesform omfatter maskinen en første og annen pumpe for henholdsvis å pumpe en første og en annen komponent av produktet, strømningsbaner for komponentene mellom pumpene og de respektive sterile forråd av komponentene samt mellom pumpene og et felles utløp for fylling av beholderne, idet proppventilen er konstruert og plassert for å regulere strømmen av komponentene gjennom strømningsbanene og kan forskyves vinkelmessig mellom en første stilling der den første pumpen er i en tømmetilstand og driver den første komponent via proppen og inn i utløpet, og den annen pumpe er i en sugetilstand og fyller seg selv med den annen komponent via proppen, og en annen stilling der operasjonene til pumpene er motsatt.

Fortrinnsvis er hver av pumpene en enkeltvirkende pumpe med resiprokerende stempel og omfatter en sylinder, et hovedstempel og en hjelpestempel som holdes av en felles stempelstang, idet sylinderen ved hjelp av en "rullende" membran er fluidtett inndelt i en hoveddel som inneholder hovedstempelet og en hjelpedel som inneholder hjelpestempelet, idet omkretsen av den "rullende" membran er festet til sylinderen og et midtre parti av membranen er festet til hjelpestempelet for å forskyves av dette.

I en fordelaktig utførelsesform har hoveddelen av sylinderen et pumpeparti der diameteren er komplementær med diameteren til hovedstempelet samt et tilbaketrekkingsparti som går over i pumpepartiet men har større diameter enn det sistnevte, og pumpen er slik utformet at i pumpetilstanden kan hovedstempelet resiprokere inne i pumpepartiet, mens hovedstempelet, når det ikke er i pumpetilstand, kan trekkes tilbake i tilbake-trekkingspartiet, der alle dets flater er blottlagt for ren-gjøring og sterilisering.

Oppfinnelsen skal nå beskrives ved hjelp av eksempler, under henvisning til de vedføyde, skjematiske tegninger, som viser en aseptisk fyllemaskin for fylling av en rekke plastbeger med et produkt, idet maskinen omfatter to stempelpumper og en proppventil. På tegningene er: Fig. 1 en forenklet, gjennomskåret, isometrisk projeksjon av maskinen under fylling av faste stoffer. Fig. 2 viser en propp i ventilen under fylling av faste stoffer.

Fig. 3 viser maskinen under fylling av væske.

Fig. 4 viser proppen under fylling av væske.

Fig. 5 er en sideprojeksjon, delvis i snitt, av maskinen under fylling av væske.

Fig. 6 viser maskinen i fig. 5 sett ovenfra.

Fig. 7 er et aksialsnitt gjennom en av pumpene.

Fig. 8 viser maskinen under rengjøring, og

Fig. 9 er en sideprojeksjon i snitt som viser maskinen under sterilisering, med proppen til ventilen og stemplene til pumpene tilbaketrukket.

I fyllestasjonen (fig. 1 og 3) holder en trinntransportør (ikke vist) en rekke begerholdere (10) horisontalt, under en hovedbunnplate 12 til den aseptiske fyllemaskin. Området under bunnplaten 12 er innelukket og tilføres steril luft, slik at begerne 14 mottar produktkomponentene gjennom en fylledyse 26 som har en vertikal akse, er utstyrt med et utvidet utløp og er montert i et hull 16 i bunnplaten 12 i sterile omgivelser. Utløpet behøver imidlertid ikke nød-vendigvis å være utvidet slik som vist, og det kan f.eks. benyttes et sylindrisk utløp. Produktkomponentene kommer til dysen 26 gjennom det steriliserte indre av maskinen, som er montert på oversiden av bunnplaten 12.

Produktkomponentene, nemlig de faste stoffer 18 og væsken 20 (begge slik som definert ovenfor) tilføres begeret 14 etter hverandre av en resiprokerende doseringspumpe 22 for faste stoffer og en doseringspumpe 24 for væske, og blandes ikke før væsken tilsettes de faste stoffer som allerede befinner seg i begeret 14. Hver av pumpene 22, 24 er hovedsakelig en enkeltvirkende stempelpumpe.

Maskinen omfatter en ventil 30 med dreibar propp (fig. 1, 3, 5, 8 og 9) som virker både som en reguleringsventi1 og en stengeventil. Ventilen omfatter et hus 28 utstyrt med en konisk boring 29 som danner et konisk ventilsete tilpasset en komplementært konisk propp 32, for å muliggjøre tetning flate mot flate mellom åpninger uten bruken av andre elastomere tetninger. Omønskelig kan en O-ring eller en annen elasto-mer tetning være anordnet nær den tykkeste enden av veggen til den koniske propp, fordi den på dette sted aldri behøver å passere en åpning under montering eller demontering. Den koniske boring er åpen i sin fremre ende med liten diameter, og rager aksialt fordi proppen 32 i sin bakre ende med stor diameter, der den er lukket av en plate 38, slik at et ventilkammer 31 er dannet bak proppen 32. Proppen 32 har en stang som rager gjennom kammeret 31 og tjener til vinkelmessig og aksial forskyvning av proppen 32, slik det skal forklares i det følgende. En kanal 35 munner ut i kammeret 31 for å lede fluid under trykk inn i (og/eller ut av) kammeret 31 .

Både huset 28 og proppen 32 kan være laget av det samme materiale, f.eks. metall, eller av forskjellige materialer, f.eks. av forskjellige metaller, eller en av dem kan være av plast og den annen av metall.

Konusvinkelen til den koniske propp 32, som har form som en del av en rett, sirkulær konus, er i området 15° til 45°, fortrinnsvis 20° til 25°, og dens akse rager til bunn-flaten i huset 28 (og også til oversiden og undersiden av bunnplaten 12) under en vinkel som tilsvarer halvparten av konusvinkelen, dvs. til en vinkel mellom aksen til proppen og hvilken som helst av generatrisene på dens overflate. Følge-lig er partiet av huset 28 mellom proppen 32 og bunnplaten 12 under aksen til proppen 32 jevntykt. Aksen til dysen 26 og

aksen til proppen 32 krysser hverandre.

Ventilen 30 er utformet til å regulere og stenge strømmen både av de faste stoffer 18 og væsken 20, og omfatter følge-lig to separate strømningssystemer, nemlig et strømnings-system for faste stoffer og et strømningssystem for væske.

Strømningssystemet for de faste stoffer omfatter et første kammer 46 som rager aksialt, er åpent ved den tynne, fremre ende av proppen 32 og kommuniserer med en radial åpning 48 i siden av proppen 32. Strømningssystemet for faste stoffer omfatter også en innløpsåpning 53 anordnet i huset 28 og i kommunikasjon med utløpsenden til et tilførselsrør 52 for faste stoffer, idet innløpsenden av dette kommuniserer med et sterilt forråd av faste stoffer (ikke vist).

Strømningssystemet for væsken omfatter et annet kammer 42 som kommuniserer direkte med åpninger 40 og 44 og via en langs-gående kanal 54 (fig. 5) med en åpning 56, i hvilken en sprøytedyse 58 utstyrt med flere små, gjennomgående åpninger er løsbart festet ved hjelp av en lang stang 60. Hensikten med de små åpninger er å hindre uønsket utstrømning av væsken etter et fullført tømmeslag til doseringspumpen 24 for væske. Åpningene 40, 44 og 56 er radiale åpninger i siden av proppen 32. I de viste utførelsesformer befinner aksene til åpningene 40 og 44 seg i et første radialt plan på proppen 32 og er adskilt med en vinkelavstand o, mens åpningene 48 og 56 befinner seg i et annet radialt plan på kroppen 32 og er adskilt med en vinkelavstand o. I det viste eksempel er den radiale avstand o 90°. Strømningssystemet for væske omfatter også åpninger 88 og 37 anordnet i huset 28 og adskilt med en vinkelavstand o. Åpningen 37 er en innløps-åpning som kommuniserer med utløpsenden av et tilførselsrør 36 for væske, og innløpsenden til dette kommuniserer med et sterilt forråd av væske (ikke vist).

Begge strømningssystemene har en felles utløpsåpning 49 i huset 28. Utløpsåpningen 49 kommuniserer med fylledysen 26. Som vist i fig. 1, 3, 5, 8 og 9 er doseringspumpen 22 for faste stoffer montert på bunnplaten 12 via en hul monterings-blokk 84. Blokken 84 er utstyrt med en kanal 15 som ved en ende kommuniserer med den åpne ende til den koniske boring 29 og dermed med kammeret 46 og ved den annen ende, via en ventil (ikke vist) med et utløps (ikke vist). Blokken er videre utstyrt med en profilert åpning 86 som er forsatt fra aksen til pumpen 22, gjennom hvilken pumpen 22 kommuniserer med kanalen 15. Doseringspumpen 24 for væske kommuniserer gjennom åpningen 88 i huset 28 med den koniske boring 29.

Proppen 32 kan dreieforskyves i en vinkel o mellom to vinkel-stillinger, ved hjelp av en passende dreieaktivator 34 (fig. 5). Disse to stillinger er en første stilling vist i fig. 1 og 2 og en annen stilling vist i fig. 3, 4 og 5. I begge stillinger kommuniserer kammeret 46 i proppen 32 med kanalen 15 og derved, via åpningen 86, med pumpen 22. Når fyllemaskinen er i tilstand for fylling av faste stoffer (fig. 1) er proppen 32 i den første stilling, i hvilken åpningen 40 er innrettet etter innløpsåpningen 37 mens åpningen 44 er innrettet etter åpningen 88, slik at tilførs-elsrøret 36 for væske kommuniserer via åpningene 37 og 40, kammeret 42 og åpningene 44 og .88, med doseringspumpen 24 for væske, som er i sugetilstanden, slik at væsken 20 tilføres denne fra det sterile forråd av væske. I denne stillingen er åpningen 56 tettet av overflaten til den koniske boring 29. Samtidig er åpningen 48 innrettet etter utløpsåpningen 49, slik at fylledysen 26 kommuniserer med doseringspumpen 22 for faste stoffer, som er i tømmetilstand og følgelig avgir faste stoffer 18, via åpningen 86, kanalen 15, kammeret 46, utløps-åpningene 48 og 49 og dysen 26, til begeret 14 under dysen 26.

Når avgivelsen av faste stoffer til begeret 14 er fullført går fyllemaskinen over til sin tilstand for fylling av væske (fig. 3 og 5) . For dette formål dreies kjernen 32 til den

annen stilling, slik som antydet med pilen 50 i fig. 4.

I denne stilling er åpningen 48 innrettet etter innløps-åpningen 53, slik at tilførselsrøret 52 for faste stoffer kommuniserer via åpningene 53 og 48, kammeret 46, kanalen 15 og åpningen 86 med doseringspumpen 22 for faste stoffer, som nå er i sugetilstand, slik at de faste stoffer 18 til-føres denne fra det sterile forråd av faste stoffer, i denne stilling overlapper åpningen 40 åpningen 88, åpningen 44 er lukket av overflaten til den koniske boring 29, og åpningen 56 overlapper utløpsåpningen 49, slik at fyllesdysen 26 kommuniserer med doseringspumpen 24 for væske, som er i tømmetilstanden og følgelig avgir væske 20, via åpningene 88 og 40, kammeret 42, kanalen 54, åpningene 56 og 49 og dysen 26, til begeret 14 som er fylt med faste stoffer.

Åpningen 86 er fortrinnsvis utformet til å lede de faste stoffer, uten tilstopning, i retning mot ventilen 30 når pumpen 22 tømmes.

Når avgivelsen av væske stanser går fyllemaskinen over til sin tilstand for fylling av faste stoffer. For dette formål dreies proppen 32 i den motsatte retning (se pilen 62, fig. 2), for å bringes tilbake til den første stilling. Trinnvis bevegelse av begerholderne 10 for å bringe et nytt, tomt beger 14 til dysen 26, skjer før proppen 32 dreies, hvoretter det nye beger 14 fylles med faste stoffer og deretter væske, slik beskrevet ovenfor.

Som det fremgår av beskrivelsen ovenfor skjer blanding i selve beholderen 14 og normalt ikke i fyllemaskinen (selv om det ikke utelukkes et arrangement der, mens en pumpe fylles, to eller flere øvrige pumper samtidig utfører tømning i beholderen via et felles blandekammer i reguleringsventilen eller oppstrøms for denne).

I det tilfellet der det benyttes to pumper 22, 24 fylles hver pumpe (sugetilstand) mens den annen tømmes (tømmetil- stand), og bevegelsen til proppen 32 i reguleringsventilen mellom de to stillinger er tilpasset i tid for ved eller like etter slutten av fylleslaget til pumpen som fylles å bringe denne pumpen i kommunikasjon med beholderen. Dette gir en vekselvirkning av pumpene og muliggjør at blandede produkter kan emballeres hurtig.

De to pumpene 22 og 24 er fortrinnsvis av hovedsakelig samme konstruksjon, f.eks. slik som vist i fig. 7, og har en sylinder 64 dannet av en øvre blokk 66 og en nedre blokk 66. Den sistnevnte" er konisk ved sin øvre ende, (slik som vist ved 70) utvidet til en større åpning, og den øvre blokk 66 har den samme store åpning. I det koniske parti 70 er en radial innløps- og utløpsforbindelse 72 for kommunikasjon med den nedre blokk 68 til sylinderen 64. Sylinderen er inndelt i et øvre parti og et nedre parti av en "rullende" membran 74 hvis ytre flens er fastklemt mellom de to sylinderblokkene 66, 68 og hvis øvre flate i sitt midtre parti er festet til et øvre stempel 76 som holder membranen 74 og befinner seg over denne. Stempelet 76 holdes på en stempelstang 78 som har et arbeidsstempel 80 på sin fremre ende. Stempelet 80 er glidende tetninger 82 og forskyves i den innsnevrede boring i den nedre sylinderblokken 68. Pga. dette arrangement befinner det øvre stempel 76 sg hele tiden i den øvre del, mens arbeidsstempelet 80 hele tiden befinner seg i den nedre del.

Tetningene 82 danner primær tetning mot inntrengning av produktet i sylinderen 64 over stempelet 80, og minsker i høy grad muligheten til skade på membranen 74 pga. abrasive elementer i produktet . Selve membranen 74 danner ikke bare en sekundær tetning mot inntrengning av produkter, men utgjør også en barriere mellom den sterile, nedre del av sylinderen 64 og dens øvre del som ikke er i sterile omgivelser. Sterilt fluid, slik som steril luft, innføres under normaldrift gjennom tilkoblingen 72 i den sterile, nedre del av hver sylinder, mellom membranen 74 og stempelet 80, ikke bare for å holde denne del steril, men også å hindre produktkomponentene som pumpes i denne i å passere stempelet 80 og dets tetninger 82 over stempelet 80.

Hver pumpe 82, 24 har et tverrgående åk 90 montert på sin stempelstang 78, tilkoblet en dobbeltvirkende fluidaktivator 92 for å heve og senke stemplene 76, 80. Lengden til stemp-elslagene til hver pumpe 22 og 24 kan reguleres uavhengig ved hjelp av hvilke som helst passende midler. Fig. 5 viser et mulig arrangement, der den øvre begrensning bestemmes av en stopper 94 som kan reguleres med et manuelt ratt 96. En aktivator 98 for hver pumpe regulerer en plate 100 som er svingelagret ved 102 på en fast brakett. Når den er i stillingen vist i fig. 5 hindrer platen 100 at åket 90 kan heves før det tidspunkt det er nødvendig å heve stempelet fra den smale bunnen for sterilisering.

Periodisk trenger utstyret rengjøring og sterilisering. Fig. 8 viser rengjøringstilstanden, i dette eksempel vd vasking (det kan i stedet benyttes dampspyling). Vaskefluid innføres samtidig gjennom tilførselsrørene 36, 52, som midlertidig er frakoblet fra de sterile forråd av væske g faste stoffer og er tilkoblet et forråd av vaskefluid, og proppen 32 osciller-es gjentatte ganger bakover og forover mellom sine to stillinger, mens stemplene 80, 76 til pumpene 22, 24 resipro-keres gjentatte ganger opp og ned. Avløpsvæske fra vaskingen slipper ut gjennom kanalen 15 (mot venstre i fig. 8) og gjennom dysen 26.

Under den siste del av vaskefasen trekkes proppen 32 tilbake i retningen av pilen 33 aksialt, for å danne klaring mellom de innbyrdes tilpassede flatene på proppen 32 og boringen 29, men oprettholder klaring mellom den bakre flaten på proppen 32 og lukkeplaten 38, slik at alle flater på proppen 32 er blottlagt for rengjøring og etterfølgende sterilisering. Begge arbeidsstemplene 80 trekkes også tilbake, dvs. heves over nivået til de koniske partier 70, til de utvidede kammerene, til den samme stilling som vist i fig. 9, for å danne klaring mellom stemplene 80 med tetningene 82 og inner-flaten i sylindrene 64. Rensende fluid innføres deretter under trykk slik at den kommer i kontakt med alle innvendige flater og trenger inn så langt som til membranene 74. De trinn som benyttes under rengjøringen (vasking, spyling, rensing) og de fluider som benyttes for dette avhenger av de produktkomponenter som benyttes for fylling. Etter komponenter uten fett kan vasking med et vaskefluid være tilfreds-stillende .

Etter fullført vasking og med stemplene 80 og proppen 32 holdt i de tilbaketrukne stillinger kan sterilisering ut-føres, slik som vist i fig. 9. For dette formål innføres damp gjennom kanalen 35 og inn i kammeret 31 og strømmer fra dette rundt proppen 32 og rundt stemplene 80 og ut gjennom tilkoblingene 72. Mens rengjøring utføres etter fylling, utføres sterilisering før fylling.

Claims (6)

1. Maskin for fylling av emballasjebeholdere (14) med et produkt (18, 20) som kan strømme, idet maskinen omfatter en reguleringsventil i form av en proppventil (30) som har et hus (28) som avgrenser en boring (29) som danner et konisk ventilsete, en propp (32) som har en komplementær konisk flate, et ventilkammer (31) for fluid under trykk, utformet ved den tykkeste ende av proppen, idet kammeret kommuniserer med boringen, og proppen er aksialt forskyvbar mellom en første stilling der dens koniske flate tetter mot ventilsetet og der den er dreibar for å regulere strø mning gjennom ventilen, samt en annen stilling der den er trukket tilbake i kammeret for å danne klaring mellom de innbyrdes tilpassede flater på proppen og setet, men opprettholder klaring mellom sin tykkeste ende og den motstående flate i kammeret, slik at alle flater på proppen er blottlagt for rengjøring og. sterilisering.

2. Maskin som angitt i krav 1, omfattende en ledningsanord-ning (35) som kommuniserer med ventilkammeret for å lede fluidet under trykk inn i og/eller ut av kammeret.

3. Maskin som angitt i krav 1 eller 2, idet proppen omfatter to separate strø mningsbaner (46, 48; 40, 42, 44, 54, 56) for adskilt å lede strømmen av to fluider gjennom disse.

4. maskin som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 3, omfattende en første og en annen pumpe (22; 24), for pumping av henholdsvis en første og en annen komponent (18; 20) av produktet, strø mningsbaner (36, 37, 88; 52, 53, 15, 86) for komponentene mellom pumpene og respektive sterile forråd av komponentene og mellom pumpene og et felles utløp (26) for fylling av beholderne, idet proppventilen er konstruert og plassert for å regulere strømmen av komponentene gjennom strø mningsbanene og kan forskyves vinkelmessig mellom en første stilling der den første pumpen (22) er i tømmetilstand og tømmer den første komponent (18) via proppen og inn i ut-løpet, og den annen pumpe (24) er i sugetilstand og fyller seg selv med den annen komponent (20) via proppen, samt en annen stilling der driften av pumpene er motsatt.

5. Maskin som angitt i hvilket som helst av kravene 1 - 4, idet hver av pumpene er en enkeltvirkende pumpe med resiprokerende stempelm, omfattende en sylinder (64) et hovedstempel (80) og et hjelpestempel (76) som holdes av en felles stem-pelstand (78), idet sylindren ved hjelp av en "rullende" membran (74) er fluidtett inndelt i en hoveddel som inneholder hovedstempelet og en hjelpedel som inneholder hjelpestempelet, idet omkretsen til den "rullende" membran er festet til sylinderen og et midtre parti av membranen er festet til hjelpestempelet, for å beveges av dette.

6. Maskin som angitt i krav 5, idet hoveddelen av sylinderen har et pumpeparti, og diameteren til dette er komplementær med diameteren til hoveddelen, samt et tilbaketrekkingsparti som munner ut i pumpepartiet og har større diameter enn det sistnevnte, idet pumpen er slik utformet at i pumpetilstanden kan hovedstempelet resiprokere inne i pumpepartiet, mens utenom pumpetilstanden kan hovedstempelet tekkes tilbake inn i tilbaketrekningspartiet, der dets flater er blottlagt for rengjøring og sterilisering.