專利名稱：具有至少一個受控的空氣腔室的充填機器的制作方法
技術領域：
本發明涉及容器的充填機器領域。
本發明更特別涉及具有至少一個充填工位的容器的充填機器，該充填工位配有一個密封腔室用于接納至少一個要充填的容器。在這類機器中，將腔室打開以便能裝入或卸出容器，并將腔室再封閉以便能在容器的充填過程中控制腔室內的空氣。腔室特別由一個其上通出一充填口的頂壁、一個基本圓柱形的側壁和一個底壁限定。
這樣的機器比如在專利申請WO-99/05061中已有描述。它特別能實現將需要在特定壓力條件下傾析( re soutirés)的產品充填到容器中。
在飲食領域中，其實都知道，某些飲料比如啤酒應在低于大氣壓的壓力下傾析，而另一些飲料比如碳酸化蘇打水優選在高于大氣壓的壓力下傾析。
具有受控的空氣腔室的機器通過調節密封腔室的內部壓力就能在充填過程中減小甚至消除容器內外壓力差。這特別有利于由吹塑制得的熱塑性材料容器的充填，尤其是如果這些容器在被充填之前剛剛制造出來并且其隨溫度完全穩定下來之前就被帶到充填機器處。
本發明的目的是提出一種這樣的機器的新設計，且特別是提出一種充填用的腔室的新設計，使得能夠同時降低制造成本和使用成本，并使得該機器具有適合于不同尺寸的容器的優化功能。
基于這種目的，本發明提出一種上述類型的充填機器，其特征是，該機器包括用于改變封閉腔室的容積的裝置。
本發明的其它特征為——底壁以可更換部件的形式來實現，并且，充填工位可以接納各種底壁以便改變封閉腔室的容積；——腔室的打開和封閉是由側壁的軸向滑動來實現的，而底壁保持不動；——底壁的軸向位置是可調節的，以便改變封閉腔室的容積；——底壁包括一個調節口，該調節口通向腔室內部，且穿過該調節口，腔室中的空氣得以控制；——底壁安裝在一個臺柱上，當腔室打開時，底壁軸向朝下地支承在臺柱上；底壁有軸向間隙地安裝在臺柱上，并且當腔室封閉時，底壁軸向朝下地貼靠在與側壁相連的支承面上；——底壁的臺柱包括一個軸向的管形支柱，該支柱的上端面具有一個基面，當腔室打開時，底壁可以支承在該基面上；底壁的調節口由一調節管道46連接到一個與管形支柱的底端相聯結的接頭上，并且調節管道位于管形支柱內部；——調節管道由一剛性管構成，其與底壁軸向地聯結在一起，并且其有軸向間隙地安裝在管形支柱內部；——側壁包括一個底支座，該底支座滑動地安裝到管形支柱上，以保證在打開的低位和封閉的高位之間導引側壁；——充填工位包括鎖定裝置，在腔室封閉時，該鎖定裝置能將側壁軸向地鎖定在充填頭上；——側壁由兩部分組成，在腔室打開或封閉時，該兩部分沿相反方向移動；和——充填工位包括容器支撐裝置，該支撐裝置可在至少一個裝入位置和一個充填位置間移動，在充填位置上，容器的內部與腔室的內部相隔離。
參照附圖，本發明的其它特征和優點體現在以下詳細描述中，附圖中
圖1至圖3是本發明的機器的充填工位的第一實施方式的軸向剖視圖，圖中的充填工位依次展示為容器的裝入/卸出位置、腔室的清空位置和充填位置；圖4和圖5是圖1的D4和D5部分的詳細放大視圖；圖6和圖7是圖3的D6和D7部分的詳細放大視圖；圖8是與圖3相類似的視圖，其中，可以看出，充填工位配有一個適合于小尺寸的容器充填的腔室底壁；圖9和圖10是與圖1和圖3相類似的視圖，其示出本發明的第二實施方式，該第二實施方式包括一個其軸向位置可調節的底壁；圖11是本發明的第二實施方式的視圖，其示出已調整的充填工位，用于小容積容器的充填；和圖12和圖13是與圖1和圖3相類似的視圖，其示出本發明的第三圖1到圖8中示出了適合于本發明講解的機器的第一實施方式。
更確切地說，在這些圖中示出機器的充填工位10，而該機器可包括安裝在轉動的轉盤上的許多充填工位。為更清楚地描述，可認為，轉盤的轉動軸是垂直的，而且容器是在垂直位置上充填。
在所示的例子中，轉盤包括一個上板架12和一個下板架14。上板架12支撐一個指定的工位10的充填頭15。該充填頭15主要包括一個充填口16，該充填頭15在此僅是示意性地示出，且其用于將一定量的產品充填到安放在充填口16之下的容器18中。產品的定量器可以是容積型、流量型或重量型。還可使用一種檢測容器18的充填程度的定量器。
從圖中可以看出，借助于夾緊裝置將容器保持在充填口16之下，該夾緊裝置安裝在充填頭15上，夾緊裝置包括一個夾叉20，用于在容器頸底處的環狀物22下方夾住容器18。其實，本發明的充填機器特別適合于熱塑性材料比如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成的瓶子的充填。
夾叉20安裝在桿24的底端上，該桿24在圖1和圖2所示的容器18的裝入或卸出低位和圖3所示的充填高位之間在充填頭15內垂直滑動。在低位處，頸部與充填口16脫開，而在高位處，容器18的頸部緊貼充填口16。
充填工位10的特征是，在充填過程中容器18被封閉在一個密封的腔室26內。這種布置的目的是，使不論從氣體成分方面還是從氣體壓力方面都能夠控制充斥容器18內外的空氣。
正如從圖3中可以看出，腔室26由一個具有垂直軸的圓柱形側壁28以及其兩端處的充填頭15和底壁30限定。
為了能在腔室26中裝入和卸出瓶子18，腔室26應能打開。按照本發明的第一實施例方式，其設計為，腔室的打開和封閉是通過側壁28垂直地滑動來實現的，而底壁30基本保持不動。
實際上，可以看出，底壁30位于支柱32的頂端處，該支柱32從底板架14處起沿工位10的軸A1垂直伸展。正如下面將要說明的一樣，在本發明的第一實施方式中規定，底壁30有軸向小間隙地安裝在支柱32上。
側壁28由一個軸向管34和上下兩個套環36，38構成，該兩個套環36，38由拉桿(圖中沒有顯示)相互連接在一起，因而，管34被軸向地壓緊在該兩個套環之間。由于這種結構，可以考慮，由一種透明材料比如玻璃，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯制作管34。
下套環36包括一個導向支座，該支座在支柱32的圓柱外表面上軸向滑動。該支座還連接到一個氣缸40上，該氣缸40平行于充填工位的軸放置，且也能在腔室26的封閉高位和用于實現容器的裝入或卸出的腔室26的打開低位之間控制側壁28。
當然，要提供某些裝置來一方面保證下套環36和支柱32間的密封，另一方面保證上套環38和充填頭15間的密封，因為，在側壁的高位處，上套環38會接觸充填頭15。
要注意到，下套環36包括一個滾輪42，在滾輪42被帶著與轉盤一起轉動時，滾輪42用于與沿充填工位10的環形軌跡分布的凸輪滾道(chemin de came)(圖中沒有顯示)配合。具有凸輪和滾輪的系統能按照轉盤的軸周圍的工位10的角位置很好地控制側壁28的垂直位移，而氣缸40僅用于提供移動所需的力。
按照該實施方式的另一個特征，對腔室26的內部的空氣的控制是穿過底壁30來進行的。事實上，這種控制需要將腔室26的內部要么連到抽吸系統上，要么連到壓縮氣體源上。為此，底壁30包括一個調節口44，該調節口44由一調節管道46連接到一個與下板架14相聯結的接頭48的開口上。在這種情況下，接頭48的開口被安放在支柱32的底端附近。
在示出的例子中，管道46由一剛性管制成，且其位于管形支柱32的內部。管道的頂端伸進底壁30的調節口44內，以便與腔室26相連通。一方面，管道46和底壁30相互密封地連接，而且另一方面，管道46與底壁30軸向地聯結在一起。為此，將管道安裝在支柱32的內腔中，以便管道沿軸A1被徑向地導引的同時能軸向地滑動。因此，支柱32的頂端的內部形成管道46的頂端的導向支座50。同樣，保證將支柱32固定在下板架14上的下基座52被布置成用來形成管道46底端所用的導向支座。
正如從圖1到圖3中可以看出，管道46的底端被軸向地封閉，但其配有徑向通孔54，該通孔54將管道內部與一個在形成基座52的支座的部分內加工出的環形凹槽56相連通。基座52與管道46間的密封區57軸向地配置在凹槽56的兩側。凹槽56的軸向高度是這樣不論管道的軸向位置怎樣，管道46的通孔54總對著凹槽。其實可看出，管道46只是稍微移動。當然，基座52包括一個徑向孔58，該徑向孔58將凹槽56連接到外部，且其形成接頭48的開口。
由于底壁30固定，就容易將調節口連接到各種高壓或低壓源上，而沒有求助于有伸縮性的管道，當需要大的位移行程比如在運動的側壁28的情況下，要使用這種有伸縮性的管道總是很復雜的。
而且，穿過底壁30而不是穿過充填頭15來控制空氣是有利的，因為這能夠在充填頭15上讓出空間。再者，當將低壓源連到腔室26上來抽空腔室時，就可利用重力作用來排出可能有的顆粒和塵埃。
最后，如果用液體充填腔室，調節口44自然就充當排出口。這種情況特別存在于如果機器包括一種所謂的“在線清掃”系統，通過該系統，在沒有容器時，一個清掃用的液體環流形成在處于封閉位置的腔室中。
概括地說，在低壓傾析的情況下，在一個本發明的機器上充填容器可按以下方式進行。在轉盤轉動時，所指定的充填工位首先位于一個裝入區，在此區處，充填工位具有圖1所示的打開的腔室26。然后，傳送裝置將一個被卡在夾叉20上的空容器送入腔室26中。正如在圖2中可以看出，腔室26被封閉住，并且同時抽出腔室中容器內外所含的空氣。按照圖3所示，然后通過提升帶有夾叉20的桿24，將容器18的頸口緊靠到充填口16上，這是為了將容器的內部密封地與腔室26的其余部分隔開。然后，充填就可以進行，此后，充填工位到達卸出區，其中，腔室26被打開以便能卸出已充滿的容器。然后，充填工位再直接到達裝入區。
按照本發明的第一實施方式所指的觀點，而不管是否使用基本固定的底壁30，使用壓力高于大氣壓的腔室26不會產生使兩板架12、14相互分開的軸向作用力。
事實上，從圖1、4和5中可以看出，當側壁28處于低位時，底壁30軸向朝下支承在支柱32的頂端50上。相反，在側壁28快到達高位之前，側壁28的下套環36由其朝上的環面60正要貼靠著底壁30的下環面62。隨著側壁28繼續向高位上升，側壁28帶著底壁30一起運動，底壁30因此從支柱32上被稍稍托起。當然，托起的程度不需要很大1毫米到5毫米的位移就足夠。
一旦側壁28處于高位，比如圖3、6和7所示，充填頭15的鎖定掛鉤64與上套環38的指狀物65配合，從而保證將側壁28和底壁30軸向地固定在充填頭15上。這樣，即使在腔室26內存在高壓，底壁30上的壓力在垂直朝下作用的情況下沒有反作用到下板架14上。因為作用于腔室26的壓力相互平衡，上板架12也就不再受這些壓力的影響，因而完全沒有必要特別地加固機器的結構。
通過比較圖5和圖7，可以看出，管道46與底壁30相聯結，管道46的下端相對基座52移動。但是，由于這種移動很小，管道46的通孔54仍保持對著凹槽56，從而維持腔室26與接頭48的開口相連通。
正如從圖8中可以看出，當機器用于保證小尺寸的容器的充填時，圖中示出一種特別簡單的減小腔室26的內部容積的方法。
在這種情況下，其實，可用具有更大體積的底壁31來代替比如圖1到圖3所示的底壁30。因而，沒有改變任何其它的機器零件，就減小了腔室26的內部容積。這樣，當在高壓下進行充填時，可以極大地減小在容器外部的腔室26部分中所需的氣體量。當充填是在低壓下進行時，可以極大地減少泵吸時間，亦即將正常大氣壓降低至充填壓力所需時間。當然，在底壁30，31和送氣管道46之間優選配用快速裝卸裝置，以便能按要充填的容器的體積來迅速改變機器配置。
當然，這種減小容積的方法也可用于文檔WO-99/05061所述類型的的機器，在該機器中，每個腔室的底壁與側壁連成一體。
在圖9到圖11中示出了本發明的第二實施方式，該第二實施方式比如可用于壓力低于大氣壓的或輕微的高壓的充填情況中。也可以在這種情況下使用充填應在大氣壓力下進行，但要在特定成份的氣體中進行。
在這些情況中，不存在上下板架12，14的分離的問題，因此可以將腔室26的底壁30剛性地連接到下板架14上。這樣，可選擇將底壁30和管道46連接到一個臺柱66上，該臺柱66相對于下板架14的軸向位置是可調節的，比如通過一個螺桿/螺母系統68來調節。在示出的例子中，臺柱66具有管狀套筒的形式，腔室26的側壁28在臺柱66內被軸向地導引。當然，通過其控制腔室空氣的通氣管道46同軸地位于臺柱/側壁組合體的中央處，且其穿過臺柱66的封閉下端朝下通出。通過這種結構，臺柱66和底壁30總占據相同的相對位置。因而，正如比較圖10和圖11可以看出，隨著臺柱66相對于下板架12移動，底壁30或多或少地接近充填頭15，這使得能夠改變腔室26的容積。
這種實施方式特別有用，因為它對機器的所有充填工位僅用一個操作就能非常迅速地實現容積的改變。而且，如果希望不直接干預機器，比如在無菌環境或減少了污染的環境中工作的機器，還可遠程控制這種操作。
可注意到，在該實施方式中，在腔室26充壓時側壁28不承受任何軸向作用力。因此不必要在高位處使用特殊的側壁鎖定裝置。
而且，可看出，一直位于形成臺柱66的套筒內部的側壁28的下端包括一個由管道46密封地穿過的下橫向壁70。同樣，底壁30與側壁28密封地接觸。因此，橫向壁70在底壁30和臺柱66的下端之間限定了兩個可變容積的環形室72，74。因此，能夠將這些腔室當作雙向作用的氣缸來使用，從而控制側壁28的移動，而橫向壁70起著活塞的作用。
圖12和圖13示出發明的一個變換實施方式，其中，側壁28分為高低兩部分。相對于圖13所示的封閉位置，可以看出，腔室26的打開是通過朝下收起側壁的低部分76，和朝上收起側壁的高部分78。因此，低部分76收起至固定的底壁30周圍。高部分78收起至充填頭15的周圍。通過這種結構，側壁28的每一部分76，78的行程變短，而且將整個軸向實體分成充填工位的高端和低端是更好的。
權利要求
1.容器的充填機器，其包括一系列充填工位(10)，每個充填工位(10)各自配有一個密封腔室(26)用于接納一個要充填的容器(18)，其中，將腔室(26)打開以便能裝入或卸出容器(18)，并將腔室再封閉以便能在容器的充填過程中控制腔室內的空氣，并且，腔室(26)由一個帶有充填口(16)和容器支撐裝置(20)的頂端頭部(15)、一個基本圓柱形的側壁(28)和一個底壁(30)限定；該機器的特征是機器包括用于改變封閉腔室(26)容積的裝置。
2.根據權利要求1所述的充填機器，其特征是，底壁以可更換部件(30，31)的形式來實現，并且，充填工位(10)可以接納各種底壁以便改變封閉腔室(26)的容積。
3.根據以上權利要求中任一項所述的充填機器，其特征是，腔室(26)的打開和關閉是由側壁(28)的軸向滑動來實現，而底壁(30)基本保持不動。
4.根據權利要求3所述的充填機器，其特征是，底壁(30)的軸向位置是可調節的，以便改變封閉腔室(26)的容積。
5.根據權利要求3或4所述的充填機器，其特征是，底壁(30)包括一個調節口(44)，該調節口(44)通向腔室(26)內部，且穿過該調節口，腔室中的空氣得到控制。
6.根據權利要求3所述的充填機器，其特征是，底壁(30)安裝在一個臺柱(32)上，當腔室(26)打開時，底壁(30)軸向朝下地支承在臺柱(32)上；底壁(30)有軸向間隙地安裝在臺柱(32)上；并且當腔室(26)封閉時，底壁(30)軸向朝下地貼靠在與側壁(28)相連的支承面(60)上。
7.根據權利要求6所述的充填機器，其特征是，底壁(30)的臺柱包括一個軸向的管形支柱(32)，該支柱的頂端具有一個基面，當腔室(26)打開時，底壁(30)可以支承在該基面上；底壁(30)的調節口(44)由一調節管道(46)連接到一個與管形支柱(32)的底端聯結的接頭(48，52)上；并且，調節管道(46)位于管形支柱(32)內部。
8.根據權利要求7所述充填機器，其特征是，調節管道(46)由一剛性管構成，其與底壁(30)軸向地聯結在一起，并且其有軸向間隙地安裝在管形支柱(32)內部。
9.根據權利要求7或8所述的充填機器，其特征是，側壁(28)包括一個底支座(36)，該底支座(36)滑動地安裝到管形支柱(32)上，以保證在打開的低位和封閉的高位之間導引側壁(28)。
10.根據以上權利要求中任一項所述的充填機器，其特征是，充填工位(10)包括鎖定裝置(64，65)，在腔室(26)封閉時，該鎖定裝置能將側壁(28)軸向地鎖定在充填頭(15)上。
11.根據權利要求3至9中任一項所述的充填機器，其特征是，側壁由兩部分(76，78)組成，在腔室(26)打開或封閉時，該兩部分沿相反方向移動。
12.根據以上權利要求中任一項所述的充填機器，其特征是，容器(18)的支撐裝置(20，24)可在至少一個裝入位置和一個充填位置之間移動，在充填位置上，容器(18)的內部與腔室(26)的內部相隔離。
全文摘要
本發明涉及容器的充填機器,其包括一系列充填工位(10),每個充填工位(10)各自配有一個密封腔室用于接納一個要充填的容器(18),其中,將腔室打開以便能裝入或卸出容器(18),并將腔室再封閉以便能在充填過程中控制腔室內的空氣,并且,腔室由一個帶有充填口(16)的頂端頭部(15)、一個基本圓柱形的側壁(28)和一個底壁(30)限定,該機器的特征是:機器包括用于改變封閉腔室(26)容積的裝置。
文檔編號B67C3/24GK1374925SQ00811919
公開日2002年10月16日 申請日期2000年8月14日 優先權日1999年8月23日
發明者迪迪爾·舍塔伊勒, 魯道夫·圣－馬丁, 安德烈亞·路皮 申請人:西德爾公司