灌装组件与用于该灌装组件的垫片以及灌装液体的方法

摘要

一种灌装组件（100），其用于灌装具有从第一水平面开始的纵向密封的包装材料管状物（28），包括：导管（106），其被设置为引导液体进入所述第一水平面以下的所述包装材料管状物（28），通道（110），其被设置为将气体喷射通过开孔（118）进入所述第一水平面下的所述管状物（28）中。所述灌装组件其特征在于，设置垫片（120）以提供所述灌装组件和在所述开孔上游的所述包装材料管状物（28）之间的密封，使得所述垫片下游的过压P1能超过所述垫片上游的环境压强Pa。

权利要求

1.一种灌装组件（100），其用于灌装具有从第一水平面开始的纵向密封的包装材料管状物（28），所述灌装组件（100）包括： 导管（106），其被设置为引导液体进入所述第一水平面以下的所述包装材料管状物（28）， 通道（110），其被设置为将气体喷射通过开孔（118）进入所述第一水平面下的所述管状物（28）中，其特征在于， 设置垫片（120，220）以提供所述灌装组件和在所述开孔（118）上游的所述包装材料管状物（28）之间的密封，使得所述垫片下游的过压P1能超过所述垫片上游的环境压强Pa，其特征在于：所述垫片（120，220）的外径小于所述管状物（28）的内径；其中所述垫片（120，

220）包括环形主体

（122）和从所述环形主体（122）径向向外延伸的凸缘（124），所述垫片的所述环形主体在其上表面具有环形凸肩。

2.如权利要求1中所述的灌装组件，其中所述垫片被置于支座凸缘（112）和相邻突出物（116）之间且在支座凸缘与相邻突出物之间的最短距离超过了垫片的宽度；所述垫片被设置为以其浮力悬浮，以便所述垫片和径向内部结构之间具有空隙。

3.如权利要求1中所述的灌装组件，其中所述凸缘，或者至少所述凸缘的部分，平行于所述包装材料管状物（28）延伸。

4.如权利要求1或2中所述的灌装组件，所述的垫片是一体成型的。

5.如权利要求1或2中所述的灌装组件，其中被设置为引导液体的所述导管被同心地设置在被配置为用于喷射气体的所述通道中。

6.如权利要求1或2中所述的灌装组件，其中所述过压P1介于约0.11-0.18bar之间的间隔范围内。

7.如权利要求1或2中所述的灌装组件，其中所述垫片（120，220）被设置为具有沿着基本垂直于由所述垫片的周缘定义的平面延伸的开孔（121），所述开孔（121）优先布置于从环形主体（122）径向向外延伸的凸缘（124）上。

8.如权利要求1或2中所述的灌装组件，其中所述垫片放置在从下灌装管延伸的多个单个的相邻的突出物（116）上，使得所述开孔（118）被定义在所述相邻的突出物（116）之间。

9.用于前述权利要求中任一项所述的灌装组件之中的垫片，所述垫片包括环形主体，凸缘从该环形主体径向向外延伸，所述环形主体包含位于其上的环形凸肩。

10.如权利要求9所述的垫片，其中所述垫片的外径小于管状物的内径，该垫片将被设置在该管状物中。

11.如权利要求9所述的垫片，其中所述垫片（120,220）被设置为具有沿着基本垂直于由所述垫片的周缘定义的平面延伸的开孔（121）。

12.如权利要求9、10或11所述的垫片，其中所述垫片是一体成型的。

说明书

灌装组件与用于该灌装组件的垫片以及灌装液体的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及到包装成型装置，特别是涉及将包装材料管状物制成包装的包装成型装置。

背景技术

[0002] 当用诸如层压材料之类的包装材料制备包装容器时，至少会使用两种常用的技术。根据第一种技术，每个包装由切割自包装材料卷材的单个的坯件制成，每个单个的坯件形成单个的包装容器，进而向该包装容器灌装产品。根据第二种技术，将材料卷材纵向密封形成管状物，当密封时，用产品灌装该管状物，随后对其进行横向密封，并进行切割以形成单个的容器。本发明涉及到第二种技术。技术人员意识到以上所述仅仅代表粗略的分类方法，而并非完整的分类清单。为了更进一步的阐述清楚相关的领域，还有大量的不同类型的用于密封已在灌装机中灌装食品和/或饮料产品的包装的现有设备和布置方式。包装通常是由在灌装机上连续输送的包装材料管状物制得的。包装材料可由一层或多层材料组成，这主要取决于将灌装在包装内的产品类型。例如某些包装可由单层的塑料制造，该塑料可通过熔融加热密封，有时也可由多层塑料制造，然而其他的包装可以由例如多层不同的材料层所组成，比如纸等纤维材料，其两边涂覆可熔融或可熔化塑料，比如聚乙烯，也可包括其他的材料层，如金属铝，其可作为无菌包装的阻隔层。

[0003] 管状物以本身公知的方式传输通过灌装机，同时向其灌装产品、将其密封并使其形成最终的形状。当彼此相对移动的两个密封钳口夹持和按压沿管状物的长度方向均匀分布的横向区域时，单个的包装就被密封。这些钳口由平衡钳口（counter jaw）和生成热的钳口所组成，该生成热的钳口例如通过超声波产生热的所谓的超声波喇叭（horn）。热量也可以通过其他方式产生，例如使用恒定加热或者感应，通过熔化相关的塑料材料，密封每一个各自的经按压的管状物部分，然后切割每个相应的管状物部分，从而得到包装容器。随后，每个包装容器就可被折叠成想要的形状，这个过程通过在包装材料上预置折缝线来辅助完成。上述情况的一个例子在WO2006073339中已被公开。

[0004] 在一些例子当中，密封和折叠的包装容器呈现出因不完善的密封和折叠过程而导致的不可接受的产品缺陷。这些缺陷，例如凹痕等，可能仅仅是美观问题，但它同样也会导致密封不完整，进而产生废弃的的包装容器（以及包含在其中的产品）。更有甚者，在包装容器的运输过程中，凹痕可能还会提高包装产品的泄漏危险，这将影响到泄漏容器旁边的其他包装容器的质量。折叠过程中的缺陷还可能会导致成型后的包装容器的支撑稳定性能变差。

发明内容

[0005] 本发明旨在为消除或减缓上述问题的包装成型机提供新型的灌装组件。该目的通过根据本发明所提供的灌装组件而得以实现，进一步地，本发明提供：

[0006] 灌装组件，其用于灌装包装材料管状物，具有在第一水平面开始的封口。该灌装组件包括被设置为引导液体进入所述第一水平面以下的所述包装材料管状物的导管，被设置为喷射气体通过开孔进入所述第一水平面以下的管状物中的通道，并且其特征在于，衬片被设置为在所述灌装组件和在所述开孔以下的所述包装材料管状物之间，使得所述在衬片以下的压强P1超过环境压强Pa。进一步地，一种灌装组件，其用于灌装具有从第一水平面开始的纵向密封的包装材料管状物，所述灌装组件包括：导管，其被设置为引导液体进入所述第一水平面以下的所述包装材料管状物；通道，其被设置为将气体喷射通过开孔进入所述第一水平面下的所述管状物中，其特征在于，设置垫片以提供所述灌装组件和在所述开孔上游的所述包装材料管状物之间的密封，使得所述垫片下游的过压P1能超过所述垫片上游的环境压强Pa，其特征在于：所述垫片的外径小于所述管状物的内径。设置过压所产生的有益特征中的一些被公开在具体实施方式中。

[0007] 在一个或多个实施方式中，该垫片设置成以其浮力悬浮的状态，使得在所述垫片和径向内部结构之间有空隙，垫片的最大厚度不能超过它本身的约束结构。通过这种方式，垫片就可以以减少的摩擦阻力在水平面上移动。如果包装材料管状物与灌装组件之间的相对位置变化，那么这种变化可以通过移动悬浮着的垫片而消除，从而使充分的密封得以保持。

[0008] 在一个或多个实施方式中，垫片可以包括环形主体和从环形主体径向向外延伸的凸缘。环形主体为垫片提供结构稳定性/刚性，而凸缘或者边缘则为垫片与内部包装材料管状物的内周提供了密封充分的接触表面。在一个或多个实施方式中，垫片在环形主体的上表面具有环形的凸肩，以便给上部结构提供合适的接触面，同时，将难以清洁或者消毒的裂缝最小化。

[0009] 在一个或多个实施方式中，所述凸缘，或者至少所述凸缘的部分，平行于所述包装材料管状物延伸。

[0010] 在一个或多个实施方式中，所述的垫片是一体成型的。

[0011] 在一个或多个实施方式中，被设置为导引液体的导管同心地设置在被设置为喷射气体的通道里，其是获得均质流和容易清洁的简单的方法。

[0012] 在一个或多个实施方式中，实际的过压一般可以在0.11-0.18bar的区间内取值，当然其依赖于本申请后面将描述的很多因素。

[0013] 垫片上可以设置一些与由垫片的圆周所定义的平面基本垂直的开孔，该开孔优先布置于从环形主体径向向外延伸的凸缘上。在高压侧和低压侧之间的该流体连接确保连续的空气流的形成，从而简化了压强的可控性，其原因在于过高的压强梯度是不太可能发生的。

[0014] 在一个或多个实施方式中，所述垫片放置在从下灌装管延伸的多个单个的相邻的突出物上，使得所述开孔被定义在所述相邻的突出物之间。

[0015] 本发明还涉及到将液体灌装进包装材料管状物的方法，其包括以下步骤：在包装材料管状物的容积腔内部设置比包装材料管状物外部的压强较高的压强，并且将液体灌装进有较高的压强的包装材料管状物中。本发明还涉及垫片本身。

附图说明

[0016] 图1是可布置本发明组件的灌装机器的简图。

[0017] 图2是根据本发明实施方式所示的灌装组件的分解图。

[0018] 图3是图2所示的灌装组件的截面图。

[0019] 图4是图2和图3所示实施方式中所用的密封垫片的截面简图。

[0020] 图5是类似于图3的截面图，此图描述的是第二种实施方式中的垫片。

具体实施方式

[0021] 图1示出了用于从包装材料卷材12制造包装的机器的一部分10。所述包装材料是开头所述的类型，即，有热塑性材料涂覆的纸芯层。当穿过机器的该特定部分时，从最初基本上是平的卷材12形成密封的管状物。所述管状物的形成受到包括在机器10中的许多管状物形成装置14、16和设备18的影响。管状物形成装置14、16的主要任务是使卷材12开始成形（步骤A）为在所述卷的两个互相相对的边缘部分24和26之间具有搭接接头22的管状物20，此处不再详细描述这些装置。设备18被布置为关联于用于横向密封管状物的密封装置28来控制管状物的弯曲（twist）。设备18进一步被布置来通过在纵向密封搭接接头22之前赋予管状物28以期望的直径来完成所述卷的成形。

[0022] 进一步向下，此时被灌装了产品的管状物28通过水平密封钳口（夹紧并密封管状物28）被密封。首先，下钳口夹紧并密封包装容器（将成为）的下端，接着上钳口夹紧并密封该容器的上端。生产工序以及不可避免地还有密封工序以高速率被执行；可按每小时10000个包装容器或者更多的速度进行生产。可能发生的问题是当下钳口夹紧包装容器的下端时，会导致管状物28中的产品向上溅，如果上钳口在不适当的时间夹紧管状物28，这转而会引起该包装中的产品数量错误。这个问题以及建议的解决方案在EP 0882 651中被公开。

[0023] 为了简化，图1中没有示出灌装单元，而图2则是根据本发明的第一种实施方式的灌装组件100分解后的透视图，该灌装组件100构成灌装单元的一部分。图3进而示出图2的截面图。灌装组件插入到管状物28中，或者更确切地说是管状物28成型于灌装组件100的周围。因此灌装组件100在包装容器制备的过程中持续地灌装管状物28。在管状物28内部的液体高度可以通过向控制单元（图中未显示）发送输入的浮力感应器来控制。控制单元以公知的方式控制调控液体输入速度的灌装阀门。根据本实施方式的灌装组件100，包括了上灌装管102和下灌装管104。在上灌装管102的上游，设置有液体和压缩空气的供应单元，但是就本发明的目的而言，对完整的供应单元的准确描述不是关键的。上灌装管102有用于引导液体的中心导管106，该导管同心地布置于外套管道108内。导管106和管道108之间的环形通道或者狭缝110可以输送压缩的无菌空气。外套管108的底端包括支座凸缘112，但是中心导管106延伸超过该支座凸缘，并密封地延伸进入下灌装管104中。啮合槽口的锁杆140将两灌装管保持在一起，并且O型环142使密封得以确保。因此只有液体被引导通过下灌装管104。在下灌装管104的上端包含皇冠状结构114，该皇冠结构114中具有直接朝向外套管108上的支座凸缘112的相邻的突出物116。介于这些相邻突出物116之间的空间被定义成是开孔或者槽口118，使得压缩空气自由通过皇冠结构，并进入到包装材料管状物28中。压缩空气的排出口与液体产品的排出口要保持足够长的距离以防止灌装工艺中产生的泡沫接触到空气的排出口和垫片120。因为每一种液体产品产生泡沫的趋势是不一样的，所以要探讨这个距离的绝对值是不合适的。这个距离也还取决于悬浮感应装置的悬浮所需要的空间。可以说，皇冠状结构可以由位于下灌装管的侧面的、邻近下灌装管和上灌装管之间的连接处设置的开孔来替代。然而，在实施方式中，相比于连续的支座边缘，相邻的突出物116能减少其与垫片的接触面积，而且还有利于清洗和消毒。

[0024] 密封垫片120被置于支座凸缘112和相邻突出物116之间。图4是密封垫片120的截面示意图。密封垫片120是一体成型的，并且包括环形主体122，密封环裙带124从环形主体122延伸。密封环裙带124有弯曲的截面，而且它的尺寸被设计为紧贴着包装材料管状物28的内壁，从而使得管状物28内的较高的压强能得以维持。在环形主体122的内半径里面存在环形间隙，并且因为垫片120既没有连接到上灌装管102也没有连接到下密封管104，这就使得密封垫片120能够悬浮。由于包装材料管状物28的位置相对于灌装组件可以不断变化，因而这种特征是很重要的。在一个具体的例子当中，能悬浮2-3mm就已足够。环形主体122上还存在朝着支撑凸缘112延伸的具有基本呈圆锥体或者圆锥体截面的支撑部件126或者凸肩，从而确保密封充分。垫片可以由具有适当性能的任何材料制成，这些性能例如对用于包装材料消毒的诸如过氧化氢等消毒剂以及热具有耐受性。摩擦小也是一种有益的性能，因为这会增加垫片的寿命，还能减小垫片残留物遗留在包装容器中的危险。垫片周边的环境温度在大约80-90℃的范围。

[0025] 在具体实施方式中，这不是清晰可见的，但是应注意在支座凸缘与相对的相邻突出物之间的最短距离超过了密封垫片120的宽度（图3中所示的高度），从而使得垫片能自由悬浮。

[0026] 在环形主体122的上表面，可以设置环形凸肩126。该凸肩有助于垫片与支座凸缘之间的密封，还可以减小二者之间的接触表面。接触面积的减小有利于灌装单元的清洗和消毒过程，因为这样能充分接触所有的表面。垫片120在其周缘还分布有穿孔或者开孔121。当垫片120位于使用位置时，这些开孔121沿着基本垂直的方向延伸，这也可以表达为这些开孔沿着垂直于由垫片120的周缘定义的平面延伸。由于垫片120上下存在压强差，通过这些开孔121可以设置连续的空气流。该连续的气流有利于管状物中的增高的气压的控制，因为这就使得压强更可预知，而且还能减小压强相对于时间梯度剧变的危险。

[0027] 所以，当管状物28成型开始时，垫片就被管状物28的内壁向下拉，但是当压强增大时，垫片就会被向上朝支座凸缘推。0.11-0.18bar的过压已证明可用于本具体实施方式中。这个取值的下限是根据所得到的包装容器的质量而定的，上限则取决于纵向密封的强度。这种过压有利于包装容器的形成，而且也能减小包装管28内的溅射的量。技术人员将意识到该压强在包装容器的生产过程中会不断改变。每一次，当密封钳口夹持管状物28时，压强就会增大，但在整体上，系统的表现是非常稳定的。这个过程的控制因此可以通过设置压强传感器来完成。压强传感器的输出可以被发送至控制单元，该控制单元评估几次循环的平均值，控制单元进而可以控制质量流阀，使得平均值超出例如0.14bar的压强导致质量流的减小，并且平均值低于例如0.14bar就导致质量流的增大。当意识到以上问题时，技术人员当然有多种方法解决控制问题。压强感应器可以刚好设置于控制阀（质量流阀）的下游。

[0028] 图5所示的实施方式中，图解了另一种实施方式的垫片220。该垫片220和垫片120在很多方面是相似的，但是也存在一些不同点。

[0029] 1）该垫片由刚性材料制成，例如金属，优选是不锈钢。

[0030] 2）替代地，没有用于空气通过的开孔。

[0031] 3）垫片的外径比包装材料管状物28的内径要稍微小点。

[0032] 4）在所述具体实施方式中，垫片的凸缘或者裙带（与其余部分一体成型），特别是其远端，平行于管状物延伸。

[0033] 该实施方式中的垫片的性能与之前所述的垫片的性能至少总体上是类似的；它会悬浮，并且当管状物28移动（通过行进方向）时其也容易移动。具体的差别在于过量的空气将（并且意味着将）从管状物28与裙带之间的缝隙流出。当第一实施方式所述的垫片设计成悬浮且可移动以便保持裙带与管状物之间的密封时，本垫片被设计为悬浮和可移动以便不施加许多的力到管状物的内壁上。裙带的形状，特别是预期与管状物内壁接触的裙带的部分，被设计成可增大接触面积。通过该方式，减少了尖锐的边缘损坏管状物的内壁的风险。设计裙带的另外一个原因则是这种结构能够在管状物与裙带之间生成长且窄的缝隙，从而防止空气流的剧烈波动。

[0034] 垫片220，特别是可与管状物接触的垫片220的部分，优选进行表面处理以便减小摩擦。这种处理对于垫片与支座凸缘112接触的部分，也是适用的。

[0035] 本实施方式中的垫片提供了优异的可控性以及耐用的构件。裙带与管状物之间的固有间隙可减小微型颗粒物堵塞的危险，并且其还提供了相对于包装材料管状物显得非常平滑（gentle）的解决方案。

[0036] 本文中所提及的垫片上游的环境压强并不一定与大气压一致，并且通常不是大气压。在垫片上游的区域尽管在垫片的上游，该区域仍然在灌装机器的内部，并且其通常在灌装机器的内部施加轻微的过压，以阻止杂质进入灌装机。因此，在垫片上游的环境压强与微过压（与大气压强相比）一致。

[0037] 为了提高纵向密封的强度，可设置使所述密封位置与压强提高段之间的纵向密封区域冷却的装置。这种装置的一个例子是向密封区域喷射致冷空气流的简单的孔。

[0038] 本发明使得垫片以下区域能形成连续过压环境，从而产生之前所述的优点。

[0039] 另外一个有创造性的构思可以包括实际的下灌装管。该灌装管适于设置在上灌装管之下，上灌装管优选是双壁上灌装管，其中下灌装管的一个端部的中央部分适于容纳上灌装管的部分。呈皇冠状的所述端部设计成具有总体沿着下灌装管的长度方向并远离该管延伸的突出物。相邻的突出物之间的区域定义用于流体（通常为压缩空气）通过的通道，并且每一个突出物的上表面适于支撑垫片。