用於清潔和消毒將灌裝產品灌裝到容器中的飲料灌裝設備的灌裝閥的裝置的製作方法

2024-03-08 15:25:15

本發明涉及一種用於清潔和消毒將灌裝產品灌裝到容器中的飲料灌裝設備的灌裝閥的裝置和方法，該裝置包括用於在清潔和消毒時關閉灌裝閥的灌裝產品流出口的帽，其中該帽具有用於在消毒時排出消毒介質的通道。

背景技術：

由於清潔和消毒階段，飲料灌裝設備灌裝器的灌裝運行會定期中斷。為了保證周期性的清潔和消毒-比如每16小時-進行此操作。此外可以在產品更換時實施該清潔和消毒操作，以準備後續產品的生產過程。

已知的是，為了清潔灌裝閥門，將產品流出口用衝洗帽關閉，以用循環引導的清潔介質可靠地衝洗灌裝閥與產品接觸的部分。該衝洗帽完全閉合該產品流出口，由此清潔介質不會流失或者損害周邊環境。

在消毒運行中也在產品流出口前面設置有帽，以能夠利用循環引導的飽和蒸汽來進行消毒。這裡，在灌裝器的內部會形成冷凝液，由此，在灌裝器的最低點設置排出口是必要的，冷凝液能夠通過該排出口排出。此外，為了保持蒸汽溫度而規定，一部分蒸汽通過該排出口逸出並且因而通過灌裝器內部實現了新鮮蒸汽的持續運輸。通常該排出口設定為蒸發帽中的鑽孔的形式，該蒸發帽在消毒運行過程中閉合產品流出口。

相應地，通常為清潔運行和消毒運行設置兩種不同的帽，即用於清潔運行的閉合的衝洗帽和用於消毒運行的帶有鑽孔的蒸發帽。相應地須在灌裝器中設定足夠的建造空間用於兩種帽的準備。此外，每個帽都需要自己的轉動裝置，利用該轉動裝置帽能夠安置在灌裝閥的下面。另外，在清潔運行和消毒運行之間帽的切換促使了灌裝器的運行終止時間的延長。

技術實現要素：

從已知現有技術出發本發明的目的在於提供一種用於飲料灌裝設備灌裝閥的清潔和消毒的改善的裝置和改善的方法，該灌裝閥用於將罐裝產品填充到容器中。

該目的利用具有權利要求1的特徵的裝置來實現。有利的設計方案在從屬權利要求中給出。

相應地給出用於飲料灌裝設備灌裝閥(該灌裝閥用於將罐裝產品填充到容器中)清潔和消毒的裝置，該裝置包括用於在清潔和消毒過程中關閉灌裝閥灌裝產品流出口的帽，其中該帽具有用於在消毒時排出消毒介質的通道和用於打開和關閉該通道的閥門。根據本發明，該閥門包括形狀記憶材料，優選形狀記憶合金，用於將該閥門在設定溫度下在打開和關閉位置進行切換。

由此可能的是，利用同一個帽實施該灌裝閥的清潔和消毒。在清潔運行過程中用清潔介質比如水，鹼液，酸和類似物質衝洗灌裝閥。這裡，安置在灌裝閥上的帽能夠阻止清潔介質離開清潔循環，在該清潔循環中灌裝器所有與產品接觸的部件都會得到徹底衝洗，尤其是灌裝部件。帽中的通道在清潔運行中產生會導致與灌裝產品殘留混合的清潔介質從帽中流出並汙染周圍的設備區域。

在消毒運行過程中，消毒介質，比如以飽和蒸汽的形式，流動通過該灌裝部件，尤其是灌裝閥，在此過程中需要帽中的通道，該通道使得消毒時在灌裝部件中產生的冷凝液的排出成為可能。此外能夠藉助於相應的傳感器通過消毒介質從通道中的部分排出來控制消毒過程。

由於能夠提供可切換的通道，給出的帽既適用於清潔運行也適用於消毒運行。因為僅僅需要一個帽，能夠節省材料和建造空間。此外，在清潔運行和消毒運行之間不再需要帽的切換，由此縮短了進行灌裝閥清潔和消毒所需要的時間。

該閥門基於形狀記憶材料能夠根據設定的溫度進行切換，由此不再需要通過人工介入或者通過控制的執行器來主動切換閥門。

形狀記憶合金形式的形狀記憶材料能夠與溫度無關地具有兩個不同的晶體結構。相應地，形狀記憶合金的形狀能夠通過選擇溫度來改變。由於所謂的雙程效應，形狀記憶合金能夠在第一溫度下具有第一形狀，在第二溫度下具有第二形狀並由此能夠用作熱控執行器。

在給出的裝置中，形狀記憶材料與溫度相關地從第一形狀變換為第二形狀以及反過來使得閥門在打開和關閉位置之間切換。比如能夠如此設置該形狀記憶材料，即其在出現在清潔運行時的溫度範圍內將閥門保持在關閉位置，而在出現在消毒運行過程中的溫度範圍內將閥門保持在打開位置。

這裡優選如此設置該形狀記憶材料，即該形狀記憶材料由第一形狀到第二形狀的過渡發生在位於清潔運行溫度範圍和消毒運行溫度範圍之間的溫度範圍內。由此能夠保證，在清潔運行和消毒運行各個相應的溫度範圍內即使溫度發生波動，該形狀記憶合金的形狀也不反生改變並且由此保持了想要的閥門位置。

此外能夠基於利用用於在打開和關閉位置切換閥門的雙程效應而不再使用對於閥門的電氣控制。相應地不再需要電導線連接或者引入其它將該閥門與控制/調節單元連接的工作媒介。另外，不再需要直接的能源供應來將閥門在打開和關閉位置進行切換。這有利地影響了運行成本和裝置以及尤其是閥門的可靠性。

在一個優選的實施方式中，該閥門包括用於打開和關閉該閥門的調整原件，其中該調整元件包括形狀記憶材料。通過用形狀記憶材料構建該調整元件，該調整元件具有溫度相關執行器的特徵。該調整元件能夠根據雙程效應「回憶起」兩種形狀，由此其能夠在設定的較高的或者設定的較低的溫度下具有不同的形狀。這裡該形狀記憶材料賦予了該調整元件下列特性，即其在第一形狀中關閉該閥門而在第二形狀中將該閥門保持在打開狀態。

因為灌裝閥的清潔在較低溫度下以灌裝閥的消毒的形式進行，有利的是，如此構架該裝置，即該調整閥門在設定的較低的溫度下關閉該閥門並且使該閥門在設定的較高溫度下能夠進入打開位置。由此保證了在進行清潔時帽的通道關閉，由此清潔介質不會從帽中流出而且在進行消毒時帽的通道打開，由此在灌裝閥蒸汽消毒時產生的冷凝液能夠通過該通道引流。

在一個有利的擴展方案中，該閥門包括關閉件和閥門座，其中該關閉件在關閉的閥門位置中密封安置在該閥門座中並且在打開位置中由閥門座中提起，其中該用於切換閥門的調整元件能夠與該關閉件接觸。

相應地能夠通過該調整元件實現該關閉件與該閥門座的相對運動。比如能夠將該關閉件通過改變調整元件的長度來安置在閥門座中或者與閥門座分離。這樣該調整元件實現了關閉件在用於灌裝閥清潔的設定的溫度下安置在閥門座中並且該關閉件在用於灌裝閥消毒的溫度下與閥門座分離或者不安置在該閥門座中。

在另一個優選的實施方式中，該調整元件是一個彈簧，優選是由形狀記憶材料製成的螺旋彈簧。

由此在設定的第一溫度下能夠將關閉件密封地壓入閥門座中，由此帽的通道被關閉並且能夠實施灌裝閥的清潔。彈簧能夠如此設置，即該彈簧由於形狀記憶材料的雙程效應在設定的第二溫度下具有縮短的形狀。如果該彈簧具有縮短的形狀，那麼該關閉件就不再被壓入閥門座，由此該閥門位於打開位置。由此該帽的通道處於打開位置，由此能夠實施灌裝閥的消毒。

在另一個優選的實施方式中設置有擺動裝置或者擺動-提升裝置，利用該裝置帽能夠定位在灌裝閥的灌裝產品流出口處。

相應地，該帽能夠自動安置於用於實施灌裝閥清潔和/或消毒的灌裝閥灌裝產品流出口上，而不需要手動介入。這裡，該提升裝置提供提升動作，通過該提升動作能夠將帽放置在灌裝閥的灌裝產品流出口上或者與其分離。該提升設備也能夠以氣缸的形式來提供，該氣缸能夠通過施加或者移除壓縮空氣來實行提升動作，以將帽安置在灌裝閥上。

此外，該裝置能夠具有擺動裝置，通過該擺動裝置能夠將該帽擺動到灌裝閥的灌裝產品流出口下面，以接下來利用提升裝置安置在灌裝閥的灌裝產品流出口處。

此外，該帽能夠設置在提升圓盤上，該提升圓盤設置用於容納和運送待灌裝的容器。由此能夠藉助於提升圓盤的提升和擺動裝置來將帽安置在灌裝閥門上。

在一個優選的擴展方案中，該形狀記憶材料包括形狀記憶合金，如鎳鈦諾，鎳-鈦，鎳-鈦-銅，銅-鋅，銅-鋅-鋁，銅-鋁-鎳，鐵-鎳-鋁，鐵-錳-矽和/或鋅-金-銅。

這些合金能夠以兩種不同的晶體結構存在並且能夠「回憶起」雙程效應意義中的兩種形狀。相應地可能的是，利用這些合金構建形狀記憶合金，利用這些形狀記憶合金能夠與溫度相關地對閥門進行切換。

上述目的也可以通過具有權利要求7特徵的方法解決。有利的設計方案在從屬權利要求中給出。

相應地給出用於將灌裝產品灌裝到容器中的飲料灌裝設備的灌裝閥的清潔和消毒的方法，該方法包括根據上述方面的裝置和下列步驟：將帽安置到灌裝閥灌裝產品流出口上、用第一溫度在清潔運行中清潔灌裝閥、用第二溫度在消毒運行中消毒灌裝閥，其中閥門在第二溫度下切換至打開位置，和從灌裝閥上取下該裝置。

利用該方法能夠達到上述有關該設備的優點。

在一個優選的擴展方案中，第一溫度在灌裝閥中並且尤其是在清潔過程中的該裝置中產生的作用是該形狀記憶材料保持閥門關閉。

由此可以保證，在出現於清潔運行中的溫度下帽的通道保持關閉。這樣可以防止清潔介質在進行清潔運行時從帽的通道中流出。第一溫度可以比如低於85℃。

在另一個優選的擴展方案中，第二溫度在灌裝閥中並且尤其在清潔過程中的該裝置中產生的作用是該形狀記憶材料保持閥門打開。

由此可能的是，在灌裝閥消毒期間，比如通過蒸汽消毒，能夠將在灌裝閥中形成的冷凝液通過帽的通道引出。第二溫度比如可以大於105℃。

附圖說明

優選的其它實施方案和本發明的各方面通過接下來的附圖說明進一步解釋。其中：

圖1示出了用於灌裝閥清潔和消毒的裝置的剖面示意圖，其中設置在通道中的調整元件將閥門保持在關閉位置，

圖2示出了圖1中的裝置的剖面示意圖，其中調整元件將閥門保持在打開位置。

圖3示出了用於灌裝閥清潔和消毒的另一個裝置的剖面示意圖，其中垂直於通道設置的調整元件將該閥門保持在打開位置，以及

圖4示出了圖3中的裝置的剖面示意圖，其中調整元件將閥門保持在打開位置。

具體實施方式

接下來藉助於附圖對優選實施例進行說明。這裡將相同的，相似的或者具有同樣作用的元件以相同的標記標出。為了避免冗餘，在接下來的說明中會部分略去對這些元件的重複說明。

圖1示出了裝置10，利用該裝置10能夠將飲料灌裝設備的灌裝閥關閉以進行清潔和消毒。該裝置10包括帽20，該帽安置於這裡未示出的灌裝閥的產品輸出開口處以關閉此開口。帽20是圓柱形的並且在外周表面上部具有環密封26。該環密封26與灌裝閥的輸出開口的表面，尤其是與錐形孔的錐壁接觸，以關閉該灌裝閥。

帽20在其頂面27上具有鑽孔24。這裡該鑽孔24的作用是無接觸地在帽20內容納灌裝閥的元件，比如回氣管的終端，以及使清潔介質在原位清洗(cip)中改道。這裡，在安裝狀態下灌裝閥門的元件和鑽孔24的表面之間有縫隙，該縫隙比如在清潔運行中實現了灌裝閥元件的四周衝洗。鑽孔24在這裡與帽20的中心軸m同心地設置。

在鑽孔24的底部與帽20的中心軸m同心地設置通道22，該通道延伸至帽20的底面。在該通道22內部設置有閥門30，利用該閥門來打開或者關閉通道22，以在裝置10的清潔運行和消毒運行之間切換。

閥門30具有閥門座36，關閉件34以不鏽鋼球的形式容納在該閥門座中。這種狀態下通道22是關閉的，這樣裝置10處於清潔位置。通過調整元件32將關閉件34預張緊到閥門座36上。該調整元件32構建為彈簧的形式，該彈簧以螺旋形與該裝置10的中心軸m同心地延伸。在該通道22的下部設置有保險環38，該調整元件32支承在該保險環上。

該調整元件32由形狀記憶合金形式的形狀記憶材料製成，該合金包含鎳和鈦，比如鎳鈦諾。相應地該調整元件32能夠與溫度相關地改變其形狀，尤其是其長度。這裡該調整元件32具有下列特性，即其在清潔運行時的溫度下具有圖1所示的形狀，通過該形狀關閉件34預張緊在閥門座36上。相應地，閥門30由於清潔運行時的溫度而關閉。比如可以這樣設計清潔運行，即溫度不超過80℃。相應地，該調整元件32的形狀記憶合金具有下列特性，即圖1所示的形狀直到80℃的溫度都不發生變化。作為替代，該形狀記憶合金也可以具有下列特性，即該調整元件32直到溫度小於或者大於80℃之前都保持第一形狀。

此外，該調整元件32的形狀記憶合金具有以下特徵，即其在消毒運行中的溫度下具有圖2所示的形狀。在圖2所示的裝置10中，該調整元件32或者該彈簧變短，因為該形狀記憶合金在在消毒運行的溫度下具有另外的晶體結構。調整元件32圖2所示的形狀從消毒溫度105℃時開始出現。作為替代，調整元件32的第二形狀也可以在更好或者更低的溫度出現。通過圖2所示的縮短的調整元件32，關閉件34與閥門座36脫離，由此閥門30處於打開狀態。相應地，通道22通過帽20打開，由此在消毒運行過程中產生於灌裝閥中的冷凝液能夠通過通道22流出。這裡，冷凝液的體積流量在通道22的內周表面和關閉件34之間流過，通過調整元件32，通過保險環38並最後總由位於帽20底面28的開孔29流出。

如果在消毒運行結束後重新冷卻該裝置10以及尤其調整元件32，調整元件32重新回到圖1所示的形狀，通過該形狀關閉件34預張緊到閥門座36上。

帽20由不鏽鋼製成。作為替代，帽20可以由塑料製成。

圖3示出了裝置10，該裝置與圖1和圖2示出的設備10的區別在於：調整元件32沒有設置在通道22中。在圖3示出的裝置中，通道22從鑽孔24的底部與該裝置10的中心軸m同心地延伸至帽20的底面28。帽20具有鑽孔23，該鑽孔垂直於通道22延伸並與其相交。該鑽孔23在一端具有閥門座36。在鑽孔23中設置有關閉件34。在圖3示出的裝置10中關閉件34位於閥門座36中。這裡關閉件34關閉與鑽孔23垂直延伸的通道22，由此該裝置10處於清潔位置。關閉件34由調整元件32預張緊在閥門座36上。調整元件32支承在銷子39上，該銷子容納在鑽孔23中。調整元件32構建為彈簧形式，其兩端固定在關閉件34以及銷子39上。圖3所示的調整元件32由形狀記憶合金製成，該記憶合金包含鎳，鈦和銅。調整元件32在灌裝閥的清潔運行中具有圖3所示的調整元件32的形狀。

在消毒運行中調整元件32具有圖4所示形狀。調整元件32圖4所示形狀與調整元件32圖3所示形狀相比縮短。在閥門30圖4所示位置中關閉件34沒有容納在閥門座36中。由此帽20的通道22打開，由此在消毒運行過程中形成在灌裝閥中的冷凝液能夠通過通道22流出。

如果在消毒運行結束後溫度降低，調整元件32中的形狀記憶合金會產生以下效果，即該調整元件重新回到圖3所示的形狀。相應地，構建為彈簧形式的調整元件將關閉件34推回到閥門座36中，由此閥門30關閉。

只要能夠應用，所有在各個實施例中展示的特徵都能夠互相組合和/或替換，而不超出本發明的範圍。

附圖標記說明

10裝置

20帽

22通道

23鑽孔

24突起

26環密封

27頂面

28底面

29開口

30閥門

32調整元件

34關閉件

36閥門座

38保險環

39銷子

m中心軸