СИСТЕМА НАПОЛНЕНИЯ ЕМКОСТИ И КЛАПАН ДЛЯ НЕЕ
CONTAINER FILLING SYSTEM AND VALVE THEREFOR

[01] Настоящая заявка имеет приоритет заявки США Сер.№ 61/804,452 от 22 марта 2013 года, озаглавленной «Универсальная система наполнения и клапан для нее». Заявка 61/804,452 полностью включена в данное описание путем ссылки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[02] Напитки являются категорией продуктов, предназначенных для потребления человеком, обычно для питья. Напитки обычно помещаются в некоторый тип первичной упаковки для распространения и продажи. Первичная упаковка может включать в себя любой из различных типов емкостей. Примеры включают в себя бутылки, выполненные из PET (полиэтилентерефталат), HDPE (полиэтилен высокой плотности) или других пластиков, стеклянные бутылки, алюминиевые бутылки, [жестяные] банки и так далее. Первичная упаковка может иметь широкое разнообразие размеров и форм, даже для одного типа продукта.
[03] Системы для наполнения первичных упаковочных емкостей напитком в общем включают в себя наполняющий клапан, который запускает и останавливает поток продукта в емкость, который подлежит наполнению. Наполняющий клапан обычно соединен с цистерной или другим типом резервуара, который удерживает большое количество рассматриваемого напитка. Способ наполнения емкости изменяется для различных типов напитков. Для некоторых типов напитков, емкость может использоваться для холодного наполнения. В процессе холодного наполнения, продукт выдается в емкость, в то время как этот продукт находится в охлажденном состоянии или при комнатной температуре. Для некоторых типов напитков, емкости используются для теплого или горячего наполнения. В этих типах процессов наполнения, продукт выдается в емкость, в то время как этот продукт находится в нагретом состоянии. Однако другие типы напитков должны помещаться в стерильную емкость в стерильных условиях, процесс называют асептическим наполнением.
[04] Текущие системы для наполнения первичных упаковочных емкостей напитками предназначены для использования с ограниченным разнообразием типов продуктов и вариантов наполнения. Например, большинство систем наполнения предназначены только для одного из холодного наполнения, теплого/горячего наполнения, наполнения с увеличенным сроком хранения, асептического наполнения с повышенной кислотностью или асептического наполнения с пониженной кислотностью. В качестве другого примера, доступные системы наполнения предназначены для наполнения емкостей продуктами, которые лежат в достаточно узком диапазоне вязкостей. Традиционные системы также ограничены в отношении типа, размера и содержания включений, которые могут присутствовать в продукте. При наполнении емкостей продуктом, который имеет не низкую вязкость (например, если вязкость продукта превышает приблизительно 20 сантипуаз) или который содержит включения, множество таких традиционных систем должны также работать при существенно сниженных скоростях.
[05] Эти ограничения строго ограничивают пространство для продукта, которое может быть успешно упаковано при помощи одной системы наполнения. Это, в свою очередь, ограничивает гибкость и практичность дорогостоящего производственного оборудования. Если объемы продукта значительно снижаются или если тип продукта больше не требуется, переход на оборудование, используемое для наполнения емкостей напитком иного типа, может быть дорогостоящим и длительным. Производители систем наполнения напитками предпочитают предлагать заводу несколько систем наполнения, для того чтобы наполнять широкий ассортимент продуктов (то есть обеспечивать множество платформ для наполнения напитками), вместо того, чтобы предложить один наполнитель, который может использоваться с широким ассортиментом продуктов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[06] В данном разделе представлены концепции изобретения в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в Подробном описании. Данный раздел не предназначен для идентификации ключевых или существенных признаков изобретения.
[07] Варианты выполнения включают в себя наполняющий емкость клапан. Наполняющий клапан может включать в себя затвор и приводную втулку, которые магнитно соединены. Перемещение приводной втулки может перемещать затвор из положения, в котором наполняющий клапан закрыт, в положение, в котором наполняющий клапан открыт.
[08] Варианты выполнения также включают в себя рычаг перемещения емкости. Рычаг может включать в себя дальний конец, выполненный для удерживания емкости, и ближний конец, который включает в себя датчик нагрузки. Рычаг может быть выполнен для регулировки, чтобы изменять соотношение между нагрузкой, прикладываемой емкостью, и нагрузкой, прикладываемой на датчик нагрузки. Регулировка рычага может быть выполнена автоматически в некоторых вариантах выполнения.
[09] Варианты выполнения дополнительно включают в себя систему установки низкого расхода. Эта система может быть выполнена для прекращения закрытия наполняющего клапана, когда этот наполняющий клапан частично закрыт. Эта система может быть выполнена для регулирования и может включать в себя гидравлический привод, выполненный для прекращения перемещения затвора клапана.
[10] Варианты выполнения также включают в себя систему регулирования давления. Эта система может быть выполнена для поддержания требуемого давления в резервуаре или в канале течения из этого резервуара. Система может быть выполнена для поддержания требуемого давления, которое является вакуумом.
[11] Варианты выполнения дополнительно включают в себя систему рециркуляции продукта, которая может использоваться, например, во время операции горячего наполнения. Эта система может быть выполнена для регулирования скорости потока в системе рециркуляции продукта. В некоторых вариантах выполнения, скорость потока может быть отрегулирована путем регулирования скорости потока насоса с переменной производительностью. В других вариантах выполнения, скорость потока может быть отрегулирована другими способами.
[12] Варианты выполнения включают в себя систему наполнения, выполненную для наполнения широкого разнообразия типов емкостей широким ассортиментом продуктов при множестве типов условий наполнения. Продукты могут иметь вязкость в диапазоне от 1 сантипуаза (сП) до 400 сП. Продукты также могут содержать включения. Включения могут принимать форму кусочков или частиц, которые имеют размер до 10 миллиметрового квадратного куба и/или имеют объем до 1000 кубических миллиметров. Такие включения могут иметь размеры от 1 миллиметра, например, включения, которые помещаются внутри куба 1 миллиметр x 1 миллиметр x 1 миллиметр. Включения могут также принимать форму мякоти, имеющей длину до 10 миллиметров, и волокон, имеющих длину до 20 миллиметров. Продукт может содержать включения множества типов (частицы, кусочки, мякоть и/или волокна). Объемное содержание в процентах включений в продукте может составлять до 50%.
[13] Варианты выполнения включают в себя способы использования устройств и систем, описанных здесь.
[14] Дополнительные варианты выполнения описаны здесь.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[15] Некоторые варианты выполнения показаны в качестве примера, а не для ограничения, на фигурах сопровождающих чертежей, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогичным элементам.
[16] ФИГ. 1A вид слева наполняющего узла и соответствующего рычага перемещения емкости.
[17] ФИГ. 1B вид спереди наполняющего узла и рычага перемещения емкости с ФИГ. 1 A.
[18] ФИГ. 2 частично схематичный вид сверху системы наполнения емкостей для напитка карусельного типа, которая включает в себя наполняющий узел и рычаг перемещения с ФИГ. 1A.
[19] ФИГ. 3A-3F увеличенные виды спереди, слева, справа, сзади, слева в перспективе и справа в перспективе наполняющего узла с ФИГ. 1A соответственно.
[20] ФИГ. 3G увеличенный вид слева сзади в перспективе наполняющего узла с ФИГ. 1A, но некоторые компоненты удалены.
[21] ФИГ. 4A местный вид в сечении по месту, обозначенному на ФИГ. 3A.
[22] ФИГ. 4B вид в сечении, аналогичный ФИГ. 4A, но наполняющий клапан находится в открытом положении.
[23] ФИГ. 5A-5C увеличенные виды сверху в перспективе, сверху и снизу в перспективе затвора из наполняющего узла с ФИГ. 1 A соответственно.
[24] ФИГ. 5D вид в сечении по месту, обозначенному на ФИГ. 5B.
[25] ФИГ. 5E увеличенный вид сбоку в перспективе затвора с ФИГ. 5A-5C, но некоторые элементы удалены.
[26] ФИГ. 5F увеличенный вид сверху затвора в главной трубке от наполняющего узла с ФИГ. 1A.
[27] ФИГ. 5G увеличенный вид в сечении по месту, обозначенному на ФИГ. 5F.
[28] ФИГ. 5H и 5I увеличенные виды сверху и снизу в перспективе затвора согласно некоторым другим вариантам выполнения соответственно.
[29] ФИГ. 6A увеличенный вид в сечении в перспективе приводной втулки наполняющего клапана от наполняющего узла с ФИГ. 1 A.
[30] ФИГ. 6B вид в перспективе приводной втулки с ФИГ. 6A.
[31] ФИГ. 7A-7C виды слева спереди в перспективе, справа спереди в перспективе и справа сбоку рычага перемещения емкости с ФИГ. 1A соответственно.
[32] ФИГ. 7D вид справа сбоку рычага перемещения емкости с ФИГ. 1A в альтернативной конфигурации.
[33] ФИГ. 8A-8H частично схематичные чертежи вида сзади наполняющего узла с ФИГ. 1A и которые дополнительно поясняют работу системы установки низкого расхода согласно некоторым вариантам выполнения.
[34] ФИГ. 8I-8P частично схематичные виды сзади наполняющего узла, включающего в себя систему установки низкого расхода согласно другому варианту выполнения.
[35] ФИГ. 9A схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему регулирования давления согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения.
[36] ФИГ. 9B схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему рециркуляции продукта согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения.
[37] ФИГ. 9C и 9D схематичные чертежи, показывающие участки системы наполнения емкостей для напитка, включающие в себя системы рециркуляции напитка согласно дополнительным вариантам выполнения.
[38] ФИГ. 10 блок схема, показывающая входные сигналы и выходные сигналы контроллера системы наполнения согласно некоторым вариантам выполнения.
[39] ФИГ. 11A блок схема, показывающая пример алгоритма, который может быть реализован контроллером системы наполнения в отношении операций, показанных на Фиг. 8A-8H и ФИГ. 8I-8P.
[40] ФИГ. 11B блок схема, показывающая пример альтернативного алгоритма, который может быть реализован контроллером системы наполнения в отношении операций, аналогичных операциям, показанным на Фиг. 8A-8H и ФИГ. 8I-8P.
[41] ФИГ. 11C блок схема, показывающая пример алгоритма, который может быть реализован контроллером системы наполнения в отношении системы регулирования давления.
[42] ФИГ. 11D блок схема, показывающая пример алгоритма, который может быть реализован контроллером системы наполнения в отношении системы рециркуляции продукта.
[43] ФИГ. 12A-12D блок схемы, показывающие этапы способов согласно некоторым вариантам выполнения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[44] Далее приведено описание различных вариантов выполнения, ссылка сделана на сопровождающие чертежи, которые образуют часть описания и на которых различные варианты выполнения показаны в качестве иллюстрации. Ясно, что существуют другие варианты выполнения и что конструктивные и функциональные модификации могут быть выполнены. Варианты выполнения настоящего изобретения могут принять физическую форму в некоторых частях и этапах, примеры которых будут описаны подробно в следующем описании и показаны на сопровождающих чертежах, которые образуют его часть.
[45] Как использовано в этой заявке, включая в себя формулу изобретения, следующие термины имеют определения. «Выполненный для <функции или операций>», когда используется в отношении конкретного компонента, устройства или системы, обозначает, что рассматриваемый (-ое, -ая) компонент, устройство или система включает в себя структуру, которая помещает компонент, устройство или систему в состояние, в котором он (оно, она) готов(-о, -а) выполнять указанные операцию или функцию. «Текучая среда», если не указано иное, может являться жидкостью, газом или смесью жидкости и газа. «Включающий в себя» является синонимом «содержащий». Например, утверждение, что «X включает в себя элемент Y» не исключает того, что X также включает в себя другие элементы.
[46] Системы наполнения емкостей для напитка согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения могут включать в себя наполняющие клапаны и/или другой оборудование, как описано здесь. Как описано более подробно ниже, эти системы наполнения могут наполнять различные типы емкостей широким множеством напитков и при множестве различных вариантов наполнения. Например, в течение одного периода времени система наполнения может работать в качестве системы для холодного наполнения (CF) и наполнять емкости охлажденным напитком или напитком при комнатной температуре. В течение другого периода времени, эта же система наполнения может работать в качестве системы для горячего наполнения (HF) и наполнять емкости нагретым напитком. В течение еще одного периода времени, эта система наполнения может работать в качестве системы наполнения с увеличенным сроком хранения (ESL). В течение другого периода времени, эта система наполнения может работать в качестве системы асептического наполнения с повышенной кислотностью (HAA) или с пониженной кислотностью (LAA).
[47] Системы наполнения согласно некоторым вариантам выполнения также могут вмещать широкий диапазон типов напитков. По меньшей мере некоторые такие системы могут наполнять емкости напитками, имеющими вязкость в диапазон от около 1 сантипуаза (сП) до около 400 сП. Неограничивающие примеры напитков в этом диапазоне вязкости включают в себя воду (1 сП), молоко (3 сП), фруктовые соки (от 55 до 75 сП), томатный сок (180 сП) и питьевой йогурт (от 50 до 400 сП).
[48] Системы согласно некоторым вариантам выполнения также наполняют емкости многофазными напитками, которые содержат жидкость с твердыми или мягкими включениями. Включения могут принимать форму кусочков, частиц, мякоти и/или волокон. Примеры мягких включений включают в себя кусочки фруктов, кусочки овощей, частицы жевательной резинки, частицы маниока, другие типы мягких пищевых продуктов, цельную фруктовую мякоть и фруктовые волокна. Примеры твердых включений включают в себя семена, частицы орехов и зерна. В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, система может наполнять емкости напитками, имеющими зернистые включения или включения в виде кусочков (твердые или мягкие) с размерами до, или способные поместиться внутри, куба приблизительно 10 миллиметров (мм) x приблизительно 10 мм × приблизительно 10 мм, мякоть длиной до 10 мм, и включения в виде волокон длиной до 20 мм. Продукт может содержать включения множества типов (частицы, кусочки, мякоть и/или волокна). Содержание в процентах (объемное) включений в таком продукте может составлять до 50%, от 1% (или даже 0%), или любое значение содержания в процентах между ними. Только в качестве некоторых примеров, в различных вариантах выполнения система может наполнять емкости напитками, имеющими объемное содержание включений менее 1%, около 1%, от 1% до 5%, от 5% до 10%, от 10% до 15%, от 15% до 20%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 25%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35%, по меньшей мере 40% или по меньшей мере 45%. В вариантах выполнения, соответствующих каждой из этих объемных содержаний включений, каждое из по меньшей мере части включений может иметь объем 1 кубический миллиметр или менее (например, каждое из включений помещается в куб 1 мм × 1мм × 1мм), объем по меньшей мере 125 кубических миллиметров (например, куб 5 мм × 5 мм × 5 мм), объем по меньшей мере 216 кубических миллиметров (например, куб 6 мм × 6 мм × 6 мм), объем по меньшей мере 343 кубических миллиметра (например, куб 7 мм × 7 мм × 7 мм), объем по меньшей мере 400 кубических миллиметров (например, куб 7,37 мм × 7,37 мм × 7,37 мм), объем по меньшей мере 512 кубических миллиметров (например, куб 8 мм × 8 мм × 8 мм) или объем по меньшей мере 729 кубический миллиметров (например, куб 9 мм × 9 мм × 9 мм). Включения могут быть сферическими или иметь любую другую форму.
[49] ФИГ. 1A вид слева наполняющего узла 10 и соответствующего рычага 20 перемещения емкости согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения. ФИГ. 1B вид спереди наполняющего узла 10 и рычага 20 перемещения. ФИГ. 1A и 1B показывают рычаг 20 перемещения, удерживающий емкость C для напитка в положении наполнения под наполняющим узлом 10. В то время как емкость C находится в этом положении наполнения, наполняющий клапан наполняющего узла 10 может для управления обеспечивать поток напитка в отверстие в горловине емкости C. Дополнительные компоненты наполняющего узла 10 и рычага 20 перемещения емкости, а также их функционирование, описаны ниже. Как также описано ниже, готовая система наполнения в некоторых вариантах выполнения может включать в себя множество дополнительных устройств наполнения, идентичных наполняющему узлу 10, и множество рычагов перемещения емкости, аналогичных рычагу 20.
[50] Наполняющий узел 10 установлен на опорный кронштейн 11. Как описано более подробно ниже в отношении ФИГ. 2, опорный кронштейн 11 может удерживать дополнительные наполняющие узлы, которые выполнены для нахождения в круговом расположении. Впускная трубка наполняющего узла 10 соединена с резервуаром для продукта (не показан на Фиг. 1A и 1B) посредством подающей трубки 12. Трубка 13 рециркуляции является частью системы, которая может использоваться для рециркуляции продукта, как описано более подробно здесь.
[51] Пунктирные линии на ФИГ. 1A схематично показывают участок ограждения 30. Пространство внутри ограждения 30 образует асептическую зону 31 под наполняющим узлом 10 и под другими наполняющими узлами в той же системе наполнения. Ограждение 30, которое может быть аналогично ограждениям асептической зоны, используемым в традиционных системах наполнения, может включать в себя верхнюю, внутреннюю, нижнюю и внешнюю перегородки 32, 33, 34 и 35 соответственно. Стерильный воздух может закачиваться в асептическую зону 31. Этот стерильный воздух затем выходит из отверстий в или между перегородками 32-35, чтобы предотвратить попадание загрязнений в асептическую зону 31. Рычаг 20 перемещения, трубка 13 рециркуляции и другое оборудование (не показано) может продолжаться в асептическую зону 31 через такие отверстия. Верхняя перегородка 32, внутренняя перегородка 33 и нижняя перегородка 34 показаны на ФИГ. 1B, причем внешняя перегородка 35 не показана. Как показано кривыми линиями на видах справа и слева ФИГ. 1B, ограждение 30 может продолжаться за обе стороны наполняющего узла 10, для того чтобы расширить асептическую зону 31 под другие наполняющие узлы. Хотя ФИГ. 1A и 1B показывают ограждение 30 включающим в себя кронштейн 11, это не является обязательным. В некоторых вариантах выполнения, например, верхняя перегородка ограждения асептической зоны может быть расположена ниже зажима, который соединяет манжету наполняющего клапана с другими участками этого клапана (например, зажим, показанный непосредственно под кронштейном 11 на Фиг. 1A и 1B).
[52] ФИГ. 2 частично схематичный вид сверху системы 40 наполнения емкостей для напитка карусельного типа, которая включает в себя наполняющий узел 10 (схематично показан в виде круга) и рычаг 20 перемещения (схематично показан в виде прямоугольника). Система 40 наполнения включает в себя семьдесят один дополнительный наполняющий узел 10 и семьдесят один дополнительный рычаг 20 перемещение. Для удобства, показан только один наполняющий узел 10 и один рычаг 20 перемещения. Расположения других наполняющих узлов 10 и рычагов 20 перемещение видны из положений других обозначений, аналогичных показанным обозначениям. Система 40 наполнения поворачивается в направлении по часовой стрелке, как показано. Наполняющие узлы 10 расположены вблизи внешнего периметра карусели системы 40. Рычаги 20 перемещения, связанные с каждым из этих наполняющих узлов 10, продолжаются радиально внутрь по направлению к центру карусели системы 40. Как показано выше, кронштейн 11 может иметь форму кольца (или может состоять из множества кронштейнов, соединенных чтобы образовать кольцо), для того чтобы удерживать наполняющие узлы в круговом расположении. Дополнительные кронштейны (не показаны) могут поддерживать рычаги перемещения и другие компоненты системы 40 наполнения. Также на ФИГ. 2 показаны границы ограждения 30. Верхняя перегородка 32, внутренняя перегородка 33 и нижняя перегородка 34 могут быть прикреплены к поворотному участку карусели системы 40 наполнения, причем внешняя перегородка 35 остается неподвижной. Внешняя перегородка 35 может включать в себя отверстия для конвейера, чтобы подавать пустые емкости в карусель, и для другого конвейера, чтобы перемещать наполненные емкости из карусели. Приблизительные расположения этих конвейеров показаны на ФИГ. 2 стрелками, показывающими направление, в котором пустые емкости перемещаются к карусели, и направление, в котором наполненные емкости перемещаются от карусели.
[53] Хотя не показаны на ФИГ. 2, другие компоненты системы 40 наполнения могут быть расположены в центральной области карусели, окруженной наполняющими узлами 10 и их соответствующими рычагами 20 перемещения. Эти компоненты могут включать в себя, без ограничения, резервуар для продукта, систему рециркуляции продукта, систему регулирования давления и другие компоненты, описанные здесь. ФИГ. 2 показывает только одну конструкцию устройств наполнения и рычагов перемещения согласно некоторым вариантам выполнения. Другие варианты выполнения могут включать в себя меньшее или большее количество пар наполняющих узлов и рычага перемещения. Система наполнения не обязательно должна быть выполнена для вращения. В некоторых вариантах выполнения, например, наполняющего узла и/или рычаги перемещения емкости, такие как описанные здесь, могут быть расположены прямолинейно.
[54] ФИГ. 3A увеличенный вид спереди наполняющего узла 10. ФИГ. 3B увеличенный вид слева наполняющего узла 10. ФИГ. 3C увеличенный вид справа сбоку наполняющего узла 10. ФИГ. 3D увеличенный вид сзади наполняющего узла 10. ФИГ. 3E вид слева спереди в перспективе наполняющего узла 10. ФИГ. 3F вид справа спереди в перспективе наполняющего узла 10.
[55] Наполняющий узел 10 включает в себя наполняющий клапан 50, который закрыт на ФИГ. 3A-3F. Наполняющий клапан 50 включает в себя корпус, образованный впускной трубкой 51, главной трубкой 52 и манжетой 53. Нижний участок главной трубки 52 продолжается через отверстие в опорном кронштейне 11 и удерживается на месте удерживающим стержнем 54 и винтами 55. Главная трубка 52 может быть прикреплена к манжете 53 и впускной трубке 51 обычными зажимами 56 и 57 соответственно. Каждый из зажимов 56 и 57 может являться типом, известным в данной области техники как «Tri-Clamp». Обычные санитарно-технические прокладки (например, типа, широко используемого с зажимами Tri-Clamp) могут быть расположены между впускной трубкой 51 и главной трубкой 52 и между главной трубкой 52 и манжетой 53 для уплотнения соединений профилей. Трубка 13 рециркуляции продукта продолжается от нижней части манжеты 53 до системы рециркуляции продукта. Компоненты и работа этой системы рециркуляции продукта описаны ниже в отношении ФИГ. 9B.
[56] Наполняющий клапан 50 также включает в себя магнитную приводную втулку 60, которая окружает главную трубку 52. Приводная втулка 60 является подвижной вдоль главной трубки 52. Как описано более подробно ниже, затвор, расположенный внутри корпуса наполняющего клапана 50, магнитно соединен с приводной втулкой 60. Когда наполняющий клапан 50 закрыт, пробка на нижнем конце этого затвора расположена так, что закрывает выпускное отверстие в нижней части манжеты 53. Перемещение приводной втулки 60 по направлению к впускной трубке 51 перемещает затвор вверх, таким образом перемещая пробку затвора из выпускного отверстия, и позволяя продукту вытекать из выпускного отверстия и в емкость, находящуюся в положении наполнения ниже манжеты 53.
[57] Помимо клапана 50, наполняющий узел 10 включает в себя два гидравлических привода 70 и 80. Гидравлический привод 70 включает в себя главный корпус 71. Шток 72 привода 70 выдвигается из и вдвигается в корпус 71 и соединен подвижным поршнем внутри корпуса 71. Аналогично, гидравлический привод 80 включает в себя главный корпус 81 и шток 82, который выдвигается из и вдвигается в корпус 81 и который соединен с поршнем внутри корпуса 81. Нижние концы приводов 70 и 80 шарнирно прикреплены к опорному кронштейну 11. Верхние концы 73 и 83 штоков 72 и 82 соединены с приводной втулкой 60 посредством дополнительных компонентов, как описано ниже. Привод 70 выполнен для открытия и закрытия наполняющего клапана 50. Для открытия наполняющего клапана 50, сжатый воздух вводится в нижнюю поршневую камеру корпуса 70 через штуцер 74, в то время как воздух выпускается из верхней поршневой камеры корпуса 71 через штуцер 75. Для закрытия наполняющего клапана 50, воздух выпускается из нижней камеры через штуцер 74, в то время как сжатый воздух вводится в верхнюю камеру через штуцер 75. Поток воздуха в и из камер привода 70 может регулироваться, используя обычные воздушные клапаны, приводимые в действие соленоидом, не показаны.
[58] Привод 80 выполнен для прекращения перемещения приводной втулку 60. В частности, и как описанный более подробно ниже в отношении ФИГ. 8A-8H, привод 80 является частью выполненной для регулирования системы установки низкого расхода. Текучая среда поступает и покидает нижнюю поршневую камеру корпуса 81 через штуцер 84. Текучая среда поступает и покидает верхнюю поршневую камеру корпуса 81 через штуцер 85.
[59] ФИГ. 3G увеличенный вид слева сзади в перспективе наполняющего узла 10, причем приводы 70 и 80 и различные другие компоненты не показаны, чтобы лучше показать конкретную нижележащую структуру наполняющего узла 10. Как на ФИГ. 3A-3F, наполняющий клапан 50 закрыт на ФИГ. 3G. Нижний конец вертикального кронштейна 91 прикреплен к приводной втулке 60. Поперечина 92 прикреплена к вертикальному кронштейну 91 вблизи верхнего конца. Направляющий блок 93 также прикреплен к вертикальному кронштейну 91 вблизи верхнего конца. Направляющий шток 94 продолжается вверх через отверстие 95 в направляющем блоке 93, причем нижний конец направляющего штока 94 прикреплен к опорному кронштейну 11. Отверстие 95 имеет такие размеры, что направляющий блок 93 может скользить вверх и вниз вдоль штока 94. Верхние концы 73 и 83 штоков 72 и 82 приводов 70 и 80 прикреплены к поперечине 92.
[60] Выполненный для регулирования шток 110 (ФИГ. 3C) ограничивает направленное вверх перемещение приводной втулки 60. Пробка 111 в нижней части штока 110 упирается в нижнюю сторону пластины 112, когда приводная втулка 60 находится в верхней точке ее хода вверх. Одна или более спиральных пружин 113 расположены вокруг направляющего штока 94 и закреплены штифтом через направляющий шток 94. Другой направляющий блок 115 (виден на ФИГ. 3C) прикреплен к нижнему концу вертикального кронштейна 91 и также скользит по направляющему штоку 94 по мере того как приводная втулка 60 поднимается или опускается. Пружины 113 сжимаются направляющим блоком 115 и штифтом, когда приводная втулка 60 поднята. Пружины 113, таким образом, поджимают наполняющий клапан 50 в закрытое положение. Это обеспечивает безотказный закрытый признак, который будет автоматически закрывать клапан 50 в случае отключения питания. Оптическая метка 120 может быть прикреплена к поперечине 92 (ФИГ. 3E) и перемещаться в и из паза в оптическом датчике 121. Датчик 121 описан более подробно ниже в отношении ФИГ. 8A-8H.
[61] ФИГ. 4A местный вид в сечении по месту, обозначенному на ФИГ. 3A. Зажимы 56 и 57 и другие внешние компоненты наполняющего узла 10 не показаны, начиная с ФИГ. 4A. В сечении на ФИГ. 4A показаны впускная трубка 51, главный корпус 52, манжета 53 и приводная втулка 60. ФИГ. 4A показывает затвор 200 наполняющего клапана 50. Затвор 200 не показан в сечении на ФИГ. 4A.
[62] Затвор 200 включает в себя центральный стержень 201 и четыре магнитных приводных кольца 210a, 210b, 210c и 210d. Приводные кольца 210a-210d вместе называются «кольца 210»; произвольное одно из колец 210 в целом называется «кольцо 210». Аналогичное условие применяется в этом описании везде, где множество аналогичных или идентичных компонентов обозначены общей ссылочной позицией с последующей буквой.
[63] Как описано более подробно ниже, каждое из колец 210 включает в себя множество магнитов, которые ориентированы так, что отталкиваются от магнитов приводной втулки 60 и которые герметизированы внутри кожухов колец 210 из нержавеющей стали. Стержень 201 продолжается элементом 202 направляющей лопатки и концевым элементом 203. Элемент 202 направляющей лопатки прикреплен к стержню 201 резьбовым соединением 204 и к концевому элементу 203 резьбовым соединением 205. Когда наполняющий клапан 50 закрыт, и как показано на ФИГ. 4A, участок концевого элемента 203 опирается на внутренний край и уступ выпускного отверстия 49, для того чтобы предотвратить поток продукта через выпускное отверстие 49.
[64] ФИГ. 4B вид в сечении, аналогичный ФИГ. 4A, но наполняющий клапан 40 находится в открытом состоянии. Когда наполняющий клапан 50 открытый, и как показано на ФИГ. 4B, приводная втулка 60 поднята. Поскольку магниты приводной втулки 60 и приводных колец 210 отталкиваются, кольца 210 остаются отцентрированными относительно продольной центральной линии главной трубки 52. Как описано более подробно ниже, «магнитная пружина» образована магнитной силой магнитов в кольцах 210 и втулке 60. Эта пружина не показана сжатой на ФИГ. 4A. Поскольку затвор 200 магнитно соединен с втулкой 60, он перемещается вверх и вниз с втулкой 60. Когда затвор 200 перемещается вверх, концевой элемент 203 извлекается из отверстия 49, и продукт может вытекать из отверстия 49 в емкость, расположенную под манжетой 53.
[65] Как видно на ФИГ. 4A и 4B, канал течения через внутреннюю поверхность корпуса наполняющего клапана 50 является по существу прямым. В некоторых вариантах выполнения, выпускное отверстие 49 имеет ширину приблизительно 0,625 дюйма. В данном контексте, при описании размера отверстия или других каналов течения, «ширина» может являться диаметром, если отверстие или канал является круглым.
[66] ФИГ. 5A верхний вид в перспективе затвора 200, удаленного из наполняющего клапана 50. За исключением того, что указано ниже, приводные кольца 210 по существу идентичны друг другу. Каждое из колец 210b-201d включает в себя внутреннюю стенку 211 и внешнюю стенку 212, аналогичные внутренней стенке 211a и внешней стенке 212a кольца 210a. Каждое из колец 210 также включает в себя очищающий уступ 232, эти очищающие уступы описаны ниже. Как описано ниже в отношении ФИГ. 5D и 5E, магниты герметизированы в пространстве между внутренней стенкой 211 и внешней стенкой 212 каждого кольца 210. Кольца 210 соединены со стержнем 201 тремя радиальными лопатками 220. В показанном варианте выполнения, каждая из лопаток 220 является сплошной и продолжается по всей длине колец 210. Лопатки 220 могут равномерно отстоять друг от друга, то есть углы между смежными лопатками 220 могут составлять 120°. Лопатки 220 и внутренние стенки 212 колец 210, таким образом, образуют три 120° сектора 221 равного размера. ФИГ. 5B вид сверху затвора 200. В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, секторы 221 имеют такие размеры, что 10 мм кубические включения могут проходить.
[67] ФИГ. 5C вид снизу в перспективе затвора 220. Элемент 202 направляющей лопатки включает в себя три радиально продолжающиеся лопатки 208, которые помогают выпрямить поток напитка, выдаваемого через наполняющий клапан 50. Концевой элемент 203 включает в себя круглую пробку 224, которая уплотняет выпускное отверстие 49 манжеты 53. Терминальный конец 225 элемента 203 пробки имеет такие размеры, чтобы продолжаться через выпускное отверстие 49. Во время закрытия клапана 50, терминальный конец 225 обеспечивает сдвигающее усилие, чтобы отсекать включения, которые могут быть захвачены в щели выпускного отверстия 49, для того чтобы обеспечить чистое прерывание [потока]. Это позволяет исключить выделение фрагментов из закрытого выпускного отверстия 49, которые фрагменты будут нежелательны при операциях горячего наполнения или асептического наполнения. Как описано более подробно ниже, терминальный конец 225 может быть частично расположен в выпускном отверстии 49 во время работы с низким расходом, для того чтобы уменьшить поток продукта и предотвратить переполнение и улучшить точность наполнения.
[68] ФИГ. 5D вид в сечении затвора 200 по месту, обозначенному на ФИГ. 5B. Как показано выше, и как видно на ФИГ. 5D, лопатки 220 продолжаются на длину всех четырех приводных колец 210. Каждая лопатка 220 включает в себя небольшие углубления в пространствах между двумя смежными кольцами 210. Как видно на ФИГ. 5D, и как дополнительно описано ниже в отношении ФИГ. 5G, внутренняя стенка 211 каждого кольца 210 включает в себя верхний фланец 228 и нижний фланец 227. Очищающий уступ 232 каждого кольца 210 продолжается наружу из его верхнего фланца 228. Магниты 230 расположены в пространствах между внутренними стенками 211, их соответствующими фланцами 227 и 228 и внешними стенками 212.
[69] Конструкция магнитов 230 в кольцах 210 дополнительно показана на ФИГ. 5E. ФИГ. 5E вид сбоку в перспективе затвора 200, причем некоторые элементы не показаны. Внешняя стенка 212a и магниты 230 были удалены из кольца 210a, чтобы показать наружный торец 231a внутренней стенки 211a и внутренний край нижнего фланца 227a. Внешние стенки 212b и 212c колец 210b и 210c были удалены, чтобы показать магниты 230. Магниты 230 расположены аналогичным образом в кольцах 210a и 210d.
[70] ФИГ. 5F вид сверху затвора 200 внутри главной трубки 52, причем не показаны другие элементы наполняющего клапана 50. ФИГ. 5G увеличенный местный вид в сечении по месту, обозначенному на ФИГ. 5F. Каждое приводное кольцо 210 включает в себя магниты 230, расположенные в три пояса. Каждый пояс включает в себя четыре концентрические вспомогательные пояса отдельных магнитов 230. Как видно на ФИГ. 5E, каждый из магнитов 230 продолжается только по небольшому сектору периметра приводного кольца 210. Магниты 230 в поясе расположены торец к торцу, для того чтобы описывать кольцо 210.
[71] ФИГ. 5G также показывает дополнительный подробный вид очищающих уступов 232. Зазор между кольцами 210 и внутренней стенкой главной трубки 52 сужен в областях очищающих уступов 232, для того чтобы предотвратить попадание семян или других включений в пространство между главной трубкой 52 и кольцом 210. В некоторых вариантах выполнения, зазор между внешним краем очищающего уступа 232 и внутренней стенкой главной трубки 52 составляет приблизительно 0,01 дюйма. Зазор между внешними сторонами колец 210 (на внешних сторонах внешних стенок 212) и внутренней стенкой главной трубки 52 может иметь такие размеры, чтобы предотвращать защемление семян или других небольших включений между приводным кольцом 210 и внутренней стенкой главной трубки 52. В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, этот зазор может составлять приблизительно 0,049 дюйма.
[72] Верхние торцы очищающих уступов 232 наклонены вниз по направлению к центру колец 210 под углом α. Эти наклоненные вниз торцы помогают направить включения по направлению к центру затвора 200 во время хода затвора 200 вверх и, в то время как продукт протекает по главной трубке 52 и через затвор 200. В некоторых вариантах выполнения, нижние торцы нижних фланцев 227 могут быть наклонены вверх по направлению к центру кольца под углом β. Эти наклоненные вверх торцы помогают направлять включения по направлению к центру затвора 200 во время хода затвора 200 вниз. В некоторых вариантах выполнения каждый из α и β может составлять приблизительно 6 градусов. Очищающий уступ 232a самого верхнего кольца 210a может дополнительно включать в себя выступ 234. Верхний торец выступа 234 может быть наклонен вниз по направлению к центру затвора 200 под существенно более острым углом.
[73] Как дополнительно видно на ФИГ. 5G, внешние стенки 212 колец 210 относительно тонкие. В некоторых вариантах выполнения, внешние стенки 212 выполнены из упрочненной аустенитной нержавеющей стали 316L толщиной 0,006 дюйма и со слабым магнитным притяжением. Тонкие элементы, которые образуют стенки 212, используются в твердом состоянии, чтобы облегчить сборку. Тонкость стенок 212 увеличивает зазор между стенками 212 и внутренней стенкой главной трубки 52, в то же время уменьшая расстояние между магнитами 230 затвора 200 и магнитами 230 втулки 60. Внешние стенки 212 могут быть закреплены на месте лазерной сваркой, чтобы уплотнить магниты 230 в кольцах 210 и предотвратить контакт этих магнитов 230 с напитком или очищающим раствором, который может пройти сквозь клапан 50. Лазерные сварные швы внешних стенок 212 могут быть отполированы, чтобы способствовать чистоте.
[74] В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, внутренние стенки 211 каждого кольца 210, включающие в себя фланцы 227 и 228 и очищающий уступ 232, выступ 234, лопатки 220 и стержень 201, могут быть выполнены заодно из цельного элемента аустенитной нержавеющей стали 316L. Цельный элемент может быть образован, например, электроэрозионной обработкой (EDM). Элемент 202 направляющей лопатки и элемент 203 пробки также могут быть изготовлены из аустенитной нержавеющей стали 316L. Использование мягкого аустенитного материала для затвора уменьшает взаимодействие между затвором 200 и магнитным полем магнитов 230.
[75] ФИГ. 5H и 5I увеличенные виды сверху и снизу, соответственно, затвора 200' согласно некоторым другим вариантам выполнения. Затвор 200' может быть использован в наполняющем клапане 50 в качестве альтернативы затвору 200. Затвор 200' может быть идентичен затвору 200 за исключением лопаток 220'. В частности, затвор 200' включает в себя шесть радиальных лопаток 220', которые соединяют кольца 210a'-210d' с центральным стержнем. Лопатки 220' могут быть расположены так, чтобы образовывать большие секторы 221 и малые секторы 222. Большие секторы 221 могут иметь такие размеры, что 10 мм кубические включения могут проходить.
[76] Как описано выше, кольца 210 перемещаются вверх и вниз в пределах главной трубки 52. В некоторых вариантах выполнения, главная трубка 52 также выполнена из аустенитной нержавеющей стали 316L. Например, толщина стенки главной трубки 52 составляет приблизительно 0,044 дюйма, причем цилиндричность лежит в пределах, например, 0,0025 дюйма.
[77] В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, манжета 53 выполнена из PEEK (полиэфирэфиркетона). Хотя PEEK достаточно жесткий и долговечный, он имеет достаточную гибкость, чтобы обеспечить уплотнение между пробкой 224 концевого элемента 203 и внутренними верхними краями и уступами выпускного отверстия 49, таким образом исключая потребность в дополнительных прокладках для уплотнения выпускного отверстия 49, когда клапан 50 закрыт.
[78] ФИГ. 6A увеличенный вид в сечении в перспективе приводной втулки 60. Плоскость сечения на ФИГ. 6A та же, что и плоскость сечения на ФИГ. 4A и 4B. ФИГ. 6B вид в перспективе приводной втулки 60, в которой кольца втулки 60 были разделены, чтобы дополнительно показать внутренние конструктивные подробности. В показанном варианте выполнения, приводная втулка 60 включает в себя четыре удерживающих магниты кольца 300a, 300b, 300c и 300d. Каждое кольцо 300 включает в себя два полукольца. Например, кольцо 300d включает в себя полукольца 301d и 302d. Концы полуколец 301d и 302d стыкуются в соединениях 303d и 304d. Второе кольцо 300c включает в себя полукольца 301c и 302c, которые стыкуются в соединениях 303c и 304c. Третье кольцо 300b включает в себя полукольца 301b и 302b, которые стыкуются в соединениях 303b и 304b. Четвертое кольцо 300a включает в себя полукольца 301a и 302a, которые стыкуются в соединениях 303a и 304a. Накладная пластина 310 включает в себя две полупластины 311 и 312, которые стыкуются в соединениях 313 и 314.
[79] Каждое из полуколец может быть выполнено из PEEK и может включать в себя семь каналов 319, образованных в верхней поверхности. Два ряда магнитов 230 затем помещаются в каждый канал и удерживается на месте зажимным винтом 320. Ориентации магнитов 230 во втулке 60, которая ориентация описана ниже, приводит к [возникновению] магнитных сил отталкивания, которые толкают эти магниты 230 радиально наружу. Зажимные винты 320 оказывают сопротивление этим действующим наружу силам и фиксируют магниты 230. Магниты 230 и зажимной винт 320 не показаны в одном из каналов 319 в полукольце 301c, чтобы показать дополнительные подробности этого канала 319. Каждый канал 319 в полукольцах 301a, 302a, 301b, 302b, 301c, 302c, 301d и 302d включает в себя утопленное отверстие 321, через которое болт вставляется и фиксируется к резьбовому отверстию 322 в нижнем полукольце. Это обозначено штрихпунктирной линией для одного отверстия 321 в полукольце 301c и соответствующем отверстии 322 в полукольце 301d.
[80] Ориентация каждого кольца 300 повернута на 90 градусов относительно смежных колец 300. Например, линия между соединениями 303d и 304d кольца 300d перпендикулярна линии между соединениями 303c и 304c кольца 300c. Аналогичная модель применяется в отношении колец 300c и 300b и колец 300b и 300a. Полукольца кольца 300 не прикреплены непосредственно друг к другу. Взамен, полукольца каждого кольца 300 удерживается на месте их креплением к смежному кольцу 300. Например, полукольцо 301d кольца 300d прикрепленный к одному концу полукольца 301c и одному концу полукольца 302c. Аналогично, полукольцо 302d прикреплено к другим концам полуколец 301c и 302c. Аналогичная модель применяется к полукольцам 301c и 302c в отношении полуколец 301b и 302b и для полуколец 301b и 302b в отношении полуколец 301a и 302a.
[81] Приводная втулка 60 может быть собрана путем загрузки магнитов 230 в каналы 319 полуколец 301d и 302d, фиксации этих магнитов 230 зажимным винтами 320, и затем размещения полуколец 301d и 302d в положение вокруг главной трубки 52. Полукольца 301c и 302c, без установленных магнитов 230, затем могут быть размещены в положение вокруг главной трубки 52 и сверху полуколец 301d и 302d. Затем крепления размещаются через отверстия 321 в каналах 319 полуколец 301c и 302c в отверстия 322 полуколец 301d и 302d и затягиваются. Затем магниты 230 могут быть размещены в каналах 319 полуколец 301c и 302c и зафиксированы зажимными винтами 320. Аналогичная процедура может быть выполнена для колец 300b и 300a. Наконец полупластины 311 и 312 устанавливаются сверху кольца 300a путем установки болтов (не показаны на ФИГ. 6B) через утопленные отверстия в полупластины 311 и 312 и через отверстия 322 в полукольцах 301a и 302a. Также на ФИГ. 6B показаны отверстия 399a (кольцо 300a) и 399c (кольцо 300c), посредством которых втулка 60 может быть прикреплена к вертикальному кронштейну 91 (смотри ФИГ. 3G).
[82] В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, магниты 230 затвора 200 и приводной втулки 60 могут являться изогнутым неодимовым ферробором (NDFeB) марки N45H. Эта марка, которая соответствует рабочей температуре до 248°F, позволяет магнитам 230 выдерживать температуры, связанные со стерилизацией клапана 50 во время циклов очистки и/или стерилизации. Магниты с более высокими наибольшими рабочими температурами доступны и могут быть использованы в некоторых вариантах выполнения. Магниты 230 могут иметь такие размеры, что четырнадцать магнитов, размещенных конец к концу, образуют пояс с наружным диаметром 43 мм, внутренним диаметром 39 мм и высотой 5 мм. Вектор намагниченности может быть направлен от внутренней кривой к внешней кривой, так чтобы северный полюс каждого магнита находился на наружном торце. Магниты 230 размещены во втулке 60 так, чтобы торцы с северным плюсом были ориентированы внутрь и по направлению к затвору 200. Магниты 230 размещены в затворе 200 так, чтобы торцы с северным плюсом были ориентированы наружу и по направлению к втулке 60.
[83] В некоторых вариантах выполнения, магниты 230 в некоторых каналах 319 втулки 60 могут быть заменены на несущие элементы из ПТФЭ (политетрафторэтилен). Например, все магниты 230 в канале 319 кольца 300a непосредственно над отверстием 399a (обозначены стрелкой 398a) и все магниты в канале 319 с другой стороны кольца 300a (обозначены стрелкой 397a), все магниты 230 в каналах 319 кольца 300d с каждой стороны соединения 303d (обозначены стрелками 395d и 396d) и все магниты 230 в каналах 319 кольца 300d с каждой стороны соединения 304d (обозначены стрелкой 393d и 394d) могут быть удалены. Затем ПТФЭ подшипник может быть вставлен в каждый из каналов 319, из которых эти магниты 230 были удалены. В некоторых вариантах выполнения, этих ПТФЭ подшипники могут быть изготовлены путем нарезания элементов длиной приблизительно 9/16 дюйма из заготовки в виде ПТФЭ прутка диаметром 7/16 дюйма. Эти ПТФЭ подшипники продолжаются от зажимных винтов 320 их соответствующих каналов 319 и немного за внутренние диаметры колец 300a и 300d. Затем эти зажимные винты 320 могут быть использованы для регулирования сжатия на ПТФЭ подшипниках, так чтобы внутренние концы этих ПТФЭ подшипников контактировали с внешней стенкой главной трубки 52. Использование таких ПТФЭ подшипников сглаживает перемещение втулки 60 по главной трубке 52 и может уменьшить износ на главной трубке 52.
[84] Как можно видеть на ФИГ. 4A и 4B, и учитывая описание затвора 200 в отношении ФИГ. 5A-5G и описание втулки 60 в отношении ФИГ. 6A и 6B, магниты 230 приводного кольца 210a затвора 200 охвачены магнитами 230 кольца 300a втулки и кольца 300b втулки. Магниты колец 210b и 210c затвора 200 охвачены магнитами колец 300b и 300c и колец 300c и 300d соответственно. Силы отталкивания магнитов 230 предотвращают перемещение каждого кольца 210 за кольцо 300 втулки 60, которое расположено непосредственно выше или ниже этого кольца 210. Это приводит к соединению, при котором затвор 200 может быть перемещен вверх или вниз путем перемещения втулки 60 вверх или вниз.
[85] Расположение колец 210 в шахматном порядке относительно колец 300 имеет дополнительные преимущества. Например, такое расположение размещает силы отталкивания между кольцами 300 и кольцами 210 в точном и воспроизводимом вертикальном выравнивании. Более того, это расположение в шахматном порядке обеспечивает некоторую степень усилия магнитной пружины. В частности, прикладывание направленной вверх вертикальной силы к затвору 200, когда элемент 203 пробки опирается на внутренний край и уступ выпускного отверстия 49 (как показано на ФИГ. 4A), в то же время также прикладывая направленную вертикально вниз силу к кольцу 60, перемещает кольца 300a-300d ближе к кольцам 210a-210d соответственно. Поскольку зазор между кольцом 300 и кольцом 210 уменьшается, силы магнитного отталкивания, пытающиеся разделить эти два кольца, увеличиваются. Когда втулка 60 затем вновь перемещается вверх, затвор 200 спружинивает обратно в его первоначальное положение относительно втулки 60. Это позволяет втулке 60 немного перейти затвор 200 при закрытии клапана 50, который сжимает магнитную пружину, что приводит к прикладыванию затвором постоянного усилия к внутреннему краю и уступу выпускного отверстия 49.
[86] Как также видно на ФИГ. 4A, кольца 210 и 300 расположены в шахматном порядке, так чтобы имелось кольцо 300 над каждым кольцом 210, но кольцо 300 имелось только под 210a, 210b и 210c. Эта конфигурация позволяет большее магнитное взаимодействие в направлении вниз, для того чтобы обеспечить увеличенную доступную направленную вниз силу на затвор 200 для уплотнения клапана 50 при закрытии. В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, сила взаимодействия между затвором 200 и втулкой 60 в направлении вниз составляет по меньшей мере 30 фунтов, чтобы обеспечить достаточную силу закрытия и достаточно быстрое закрытие. Эта сила закрытия также способствует отсечению включений, которые могут оставаться в выпускном отверстии 49, когда клапан 50 закрывается.
[87] В некоторых вариантах выполнения единый кольцевой магнит может заменить сегментированную сборку магнитов 230 в кольце 210. Аналогично, единый кольцевой (или полукольцевой) магнит может заменить сегментированные сборки магнитов 230, используемые в кольце втулки 60, хотя единый кольцевой магнит для кольца 300 будет иметь больший диаметр, чем единый кольцевой магнит, используемый для кольца 210. Такие единые кольцевые магниты могут также являться NDFeB марки N45H.
[88] Кратко возвращаясь к ФИГ. 1A и 1B, в некоторых вариантах выполнения наполняющий узел 10 используется совместно с рычагом 20 перемещения емкости. За исключением небольшого перемещения некоторых компонентов рычага 20, описанных ниже, рычаг 20 по существу неподвижен относительно наполняющего узла 10. Пустая емкость C принимается в захватное устройство рычага 20 в начале или до начала операции наполнения. При открытии наполняющего клапана 50 наполняющего узла 10, напиток выдается из выпускного отверстия 49 наполняющего клапана 50 и через открытую верхнюю часть этой емкости C. Вес этой емкости C увеличивается по мере его наполнения. Датчик нагрузки в рычаге 20 посылает сигналы, соответствующие этому весу. Затем контроллер может определить, когда закрывать наполняющий клапан 50 на основе этих сигналов.
[89] Емкость C может быть помещена на рычаг 20 традиционным образом. Например, один из рычагов 20 системы 40 наполнения (ФИГ. 2) может принять емкость C по мере того, как непрерывно вращающаяся карусель поворачивает этот рычаг 20 мимо положения (например, положения на 6 часов на ФИГ. 2), где первый конвейер доставляет пустые емкости C для приема проходящими рычагами перемещения. Затем продукт выдается в принятую емкость C наполняющим узлом 10, соответствующим этому рычагу 20, по мере того как карусель продолжает вращаться по направлению ко второму конвейеру. К тому времени как вращение карусели привело этот рычаг 20 в положение второго конвейера (например, положение на 12 часов на ФИГ. 2), теперь наполненная емкость C удаляется с этого рычага 20 и переносится второй конвейерной системой. Затем вращение карусели возвращает этот рычаг 20 к первому конвейеру, чтобы принять новую пустую емкость C.
[90] ФИГ. 7A вид спереди слева в перспективе рычага 20 перемещения емкости согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения. Опорная балка 401 рычага 20 включает в себя штангу 402, стойку 403 и выступ 404 крепления датчика нагрузки. В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, балка 401 является цельным элементом. Балка 401 жесткая и остается неподвижной относительно наполняющего узла 10, которому соответствует рычаг 20. В частности, стойка 403 может быть прикреплена болтами или иным образом прикреплена к карусели или другой конструкции системы наполнения, которая включает в себя рычаг 20. При креплении к конструкции системы наполнения, штанга 402 расположена консольно и горизонтально.
[91] Компоненты рычага 20, прикрепленные к штанге 402, включают в себя пару шарнирных кронштейнов 405, датчик 406 нагрузки и рычажные соединения 407 датчика нагрузки. Рычаг 408 весов шарнирно соединен со штангой 402 шарнирным элементом 409, удерживаемым на месте кронштейнами 405. Шарнирный элемент 409 взаимодействует с ответным признаком рычага 408 в одной из множества точек опоры, для того чтобы обеспечить вращательное перемещение рычага 408 относительно шарнирного элемента 409. В варианте выполнения рычага 20, шарнирный элемент 409 может являться болтом или штифтом, и взаимодействующим признаком рычага является одно из отверстий 410a-410f в рычаге 408. Отверстия 410e и 410f видны на ФИГ. 7D.
[92] В некоторых конфигурациях, и как показано на ФИГ. 7A и 7B, противорыскающий кронштейн 411 может быть прикреплен на дальнем конце штанги 402. Кронштейн 411 включает в себя направляющий паз 412, который ограничивает перемещение рычага 408 налево или направо от штанги 402 и который помогает удерживать рычаг 408 совмещенным со штангой 402 в вертикальной плоскости. Направляющий паз 412 имеет такие размеры, что рычаг 408 может свободно перемещаться вверх и вниз внутри паза 412. В других конфигурациях, описанной ниже, кронштейн 411 может быть исключен.
[93] Устройство 415 захвата емкости прикреплено к дальнему концу рычага 408 кронштейном 416 и болтами 417. В конфигурации, показанной на ФИГ. 7A-7D, захватное устройство 415 является традиционным захватным устройством, имеющим подпружиненные кулачки 418, которые имеют такие размеры, чтобы принимать и удерживать горловинный участок емкости C. В некоторых вариантах выполнения, захватное устройство 415 может быть выполнено для удерживания бутылок, имеющих итоговый размер горловины между 28 мм и 43 мм. Упругость пружины кулачков 418 может быть преодолена действием горловины емкости, толкающей горизонтально в поверхности 419 (например, при приеме пустой емкости из первой конвейерной системы, описанной выше) и действием удерживаемой горловины, толкающей наружу из кулачков 418 (например, когда наполненная емкость удаляется второй конвейерной системой, описанной выше). Захватное устройство 415 может быть удалено и заменено захватным устройством иного типа для перемещения емкости иного типа. Другие типы захватного устройства могут быть использованы. Например, в некоторых вариантах выполнения захватное устройство может не иметь подпружиненных кулачков и может просто являться кронштейном с углублением, соответствующим форме горловины емкости.
LC
LC
LC
LC
[94] Ближний конец датчика 406 нагрузки неподвижно прикреплен болтами 421 к выступу 404 опорной балки 401. Дальний конец датчика 406 нагрузки соединен с ближним концом рычага 408 рычажными соединениями 407. Нижние концы рычажных соединений 407 шарнирно прикреплены к датчику 406 нагрузки штифтом 422. Верхние концы рычажных соединений 407 шарнирно прикреплены к рычагу 408 штифтом 423. Как показано на ФИГ. 7C, емкость, удерживаемая в захватном устройстве 415, прикладывает направленную вниз силу F1. Это приводит, несмотря на поворот рычага 408 вокруг шарнирного элемента 409, к направленной вверх силе F2, которая тянет рычажные соединения 407. Сила F2 передается рычажными соединениями 407 к датчику 406 нагрузки, приводя к незначительной деформации датчика 406 нагрузки. Тензометрические датчики и другие элементы внутри датчика 406 нагрузки генерируют сигналы S, соответствующие величине этой деформации, и таким образом величине силы F2, и посылают сигнал S по кабелю 425. На основе сигналов S, известных размерах рычага 20 и конфигурации кронштейнов 405 (как описано ниже), контроллер системы наполнения, включающий в себя рычаг 20, может определить вес емкости, удерживаемой рычагом 20. Поскольку объем этой емкости и плотность выдаваемого напитка известны, этот контроллер также может использовать сигналы S для определения степени наполнения емкости.
[95] В по меньшей мере некоторых вариантах выполнения, датчик 406 нагрузки имеет диапазон [измерений] от 0 до 7,5 килограмм (кг). Датчики нагрузки являются широко известными датчиками веса, которые используют тензометрические датчики для регистрации деформации и отправки сигнала, соответствующего силе, вызывающей данную деформацию. Датчик нагрузки и управляющее программное обеспечение для обработки выходного сигнала датчика нагрузки коммерчески доступны из множества источников.
[96] В общем, точность датчика нагрузки увеличивается, если используется бóльшая часть предела измерений этого датчика нагрузки. Например, предположим, что емкость C, когда наполнена, вмещает 20 жидких унций продукта и что рассматриваемый продукт является молоком. Вес 20 жидких унций молока составляет приблизительно 0,61 кг. Предположим, что датчик 406 нагрузки расположен так, чтобы вес, измеренный датчиком 406 нагрузки, увеличивался только на 0,61 кг, когда емкость C полностью наполнена, и что датчик 406 нагрузки имеет доступный диапазон [измерений] 7,5 кг. В этом случае, только около 8% (0,61 кг/7,5 кг) предела измерений датчика 406 нагрузки будет использоваться для измерения разницы между пустой и заполненной емкостью. Теперь предположим, что датчик 406 нагрузки расположен так, чтобы вес, измеряемый датчиком 406 нагрузки, увеличивался на 2,58 кг (коэффициент 4,227), когда та же емкость C наполнена молоком. В этом случае, приблизительно 34% предела измерений датчика 406 нагрузки будет использовано и точность измерения веса будет повышена. Деформация датчика 406 нагрузки также будет увеличена в этом втором случае. Однако даже при наибольшей нагрузке величина деформации датчика нагрузки является относительно малой.
[97] Соотношение между весом емкости и ее содержимого и весом, воспринимаемым датчиком 406 нагрузки, изменяется в зависимости от положения шарнирного элемента 409 относительно захватного устройства 415 и рычажных соединений 407. Если принять, что точка приложения силы для емкости и ее содержимого проходит через центр области захвата кулачков 418, и если шарнирный элемент 409 равноудален от центра кулачков 418 и штифта 423 рычажных соединений 407, отношение веса наполненного продукта и итогового веса, прикладываемого к датчику 406 нагрузки этим продуктом, составляет 1:1. Однако если шарнирный элемент 409 перемещается ближе к штифту 423 это отношение увеличивается. В общем, если расстояние между точкой приложения силы F1 для захваченной емкости и его содержимого и шарнирным элементом 409 равно x, и расстояние между шарнирным элементом 409 и штифтом 423 равно y, тогда сила F2, прикладываемая к датчику 406 нагрузки весом емкости и ее содержимого, составляет (x/y)*F1.
[98] В некоторых вариантах выполнения, конфигурация рычага 20 может быть изменена, чтобы лучше обслуживать операции наполнения, которые имеют результатом наполненные емкости, имеющие различные веса. В частности, болты 430, удерживающие кронштейны 405 и шарнирный элемент 406, могут быть удалены, и положение кронштейнов 405 изменено так, чтобы шарнирный элемент 409 взаимодействовал с иным одним из отверстий 410. На ФИГ. 7A-7C, кронштейны 405 расположены так, чтобы болты 430 проходили сквозь отверстия в штанге 402 с каждой стороны отверстия 410e и так, чтобы шарнирный элемент 409 взаимодействовал отверстием 410e. На ФИГ. 7D, противорыскающий кронштейн 411 был удален, и положение кронштейнов 405 изменено на дальний конец штанги 402. В этом положении, болты 430 проходят сквозь отверстия в штанге 402 с каждой стороны отверстия 410a, и шарнирный элемент 409 взаимодействует с отверстием 410a. Альтернативно кронштейны 405 могут быть расположены так, чтобы шарнирный элемент 409 взаимодействовал с любым из отверстий 410a-410f.
[99] В некоторых вариантах выполнения, рычаг 408 и другие компоненты рычага 20 имеют такие размеры, чтобы соотношения силы F2 (равнодействующая сила на датчик нагрузки от емкости и содержимого) и силы F1 (емкость и содержимое), связанные с позицией шарнирного элемента 409 в каждом из отверстий 410a-410f, составляли как изложено в Таблице 1.
Таблица 1
Отверстие рычага 408
Соотношение (F2/F1)
410a
0,880:1
410b
1,252:1
410c
1,783:1
410d
2,645:1
410e
4,348:1
410f
8,406:1
[100] В некоторых вариантах выполнения, знаки могут быть добавлены к рычагу 408 смежно с каждым из отверстий 410. Эти знаки могут соответствовать настройке, которая вводится в контроллер системы при наладке этой системы наполнения на наполнение конкретного типа емкости. Эти знаки могут также или альтернативно идентифицировать размеры емкости, соответствующие каждому отверстию 410. Дополнительно или альтернативно, такие знаки могут быть также или альтернативно нанесены на штангу 402 для обозначения положений кронштейна 405 для конкретного размера емкости.
[101] В некоторых вариантах выполнения, рычаг 20 может включать в себя один или более выполнен для регулирования пробок, которые ограничивают диапазон перемещения рычага 408. Например, стойка 403 опорной балки 401 может включать в себя выступ 431, который продолжается над ближним концом рычага 408. Первый болт 432 может продолжаться через резьбовое отверстие в конце выступа 431 и может включать в себя гайку 433. Болт 432 может быть отрегулирован и закреплен гайкой 433 так, чтобы конец болта 432 отстоял на заданном расстоянии выше рычага 408. Если рычаг 498 непреднамеренно подвергается чрезмерной направленной вниз силе на его дальнем конце, верхняя поверхность рычага 408 войдет в контакт с концом болта 432 и ограничит направленную вверх силу на рычажные соединения 407 и на датчик 406 нагрузки. Второй болт 434 может продолжаться через резьбовое отверстие в ближнем конце рычага 408 и может включать в себя гайку 435. Болт 434 может быть отрегулирован и закреплен гайкой 435 так, чтобы конец болта 434 отстоял на заданном расстоянии выше верхней поверхности штанги 402. Если рычаг 408 непреднамеренно подвергается чрезмерной направленной вверх силе на его дальнем конце, конец болта 434 войдет в контакт с верхней поверхностью штанги 402 и ограничит направленную вниз силу на рычажные соединения 407 и на датчик 406 нагрузки.
[102] Рычаг 20 имеет множество преимуществ, которые облегчают использование единой системы наполнения для наполнения широкого диапазона емкостей для напитка широким диапазоном типов продукта. При наполнении емкости для напитка, может быть важным отслеживать количество напитка, помещенного в эту емкость во время операции наполнения. Недостаточно наполненная емкости не может быть продана. Переполнение емкости приводит к потере продукта и проливу, который может загрязнить производственное оборудование. Традиционно, расходомер использовался для отслеживания количества продукта, проходящего через наполняющий клапан во время наполнения емкости. Однако при наполнении емкостей напитками, имеющими большие включения, существующие расходомеры не достаточно точны для отслеживания уровня наполнения емкости продуктом. Использование рычага 20 для отслеживания уровня наполнения емкости на основе веса емкости и ее содержимого исключает использование расходомера для определения уровня наполнения. Возможность регулирования рычага 20 облегчает использование системы наполнения с емкостями с изменяющимися в широком диапазоне размерами и для продуктов со значительно различающимися плотностями. Более того, позиционирование датчика 406 нагрузки на рычаге 20 уменьшает количество компонентов, которые должны быть расположены внутри асептической области.
[103] Конфигурация рычага 20 также имеет дополнительные преимущества. В частности, конструкция рычага 408, рычажных соединений 407, опорной балки 401 и других компонентов изолирует датчик 406 нагрузки от неконтролируемых действий окружающей среды, таких как вставка или выталкивание емкости с усилием из захватного устройства 415. В конфигурации, показанной на ФИГ. 7A-7D, только силы в вертикальной плоскости передаются датчику 406 нагрузки. Вследствие ограниченной величины отклонения этого датчика 406 нагрузки под нагрузкой, это фактически приводит только к полностью вертикальным силам на датчик 406 нагрузки. Крутящие моменты и боковые нагрузки на датчик 406 нагрузки исключаются, таким образом исключая снижение точности измерений, которые боковые нагрузки или крутящие моменты могут вызвать. Вертикальные усилия, прикладываемые к датчику 406 нагрузки ограничены до безопасного диапазона стопорами болтов 432 и 434. Рычаг 408 остается в напряженном состоянии, таким образом устраняя мертвый ход в механизме и уменьшая вариации измерения веса.
[104] В некоторых вариантах выполнения, рычаг перемещения, аналогичный рычагу 20, может быть изменен так, чтобы регулирование положения шарнирного элемента было автоматизированным. В качестве только одного примера такого варианта выполнения, кронштейны 405 могут быть установлены на ползунок или другое устройство линейного перемещения и перемещаться сервомотором или другим типом привода. Дополнительные сервомоторы могут быть использованы для перемещения шарнирного элемента в и из положения на рычаге 408 и для поддерживания рычага 408, в то время как положение шарнирного элемента регулируется.
[105] Чтобы сократить время, необходимое для наполнения одной емкости, и, таким образом, увеличить общую производительность, целесообразно наполнить емкость при относительно высокой скорости потока. Однако по мере того как уровень продукта в емкости приближается к его требуемому уровню, желательно уменьшить скорость, с которой продукт втекает в эту емкость. В частности, меньшая скорость потока обеспечивает больше времени для полной остановки потока продукта и, таким образом, позволяет более точно наполнить до требуемого уровня.
[106] Предсказуемо, уменьшение потока через наполняющий клапан становится более сложным, если этот наполняющий клапан является частью системы, которая предназначена для вмещения продуктов широкого разнообразия типов. Поток через наполняющий клапан может быть уменьшен посредством частичного закрытия наполняющего клапана и, таким образом, уменьшения размера отверстия, через которое продукт поступает из наполняющего клапана в емкость. На степень, с которой наполняющий клапан должен быть частично закрыт, может влиять вязкость продукта и присутствие включений. На время, на которое поток должен быть уменьшен, может влиять размер емкости.
[107] По меньшей мере в некоторых вариантах выполнения, наполняющий узел включает в себя компоненты, которые облегчают закрытие наполняющего клапана до выполненного для регулирования заданного значения низкого расхода. Например, и как показано выше в отношении ФИГ. 3A-3F, наполняющий узел 10 включает в себя привод 80, который является частью системы установки низкого расхода. Прерываемый контур текучей среды соединяет две камеры привода 80. Когда наполнение емкостей должно начаться, привод 70 толкает поперечину 92 вверх, чтобы открыть наполняющий клапан 50. Толкание вверх поперечины 92 тянет шток 82 привода 80. Если текучая среда имеет возможность протекать между камерами привода 80, поршень в приводе 80 может перемещаться, таким образом позволяя извлечение штока 82 из корпуса 81. Когда емкость по существу заполнена, привод 70 начинает закрывать наполняющий клапан 50 посредством протягивания вниз поперечины 92. Направленная вниз сила на поперечине 92 толкает шток 82, который, в свою очередь, толкает вниз поршень привода 80. Изначально, текучая среда имеет возможность протекания в обратном направлении между камерами привода 80 по мере перемещения поршня привода 80 вниз под действием толкания со стороны штока 82. Однако, когда наполняющий клапан 50 достигает заданного значения низкого расхода для продукта и наполняемой емкости, поток текучей среды между камерами привода 80 перекрывается. Это вызывает остановку поршня привода 80 и остановку направленного вниз перемещения поперечины 92, таким образом удерживая наполняющий клапан 50 при заданном значении низкого расхода, в котором клапан 50 только частично открыт. Как только вес емкости и ее содержимого соответствует наполнению до надлежащего уровня, поток между камерами привода 80 вновь становится возможным, и наполняющий клапан 50 может переместиться в полностью закрытое положение.
[108] ФИГ. 8A-8H частично схематичные чертежи наполняющего узла 10, которые дополнительно описывают работу системы установки низкого расхода. ФИГ. 8A-8H показывают вид сзади наполняющего узла 10. Кронштейн 11, приводная втулка 60, вертикальный кронштейн 91, поперечина 92, оптическая метка 121 и оптический датчик 120 показаны в упрощенном виде. Также в упрощенном виде показаны корпус 71 и шток 72 привода 70 и корпус 81 и шток 82 привода 80. Другие элементы наполняющего узла 10, показанные на ФИГ. 3A-3G, для удобства не показаны на ФИГ. 8A-8H.
[109] Как показано ранее, и как теперь видно на ФИГ. 8A-8H, привод 70 включает в себя поршень 501. Поршень 501 выполняет функцию барьера между камерами 502 и 503 в приводе 70. Когда поршень 50 перемещается вверх, объем камеры 502 увеличивается, и объем камеры 503 уменьшается. Нижний конец штока 72 прикреплен к поршню 501. Шток 72 продолжается из корпуса 71 через герметизированное отверстие в верхней стенке корпуса 71. Поршень 501 включает в себя уплотнения, которые предотвращают прохождение текучей среды между камерами 502 и 503 через край поршня 501. Чтобы выдвинуть шток 72 из корпуса 71, текучая среда под давлением может быть введена в камеру 502, в то время как текучая среда имеет возможность выхода из камеры 503. Чтобы убрать шток 72 в корпус 71, текучая среда под давлением может быть введена в камеру 503, в то время как текучая среда имеет возможность выхода из камеры 502. В некоторых вариантах выполнения, привод 70 может являться коммерчески доступным гидравлическим приводом и приводиться в действие, используя сжатый воздух в качестве рабочей текучей среды. Для удобства, остальная часть описания ФИГ. 8A-8H будет относиться к рабочей текучей среде привода 70 в виде воздуха и будет использовать пунктир для обозначения воздуха. В других вариантах выполнения может использоваться иная рабочая текучая среда.
[110] Сжатый воздух входит в и покидает камеру 502 через отверстие 505. Сжатый воздух входит в и покидает камеру 503 через отверстие 506. Штуцеры 74 и 75 (ФИГ. 3D) могут быть прикреплены к отверстиям 505 и 506 соответственно. Двухпозиционный регулирующий клапан 507 присоединен к отверстию 506. Когда регулирующий клапан 507 находится в его первом положении, отверстие 506 сообщается по текучей среде с источником сжатого воздуха. Когда регулирующий клапан 507 находится в его втором положении, отверстие 506 сообщается по текучей среде с атмосферой через суженый вытяжной отвод 508. Положение регулирующего клапана 507 управляется посредством соленоида 509. Когда соленоид 509 не подключен к источнику питания, пружина отклоняет регулирующий клапан 507 в его второе положение. Когда соленоид 509 подключен к источнику питания, регулирующий клапан 507 перемещается в его первое положение. Соленоид 509 подключается к источнику питания под действием управляющего сигнала от контроллера, как описано ниже.
[111] Другой двухпозиционный регулирующий клапан 517 присоединен к отверстию 505. Когда регулирующий клапан 517 находится в его первом положении, отверстие 505 сообщается по текучей среде с источником сжатого воздуха. Когда регулирующий клапан 517 находится в его втором положении, отверстие 505 сообщается по текучей среде с атмосферой через суженый вытяжной отвод 518. Положение регулирующего клапана 517 управляется посредством соленоида 519, который принимает управляющий сигнал от контроллера, как описано ниже. Пружина отклоняет регулирующий клапан 517 в его второе положение, когда соленоид 519 не подключен к источнику питания. Соленоид 519, подключенный к источнику питания, перемещает регулирующий клапан 517 в его первое положение.
[112] Как дополнительно показано на ФИГ. 8A-8H, привод 80 также включает в себя поршень 551. Поршень 551 выполняет функцию барьера между камерами 552 и 553 в приводе 80. Когда поршень 551 перемещается вверх, объем камеры 552 увеличивается, и объем камеры 553 уменьшается. Нижний конец штока 82 прикреплен к поршню 551. Шток 82 продолжается из корпуса 81 через герметизированное отверстие в верхней стенке корпуса 81. Поршень 551 включает в себя уплотнения, которые предотвращают прохождение текучей среды между камерами 552 и 553 через край поршня 551.
[113] Двухпозиционный регулирующий клапан 559 установленный в контуре 560 текучей среды, который соединяет отверстия 555 и 556 привода 80. Арматуры 84 и 85 (ФИГ. 3C) могут быть прикреплены к отверстиям 555 и 556 соответственно. Когда регулирующий клапан 557 находится в его первом положении, контур 560 текучей среды заблокирован, и масло не может перетекать между камерами 552 и 553. Когда регулирующий клапан 557 находится в его втором положении, контур 560 текучей среды разблокируется, и масло может перетекать между камерами 552 и 553. Положение регулирующего клапана 557 управляется посредством соленоида 559, который принимает управляющий сигнал от контроллера, как описано ниже. Пружина отклоняет регулирующий клапан 557 в его второе положение, когда соленоид 559 не подключен к источнику питания. Соленоид 559, подключенный к источнику питания, перемещает регулирующий клапан 557 в его первое положение. Подпружиненный подающий клапан 561 соединяет контур 560 текучей среды с источником 562 с гравитационной подачей масла для поддерживания уровня текучей среды в контуре 560.
[114] Для того чтобы выдвинуть шток 82 из корпуса 81, текучая среда имеет возможность входить в камеру 552, в то время как текучая среда имеет возможность выходить из камеры 553. Чтобы обеспечить вдвигание штока 82 в корпус 81, текучая среда допускается в камеру 553, в то время как текучая среда имеет возможность вытекать из камеры 552. В некоторых вариантах выполнения, привод 80 может являться коммерчески доступным гидравлическим приводом и приводиться в действие, используя жидкость (например, пищевое силиконовое масло). Для удобства, остальная часть описания ФИГ. 8A-8H будет относиться к рабочей текучей среде привода 80 в виде масла и будет использовать штриховку для его обозначения. В других вариантах выполнения может использоваться иная рабочая текучая среда. Текучая среда, используемая вместе с приводом 80, может быть выбрана на основе вязкости, для того чтобы контролировать скорость, с которой шток 82 может быть выдвинут из или вдвинут в корпус 81.
[115] ФИГ. 8A показывает наполняющий узел 10 в момент времени T1. В момент времени T1, наполняющий клапан 50 закрыт, и затвор 200 находится в нижней части его хода (как показано на ФИГ. 4A). Время T1 может являться временем после завершения наполнения одной емкости и перед началом наполнения следующей емкости. Поршни 501 и 551 находятся в нижних частях их ходов внутри корпусов 71 и 81 соответственно. Соленоиды 509, 519 и 559 не подключены к источнику питания, и таким образом каждый из регулирующих клапанов 507, 517 и 557 находится в его втором положении (камеры 502 и 503 сообщаются с атмосферой, контур 560 текучей среды разблокирован). Оптический датчик 121 генерирует сигнал обнаружения под действием метки 120, расположенной в датчике 121. Однако на данном этапе работы наполняющего узла 10 контроллер не предпринимает действия, основанного на сигнале обнаружения.
[116] ФИГ. 8B показывает наполняющий узел 10 в момент времени T2 после момента времени T1. В момент времени T2, наполняющий узел 10 начинает открывать наполняющий клапан 50. Соленоид 519 подключается к источнику питания под действием сигнала от контроллера и перемещает регулирующий клапан 517 в его первое положение (соединяя камеру 502 с источником сжатого воздуха). Соленоид 509 не подключен к источнику питания, и регулирующий клапан 507 остается в его втором положении (сообщая камеру 503 с атмосферой). Соленоид 559 также не подключен к источнику питания, и регулирующий клапан 557 остается в его втором положении (контур 560 текучей среды разблокирован). Сжатый воздух начинает поступать в камеру 502 и толкать поршень 501 вверх. Это толкает шток 72 вверх и из корпуса 71, причем шток 71 толкает поперечину 92 вверх. Поскольку поперечина 92 соединена с затвором 200 посредством вертикального кронштейна 91 и приводной втулки 60, перемещение поперечины 92 вверх приводит к перемещению затвора 200 вверх и открытию наполняющего клапана 50. Поскольку оптическая метка 120 по-прежнему находится в пределах оптического датчика 121, датчик 121 продолжает посылать сигнал обнаружения. Однако на данном этапе работы наполняющего узла 10 контроллер не предпринимает действия, основанного на сигнале обнаружения.
[117] Поскольку контур 560 текучей среды разблокирован, масло может перетекать между камерами 552 и 553 привода 80. Направленная вверх сила на поперечине 92 от штока 72 привода 70 вызывает выдвигание поперечиной 92 штока 82 привода 80. Эта выдвигающая сила на штоке 82 вызывает перемещение поршня 551 вверх, по мере того как шток 82 выдвигается из корпуса 81. Перемещение поршня 551 вызывает перетекание масла из камеры 553, по мере того как его объем уменьшается, и в камеру 552, по мере того как его объем увеличивается.
[118] Для удобства, ФИГ. 8B включает в себя стрелки вблизи отверстий 505 и 506, показывающие направление потока воздуха. Аналогично, стрелки вблизи отверстий 555 и 556 показывают направление потока масла. Стрелка, расположенная вблизи верхней поверхности вертикального кронштейна 91, показывает направление, в котором перемещается поперечина 92 и соединенные с ней компоненты (поршни 501 и 551, штоки 72 и 82, оптическая метка 120, вертикальный кронштейн 91 и приводная втулка 60 (и таким образом затвор 200)).
[119] ФИГ. 8C показывает наполняющий узел 10 в момент времени T3 после момента времени T2. В момент времени T2, наполняющий клапан 10 полностью открыт, и затвор 200 находится в верхней части его хода. Соленоид 519 остается подключенным к источнику питания под действием сигнала от контроллера и сохраняет регулирующий клапан 517 в его первом положении (соединяя камеру 502 с источником сжатого воздуха). Соленоид 509 остается неподключенным к источнику питания, и регулирующий клапан 507 остается в его втором положении (сообщая камеру 503 с атмосферой). Соленоид 559 также остается подключенным к источнику питания, и регулирующий клапан 557 находится в его втором положении (контур 560 текучей среды разблокирован). Перемещение поперечины 92 и соединенных с ней компонентов вверх останавливается посредством выполненного для регулирования штока 110 (ФИГ. 3D). Поскольку поршень 501 больше не перемещается, поток воздуха через отверстия 505 и 506 останавливается, несмотря на то, что регулирующий клапан 517 находится в его первом положении, и регулирующий клапан 507 находится в его втором положении. Аналогично и несмотря на то, что контур 560 текучей среды разблокирован, поток масла через отверстия 555 и 556 останавливается, поскольку поршень 551 больше не перемещается. Оптическая метка 120 перемещается за пределы оптического датчика 121, и датчик 121 больше не посылает сигнал обнаружения.
LC
[120] ФИГ. 8D показывает наполняющий узел 10 в момент времени T4 после момента времени T3. Между временем T3 и временем T4, один или более сигналов S посылаются датчиком 406 нагрузки рычага 20, показывая контроллеру, что вес наполняемой емкости и ее содержимого достиг уровня, соответствующего заданному уровню наполнения емкости «по существу заполнена». В момент времени T4, и под действием сигнала «по существу заполнена», контроллер посылает сигнал, который подключает соленоид 509 к источнику питания и прекращает отправку сигнала, который подключает соленоид 519 к источнику питания. Это вызывает перемещение регулирующего клапана 507 в его первое положение (соединяя камеру 503 с источником сжатого воздуха) и возвращает регулирующий клапан 517 в его второе положение (сообщая камеру 502 с атмосферой). Соленоид 559 остается неподключенным к источнику питания, и контур 560 текучей среды остается разблокированным.
[121] В результате поступления сжатого воздуха в камеру 503 и истечения воздуха из камеры 502, и поскольку масло может протекать в контуре 560 текучей среды, поршень 501 перемещается вниз. Это тянет шток 72 и поперечину 92 вниз. Перемещение поперечины 92 вниз приводит к перемещению вниз вертикального кронштейна 91, приводной втулки 60 и затвора 200, а также перемещению вниз штока 82 и поршня 551. Стрелки вблизи отверстий 505 и 506 показывают направление потока воздуха. Стрелки вблизи отверстий 555 и 556 показывают направление потока масла. Стрелка, расположенная вблизи верхней поверхности вертикального кронштейна 91, показывает направление, в котором перемещается поперечина 92 и соединенные с ней компоненты.
[122] ФИГ. 8E показывает наполняющий узел 10 в момент времени T5 после момента времени T4. Поперечина 92 и соединенные с ней компоненты продолжают перемещаться вниз. Соленоид 509 остается подключенным к источнику питания, и соленоиды 519 и 559 остаются неподключенными к источнику питания. Воздух и масло продолжают поступать в показанных направлениях.
[123] ФИГ. 8F показывает наполняющий узел 10 в момент времени T6 после T5. Перемещение поперечины 92 вниз вызвало достижение оптической меткой 120 точки, где она регистрируется датчиком 121. Это вызывает отправку оптическим датчиком 121 сигнала обнаружения к контроллеру. Под действием сигнала обнаружения, контроллер посылает сигнал подключения соленоида 559 к источнику питания. Это вызывает перемещение регулирующего клапана 557 в его первое положение (блокируя контур 560 текучей среды). Соленоид 509 остается подключенным к источнику питания, и соленоид 519 остается неподключенным к источнику питания. Поскольку масло больше не может протекать в контуре 560 текучей среды, масло больше не может перемещаться между камерами 552 и 553. В результате, перемещение поршня 551 останавливается. Это вызывает остановку перемещения штока 82, поперечины 92 и других компонентов, соединенных с поперечиной 92. Хотя регулирующий клапан 507 находится в его первом положении (соединяя камеру 503 с источником сжатого воздуха), и регулирующий клапан 517 находится в его втором положении (сообщая камеру 502 с атмосферой), поршень 501 удерживается на месте посредством его соединения с поперечиной 92, и воздух не поступает в или из привода 70.
[124] Положение затвора 200 в момент времени T6 соответствует заданному значению низкого расхода. Когда затвор 200 находится в этом положении, поток напитка через отверстие 49 частично блокируется, причем скорость, с которой продукт вытекает из отверстия 49 в емкость, уменьшается. Заданное значение низкого расхода будет изменяться на основе типа напитка и может изменяться на основе типа емкости. Например, первое заданное значение низкого расхода, соответствующее менее вязкому продукту без включений, может помещать затвор 200 в первое положение, которое по существу полностью закрывает отверстие 49. Второе заданное значение низкого расхода, соответствующее продукту, которые более вязок и/или который имеет включения, может помещать затвор 200 во второе положение, которое частично блокирует отверстие 49, но в меньшей степени, чем первое положение.
[125] Система, описанная выше, позволяет простое регулирование заданного значения низкого расхода. В частности, положения оптического датчика 121 и метки 120 контролируются, когда перемещение приводной втулки 60 вниз блокировано. Посредством перемещения оптического датчика 121 вверх или вниз (и/или регулирования положения метки 120 относительно поперечины 92), заданное значение низкого расхода может быть изменено.
[126] В некоторых вариантах выполнения, заданное значение низкого расхода регулируется без использования оптического датчика. Взамен, контроллер запускает таймер, когда принимает сигнал «по существу заполнена». Таймер установлен на значение, которое представляет время, необходимое втулке 60, после отправки управляющего сигнала на подключение соленоида 509 к источнику питания (и одновременно прекращая управляющий сигнал на подключение соленоида 519 к источнику питания), для перемещения вниз в положение заданного значения низкого расхода. Значение таймера может быть легко определено посредством выполнения нескольких пробных пусков наполняющего узла 10 с рассматриваемым продуктом и засекая время, требуемое для достижения заданного значения низкого расхода. Это значение времени затем может быть использовано для этого наполняющего узла и для других устройств наполнения в системе наполнения.
LC
[127] ФИГ. 8G показывает наполняющий узел 10 в момент времени T7 после T6. Один или более сигналов S, отправленных датчиком 406 нагрузки рычага 20, показали контроллеру, что вес наполняемой емкости и ее содержимого достиг значения, соответствующего полностью наполненной емкости. Под действием сигнала «заполнен», контроллер прекращает отправку сигнала на подключение соленоида 559 к источнику питания. Это вызывает перемещение регулирующего клапана 557 в его второе положение (контур 560 текучей среды разблокирован). Контроллер продолжает посылать сигнал на подключение соленоида 509 к источнику питания, таким образом сохраняя регулирующий клапан 507 в его первом положении (соединяя камеру 503 с источником сжатого воздуха). Соленоид 519 не подключен к источнику питания, и регулирующий клапан 517 находится в его втором положении (сообщая камеру 502 с атмосферой). Поскольку масло может теперь перетекать из камеры 553 в камеру 552, перемещение вниз поршней 501 и 551 и соединенных с ними компонентов (включая в себя затвор 200) возобновляется.
[128] ФИГ. 8H показывает наполняющий узел 10 в момент времени T8 после T7. В момент времени T8, наполняющий клапан 50 полностью закрыт. Сигнал контроллера, подключающий соленоид 509 к источнику питания, теперь может быть отключен, для того чтобы вернуть наполняющий узел 10 в состояние, показанное на ФИГ. 8A. Операции, показанные на ФИГ. 8B-8H, затем могут быть повторены, когда следующая емкость расположена на месте для наполнения. В некоторых вариантах выполнения, контроллер продолжает посылать сигнал на подключение соленоида 509 к источнику питания, до тех пор пока не настанет время вновь открыть наполняющий клапан 50.
[129] ФИГ. 8I-8P частично схематичные виды сзади наполняющего узла, включающего в себя систему установки низкого расхода согласно другому варианту выполнения. Наполняющий узел с ФИГ. 8I-8P аналогично наполняющему узлу 10, показанному на ФИГ. 8A-8H. Однако в варианте выполнения с ФИГ. 8I-8P, цилиндр 80 был заменен на цилиндр 80'. Цилиндр 80' аналогичен цилиндру 80, причем корпус 81', шток 82', поршень 551', отверстия 555' и 556', камера 552' и камера 553' аналогичны соответственно корпусу 81, штоку 82, поршню 551, отверстиям 555 и 556, камере 552 и камере 553 цилиндра 80.
[130] Однако контур 560 текучей среды был заменен. Камера 552', посредством отверстия 555', соединена с масляным резервуаром 581 двумя каналами. Первый канал включает в себя обратный клапан 583. Второй канал включает в себя регулирующий клапан 557', который аналогичен регулирующему клапану 557, и отверстие 582 ограничения потока. Регулирующий клапан 557' имеет первое положение, в котором поток заблокирован, и второе положение, в котором поток разблокирован. Положение регулирующего клапана 557' регулируется посредством соленоида 559', который принимает управляющий сигнал от контроллера, как описано ниже. Пружина отклоняет регулирующий клапан 557' в его второе положение, когда соленоид 559' не подключен к источнику питания. Подключение соленоида 559' к источнику питания перемещается регулирующий клапан 557' в его первое положение.
[131] Камера 553' соединена, посредством отверстия 556', с верхней частью масляного резервуара 581. В варианте выполнения с ФИГ. 8I-8P, масло перетекает между нижней камерой 552' и масляным резервуаром 581. Камера 553' содержит воздух и только небольшое количество масла для уплотнения и смазывания. Камера 553' соединена с масляным резервуаром 581, так чтобы любое [количество] масла, которое может быть вытеснено через отверстие 556', могло быть возвращено обратно в масляный резервуар 581. Верхний участок масляного резервуара 581 сообщается с атмосферой. Масло, используемое в варианте выполнения с ФИГ. 8I-8P, также может являться пищевым силиконовым маслом.
[132] Обратный клапан 583 позволяет поток из масляного резервуара 581 в камеру 552', когда поршень 551' перемещается вверх, но блокирует поток в другом направлении, когда поршень 551' перемещается вниз. Отверстие 582 позволяет поток в любом направлении, но ограничивает этот поток. Таким образом, отверстие 582 замедляет перемещение поршня 551' вниз. Это замедляет перемещение затвора 200 вниз, для того чтобы предотвратить соударение конца 225 пробки с выпускным отверстием 49 и образование преждевременного износа. Когда клапан 50 открыт, обратный клапан 583 позволяет маслу обходить отверстие 582, для того чтобы позволить затвору подняться быстрее.
[133] Те же управляющие сигналы, используемые в варианте выполнения с ФИГ. 8A-8H, могут быть использованы в варианте выполнения с ФИГ. 8I-8P для достижения тех же перемещений клапана. На ФИГ. 8I (время T1), наполняющий клапан 50 закрыт, затвор 200 находится в нижней части его хода, поршни 501 и 551' находятся в нижних частях их ходов, и соленоиды 509, 519 и 559' не подключены к источнику питания. Оптический датчик 121 генерирует сигнал обнаружения под действием метки 120, расположенной в датчике 121. Однако на данном этапе работы наполняющего узла, контроллер не предпринимает действия, основанного на сигнале обнаружения.
[134] В момент времени T2 (ФИГ. 8J), наполняющий узел начинает открывать наполняющий клапан 50. Соленоид 519 подключается к источнику питания под действием сигнала от контроллера. Соленоид 509 не подключен к источнику питания. Соленоид 559' не подключен к источнику питания, и регулирующий клапан 557' остается в его втором положении (разблокирован). Масло вытекает из резервуара 581 в увеличивающийся объем камеры 552' по мере перемещения поршня 552' вверх. Это масло протекает через обратный клапан 583 и, в меньшей степени, через отверстие 582 и регулирующий клапан 557'.
[135] В момент времени T3 (ФИГ. 8K), наполняющий клапан полностью открыт, и затвор 200 находится в верхней части его хода. Соленоид 519 остается подключенным к источнику питания под действием сигнала от контроллера. Соленоид 509 остается неподключенным к источнику питания. Соленоид 559' также остается подключенным к источнику питания, и регулирующий клапан 557' находится в его втором положении (разблокирован). Поскольку поршни 501 и 551' больше не перемещаются, потоки воздуха и масла остановились. Оптическая метка 120 перемещается за пределы оптического датчика 121, и датчик 121 больше не посылает сигнал обнаружения.
[136] В момент времени T4 (ФИГ. 8L), под действием сигнала «по существу заполнена», контроллер посылает сигнал, который подключает соленоид 509 к источнику питания и прекращает отправку сигнала, который подключает соленоид 519 к источнику питания. Соленоид 559' остается неподключенным к источнику питания, и регулирующий клапан 557' остается в его разблокированном положении. Масло перетекает в масляный резервуар 581 из камеры 552', но только через регулирующий клапан 557' и отверстие 582.
[137] В момент времени T5 (ФИГ. 8М), соленоид 509 остается подключенным к источнику питания, и соленоиды 519 и 559' остаются неподключенными к источнику питания. Воздух и масло продолжают поступать в показанных направлениях.
[138] В момент времени T6 (ФИГ. 8N), клапан 50 достиг его заданного значения низкого расхода, и оптический датчик 121 посылает сигнал обнаружения к контроллеру. В ответ контроллер посылает сигнал на подключение соленоида 559' к источнику питания. Это вызывает перемещение регулирующего клапана 557' в его первое положение (блокируя поток текучей среды). Соленоид 509 остается подключенным к источнику питания, и соленоид 519 остается неподключенным к источнику питания. Поскольку масло не может больше перетекать из камеры 552' в масляный резервуар 581, перемещение поршня 551' останавливается.
[139] В момент времени T7 (ФИГ. 80), контроллер принял сигнал «заполнен» и перестает посылать сигнал на подключение соленоида 559' к источнику питания. Это вызывает перемещение регулирующего клапана 557' в его второе положение (разблокирован). Контроллер продолжает посылать сигнал на подключение соленоида 509 к источнику питания. Соленоид 519 не подключен к источнику питания. Поскольку масло теперь может перетекать из камеры 552' в масляный резервуар 581, перемещение поршней 501 и 551' вниз возобновляется.
[140] В момент времени T8 (ФИГ. 8P), наполняющий клапан 50 полностью закрыт. Сигнал контроллера на подключение соленоида 509 к источнику питания теперь может быть отключен, для того чтобы вернуть наполняющий узел в состояние, показанное на ФИГ. 8I.
[141] Как показано ранее, в некоторых вариантах выполнения наполняющий узел 10 используется в системе наполнения, которая может наполнять емкости напитками множества типов. Эти продукты могут иметь широкий диапазон вязкости и может содержать или не содержать включения. Для того чтобы вместить продукты с более крупными включениями, отверстие 49 наполняющего клапана 50 имеет такие размеры, чтобы эти включения могли пройти. Например, отверстие 49 манжеты 53 может иметь ширину около 0,625 дюймов. Однако отверстие, имеющее такие размеры, чтобы пропускать более крупные включения (например, 10 миллиметровые кубы), может привести к нежелательно высоким скоростям потока для продуктов, которые не имеют включений и/или которые менее вязки. В некоторых вариантах выполнения, система наполнения, которая включает в себя наполняющий клапан 50, также может включать в себя систему регулирования давления, которая поддерживает требуемое давление в местоположении в этой системе наполнения. Это местоположение может находиться в резервуаре для продукта, который питает один или более наполняющих клапанов, или оно может находиться в канале течения из этого резервуара. Для некоторых продуктов, требуемое давление может быть выше атмосферного давления, для того чтобы стимулировать поток продукта через наполняющие клапаны. Для других продуктов, требуемое давление может являться ниже атмосферного (то есть вакуумом), для того чтобы замедлить поток продукта через наполняющие клапаны. В данном контексте, «атмосферный», «атмосферное давление» и «окружающее атмосферное давление» все относятся к давлению окружающей среды в пространствах, окружающих систему наполнения, включая в себя пространство у выпускного отверстия наполняющего(-их) клапана(-ов).
[142] ФИГ. 9A схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему 600 регулирования давления согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения. Участок системы наполнения, показанный на ФИГ. 9A, может являться частью системы наполнения, такой как система 40 наполнения, показанная на ФИГ. 2, и включать в себя наполняющий клапан 50. Поскольку наполняющий клапан 50 схематично показан в виде прямоугольника на ФИГ. 9A, положения трубки(-ок) 13 рециркуляции показаны для цели ориентирования. Как показано штрихпунктирными линиями, дополнительный наполняющий клапан 50 может быть включен параллельно. Во всем оставшемся описании ФИГ. 9A и 9B, «наполняющий(-ие) клапан(-ы) 50» показывают, что присутствуют от 1 до n наполняющих клапанов 50, где n-произвольное число (например, 72 для системы 40 наполнения с ФИГ. 2). Трубка(-и) 13 рециркуляции наполняющего(-их) клапана(-ов) 50 соединены с системой рециркуляции продукта. Эта система рециркуляции продукта дополнительно описана в отношении ФИГ. 9B.
PT
PT
LT
LT
[143] Наполняющий(-ие) клапан(-ы) 50 соединены с резервуаром 601 для продукта. Внутреннее пространство резервуара 601 имеет способность удерживать количество напитка, которое превышает объединенные объемы множества наполняемых емкостей. Внутреннее пространство корпуса для каждого наполняющего(-их) клапана(-ов) 50 сообщается по текучей среде с внутренним пространством резервуара 601 для продукта. Датчик 602 давления (PT) расположен в канале для текучей среды между резервуаром 601 и наполняющим(-ими) клапаном(-ами) 50. В некоторых вариантах выполнения, датчик 602 давления может быть расположен внутри резервуара 601, например, в нижней области внутреннего пространства резервуара 601 вблизи выпускного отверстия, ведущего к наполняющему(-им) клапану(-ам) 50. Датчик 602 давления посылает сигналы S в контроллер. Хотя не показан на ФИГ. 9A, контроллер образует часть подсистемы 600 регулирования давления (и других систем, описанных здесь) и описан ниже в отношении ФИГ. 10. Сигналы S соответствуют давлениям, зарегистрированные в различные моменты времени датчиком 602 в канале для текучей среды между резервуаром 601 и наполняющим(-ими) клапаном(-ами) 50. Датчик 603 уровня (LT) расположен внутри резервуара 601 и посылает сигналы S в контроллер, причем сигналы S соответствуют уровням текучей среды внутри резервуара 601 в различные моменты времени.
[144] Резервуар 601 заполняется напитком через впускное отверстие 606. Впускное отверстие 606 может принимать напиток из пастеризатора или стерилизатора, как описано в отношении ФИГ. 9B.
[145] Система 600 регулирования давления резервуара соединена с внутренним пространством резервуара 601 посредством линии 607 регулирования давления резервуара. Линия 607, а также другие линии, описанные в отношении системы 600, могут включать в себя одну или более труб, трубок или другой тип трубопровода, выполненный для содержания текучей среды под давлением и, для некоторых участков системы 600, удерживания вакуума без сплющивания. Рабочей текучей средой системы 600 регулирования наддува резервуара может являться газ или смесь газов, например, воздуха, азота, диоксида углерода и так далее. Посредством регулирования давления текучей среды в линии 607, давление внутри резервуара 601 (и в местоположениях в канале течения из резервуара 601) может регулироваться. Линия 607 может включать в себя прерыватель 608 вакуума, чтобы предотвратить сплющивание резервуара в результате непреднамеренно высокого вакуума, а также клапан 609 сброса давления, чтобы предотвратить повреждение системы от непреднамеренно высокого давления в линии 607.
[146] Первое ответвление линии 607 соединено с выходом клапана 610 регулировки давления. Клапан 610 регулировки давления по выбору открывается и закрывается посредством преобразователя 611 ток-давление (I/P). Впускная сторона клапана 610 регулировки давления соединена посредством дополнительных линий с источником 618 сжатого воздуха (или источником другой сжатой рабочей текучей среды). Включенными в эти линии, соединяющие клапан 610 регулировки давления и источник 618, могут быть клапан 614 с наклонным шпинделем, фильтры 615 и 616, и ручной клапан 617. Фильтры 615 и 616 могут являться 0,2 микронными фильтрами и быть включены для предотвращения поступления микроорганизмов или других загрязнителей в резервуар 601. Для операций асептического наполнения, фильтры 615 и 616 могут являться стерилизованными HEPA/ULPA фильтрами. Ручной клапан 618 может использоваться для изолирования системы 600 от источника 618. Клапан 614 с наклонным шпинделем также может использоваться для изолирования системы 600 от источника 618, но в то же время поддерживая фильтры 615 и 616 под давлением. Клапан 612 с наклонным шпинделем соединяет участки системы 600 между источником 618 и впускной стороной клапана 610 с дренажем 613.
[147] Второе ответвление линии 607 регулирования давления резервуар соединено с впускной стороной вакуумного насоса 622. Выпускное отверстие вакуумного насоса 622 соединено с дренажем 623. Клапан 620 с наклонным шпинделем может быть включен в линии, соединяющие вакуумный насос 622 с линией 607. Выполненное для регулирования отверстие 621 сброса вакуума (например, игольчатый клапан) соединено с каналом для текучей среды между клапаном 620 с наклонным шпинделем и вакуумным насосом 622.
[148] Датчик 602 давления, датчик 603 уровня, прерыватель 608 вакуума, клапан 609 сброса давления, клапан 610 регулировки давления, преобразователь 611 ток-давление, клапаны 612, 614 и 620 с наклонным шпинделем, фильтры 615 и 616, ручной клапан 617, отверстие 621 [сброса] вакуума и вакуумный насос 622 могут являться традиционными коммерчески доступными компонентами. Соответственно, и за исключением их использования в новых и оригинальных системах, описанных здесь, дополнительные подробности этих компонентов не приводятся.
Целевое
Целевое
Целевое
[149] Давление в линии 607 регулируется так, чтобы поддерживать давление P в местоположении, соответствующем датчику 602 давления на уровне или вблизи (например, +/- 0,1 фунт/кв. дюйм, +/- 0,05 фунт/кв. дюйм и так далее) P. Как показано выше, это местоположение находится между резервуаром 601 и наполняющим(-ими) клапаном(-ами) 50 на ФИГ. 9A. В других вариантах выполнения, это местоположение может находиться внутри резервуара 601 или в ином месте в канале течения из резервуара 601. Это давление P может являться давлением ниже атмосферного (вакуумом), может являться атмосферным давлением или может являться давлением выше атмосферного давления. Вследствие гидростатического давления от содержимого резервуара 601, фактическое давление в линии 607 может быть ниже давления, измеренного датчиком 602. Тем не менее, уменьшение давления в линии 607 уменьшает давления между резервуаром 601 и наполняющим(-ими) клапаном(-ами) 50, и увеличение давления в линии 607 увеличивает давления между резервуаром 601 и наполняющим(-ими) клапаном(-ами) 50.
PT
PT
PC
PC
[150] Вакуумный насос 622 вытягивает текучую среду из линии 607, чтобы создать в этой линии давление ниже атмосферного (то есть вакуум). Клапан 610 может быть открыт, чтобы позволить текучей среде под давлением из его впускной стороны течь из его выпускной стороны. В зависимости степени открытия клапана 610, выход из клапана 610 может уменьшить давление ниже атмосферного в линии 607, нейтрализовать давление ниже атмосферного в линии 607, чтобы сделать давление в линии 607 атмосферным, или превзойти давление ниже атмосферного, созданное в линии 607 вакуумным насосом 622, для того чтобы сделать давление в линии 607 выше атмосферного. Контроллер принимает сигналы S от датчика 602 давления. Используя алгоритм управления, описанный ниже в отношении ФИГ. 11C, и на основе принятых сигналов S и предварительно установленных управляющих параметров, контроллер посылает сигналы S в преобразователь 611. Под действием этих сигналов S, преобразователь 611 открывает клапан 610 регулировки давления, чтобы превзойти большую часть давления ниже атмосферного, созданного насосом 622 (таким образом увеличивая давление в линии 607), или закрывает регулирующий клапан 610, чтобы превзойти меньшую часть давления ниже атмосферного, созданного насосом 622 (таким образом уменьшая давление в лини 607).
[151] Каждый из клапанов 612, 614 и 620 с наклонным шпинделем обычно либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Каждый из этих клапанов с наклонным шпинделем выполнен для приведения в действие посредством соленоида (или управляемым соленоидом пневматическим приводом), не показан, под действием сигнала от контроллера. Контроллер посылает сигнал на удерживание клапана 614 с наклонным шпинделем открытым, в то время как система 600 работает, и прекращает отправку этого сигнала, когда система 600 не приводится в действие или если необходимо перекрыть поток высокого давления по какой-либо причине. Контроллер посылает сигнал на удерживание клапана 620 с наклонным шпинделем открытым, в то время как система работает, и прекращает отправку этого сигнала, когда система не приводится в действие или если необходимо изолировать вакуумную сторону от напорной стороны по какой-либо причине. Клапан 612 с наклонным шпинделем остается закрытым во время работы; контроллер может послать сигнал открыть клапан 612, если необходимо сбросить воздух со стороны высокого давления.
Целевое
[152] Использование как источника 618 сжатой текучей среды, так и вакуумного насоса 622 для регулирования давления, обеспечивает лучшее управление, особенно когда необходимо поддерживать вакуум в линии 607. При работе, клапаны 617, 614 и 620 могут быть открыты, клапан 612 закрыт, и вакуумный насос 622 подключен к источнику питания перед открытием любого из клапана(-ов) 50. Когда клапан 610 регулировки давления установлен в среднее положение его оптимального рабочего диапазона, отверстие 621 может быть отрегулировано так, чтобы давление, зарегистрированное датчиком 602, составляло P. Затем контроллер может начать выполнять алгоритм регулирования давления, как описано ниже, и операции наполнения клапаном(-ами) 50 начинаются.
Целевое
Целевое
[153] Требуемое давление P будет зависеть от рассматриваемого напитка и, в частности, от вязкости этого продукта. Требуемое давление P для конкретного напитка может быть определено посредством выполнения ограниченного количества испытаний (например, с шагом 0,1 фунт/кв. дюйм между 14 фунт/кв. дюйм и 15,5 фунт/кв. дюйм), чтобы установить соответствие между входным давлением наполняющего клапана 50 и скоростью потока через выпускное отверстие 49 этого наполняющего клапана 50 для рассматриваемого продукта. Требуемая скорость потока может быть выбрана, и затем использовано соответствующее давление. Полное испытание системы затем может быть выполнено для настройки этого давления для учета множества наполняющего(-их) клапана(-ов) 50, принимающих продукт из резервуара.
[154] В варианте выполнения системы 600, показанной на ФИГ. 9A, выход клапана 610 регулировки давления и вход вакуумного насоса 622 соединены с линией 607 регулирования давления. Как видно на ФИГ. 9A, линии 607 и внутреннее пространство резервуара 601 образуют общее пространство текучей среды. В других вариантах выполнения, выход клапана регулировки давления и вход вакуумного насоса (или другого источника вакуума) могут быть соединены в другой конфигурации линий, образующей общее пространство для текучей среды, которое включает в себя внутреннее пространство резервуара.
[155] Резервуар 601 герметизирован и может поддерживаться при давлении выше, равном или ниже атмосферного давления. В некоторых вариантах выполнения, резервуар 601 может сообщаться с атмосферой, и операции наполнения выполняются в режиме сообщения с атмосферой.
[156] При выполнении операций горячего наполнения, температура напитка в резервуаре может быть повышена, чтобы предотвратить рост микроорганизмов как в продукте, так и в емкости, наполненной этим продуктом. Например, этот нагретый продукт может помогать стерилизовать внутреннее пространство емкости. В некоторых операциях наполнения, емкость переворачивается после того, как она была наполнена нагретым продуктом и укупорен укупорочным средством. Затем нагретый продукт внутри емкости стерилизует внутренние поверхности укупорочного средства.
[157] Во время операций горячего наполнения, требуется поддерживать температуру внутренних компонентов наполняющего клапана 50 близкой к повышенной температуре резервуара. Если температура наполняющего клапана опускается слишком низко, температура продукта, выдаваемого в емкость может быть слишком низкой. Если поток продукта останавливается полностью, когда наполняющий клапан 50 закрыт, внутренние компоненты наполняющего клапана 50 могут охладиться, по мере того как наполняющий клапан ожидает начала операции наполнения следующей емкости. Например, и как предварительно описано в отношении ФИГ. 2, наполняющий клапан 50 может быть расположен на непрерывно вращающейся карусели и выдающей напиток в емкость, в то время как этот наполняющий клапан 50 перемещается между положениями на 6 часов и 12 часов. В то время как этот наполняющий клапан 50 перемещается между положениями на 12 часов и 6 часов для приема другой емкости и начала новой операции наполнения, продукт не вытекает из выпускного отверстия 49 этого наполняющего клапана 50.
[158] Чтобы предотвратить чрезмерное охлаждение наполняющего клапана во моменты времени, когда этот наполняющий клапан закрыт, известна рециркуляция небольшого количества нагретого продукта через этот наполняющий клапан и обратно в резервуар для продукта. Однако для множества типов продуктов, чрезмерная рециркуляция может ухудшить качество продукта. Соответственно, поток рециркуляции должен быть достаточным для поддерживания наполняющего клапана нагретым, но при намного меньшей скорости потока по сравнению с потоком через наполняющий клапан, когда наполняющий клапан открыт.
[159] Как показано ранее, наполняющий клапан 50 может использоваться для наполнения емкостей широким ассортиментом напитков. Некоторые из этих продуктов могут иметь относительно большие включения. Для рециркуляции продукта, имеющего большие включения требуются относительно большие каналы для текучей среды. Например, для рециркуляции напитка, имеющего включения 10 мм x 10мм x 10 мм, требуется, чтобы канал течения имел ширину по меньшей мере 0,625 дюйма (например, диаметром 0,625 дюйма для круглого канала). Однако для напитков с более низкой вязкостью без включений, простое изменение традиционной системы рециркуляции продукта для включения каналов этого размера приведет к нежелательно высоким скоростям потока рециркуляции для продуктов с более низкой вязкостью с меньшим количеством (или отсутствием) включений.
[160] В некоторых вариантах выполнения, система наполнения может включать в себя систему рециркуляции продукта, которая может рециркулировать продукты с большими включениями, но которая также может рециркулировать другие продукты, не делая этого с нежелательно высокими скоростями потока. Поток через эту систему рециркуляции может отслеживаться, используя расходомер. На основе выходного сигнала этого расходомера, поток внутри системы рециркуляции может быть отрегулирован и поддерживаться на заданном уровне.
[161] ФИГ. 9B схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему 650 рециркуляции продукта согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения. ФИГ. 9B является продолжением ФИГ. 9A и показывает другой участок той же системы наполнения емкостей для напитка.
RFM
[162] Канал течения системы 650 рециркуляции продукта включает в себя объемный насос 651 переменной производительности, снабженный частотно-регулируемым приводом (ЧРП) 652. Вход насоса 651 соединен с рециркуляционной(-ыми) трубкой(-ами) 13 наполняющего(-их) клапана(-ов) 50. Выход насоса 651 открывается в уравнительный резервуар 655. Расходомер 653 расположен на участке канала течения между выходом насоса 651 и уравнительным резервуаром 655. Расходомер 653, который может включать в себя массовый расходомер и датчик расхода или другой тип датчика, посылает сигналы S, соответствующие скоростям потока через расходомер 653, и таким образом, через канал течения системы 650 рециркуляции продукта. Охладитель затопленного типа или другой теплообменник 654 может быть расположен в канале течения системы 650 рециркуляции продукта и может охлаждать напиток, чтобы предотвратить повреждение от длительного нагрева. Насос 651, частотнорегулируемый привод 652, расходомер 653 и теплообменник 654 могут являться традиционными коммерчески доступными компонентами. Соответственно, и за исключением их использования в новых и оригинальных системах, описанных здесь, дополнительные подробности этих компонентов не приводятся.
RFM
RFM
RFC
RFC
[163] Сигналы S от расходомера 653 принимаются контроллером. Хотя не показан на ФИГ. 9B, контроллер образует участок системы 650 рециркуляции продукта и описан в отношении ФИГ. 10. Используя алгоритм управления, описанный ниже в отношении ФИГ. 11D, и на основе принятых сигналов S и предварительно установленных управляющих параметров, контроллер посылает сигналы S в привод 652. Под действием этих сигналов S, привод 652 увеличивает или уменьшает скорость насоса 651, чтобы настроить поток на выпускной стороне насоса 651.
LTB
LTB
FBC
[164] Уравнительный резервуар 655 открывается во вход второго объемного насоса 656 переменной производительности, приводимого в действие посредством частотно-регулируемого привода 657. Датчик 659 уровня посылает сигналы S, соответствующие уровням продукта в резервуаре 655, в контроллер. На основе этих сигналов S, контроллер генерирует сигналы S на увеличение или уменьшение скорости (и таким образом подачи) насоса 656. Датчик 659 уровня, насос 656 и частотно-регулируемый привод 657 могут являться традиционными коммерчески доступными компонентами.
LL
LT
[165] Выход насоса 656 является входом промежуточного резервуара 658. Выход промежуточного резервуара 658 соединен с входом третьего объемного насоса 660 переменной производительности, приводимого в действие посредством частотно-регулируемого привода. Выход насоса 660 открывается в устройство 661 обработки. Устройство 661 обработки может являться пастеризатором или другим стерилизатором. Выход устройства 661 обработки открывается в резервуар 601. Поток из устройства 661 обработки в резервуар 601 регулируется дроссельным затвором 664 (соединенным с преобразователем 665 ток-давление). Контроллер генерирует сигналы S для управления положением клапана 664 на основе сигналов S от датчика 603 уровня (ФИГ. 9A). Контур рециркуляции на выходе устройства 661 обработки включает в себя другой дроссельный затвор 662, соединенный с преобразователем 663 ток-давление. Сигналы от контроллера, не показан, управляют положением клапана 662. Клапан 662 может быть открыт, если, например, поток в резервуар 601 замедляется или прекратился. Поток из клапана 662 возвращает напиток, через второй охладитель 669 затопленного типа, в промежуточный резервуар 658. Участок системы, показанный на ФИГ. 9B после насоса 656 (то есть промежуточный резервуар 658, насос и привод 660, устройство 661 обработки, клапан 662 и преобразователь 663, клапан 664, охладитель 669 затопленного типа и преобразователь 665) могут быть аналогичны традиционным системам, используемым для подачи нагретого продукта в резервуар системы наполнения, который питает наполняющие клапаны. В некоторых вариантах выполнения, каналы в системе 650 рециркуляции продукта имеют наименьшую ширину 0,625 дюйма.
RFCv
RFCv
RFM
[166] ФИГ. 9C схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему 650' рециркуляции продукта согласно по меньшей мере некоторым вариантам выполнения. Что касается этого варианта выполнения, ФИГ. 9C является продолжением ФИГ. 9A взамен ФИГ. 9B. Несколько аспектов варианта выполнения, показанного на ФИГ. 9C, аналогичны варианту выполнения с ФИГ. 9B, причем элементы на ФИГ. 9C являются аналогичными и функционируют аналогичным образом как элементы на ФИГ. 8B, имея такие же ссылочные позиции. Однако в систему 650' рециркуляции был добавлен клапан 671 переменного расхода. Клапан 671 может являться традиционным мембранным клапаном или другим типом клапана, уменьшающего поток. Насос 670 переменной производительности и связанный с ним частотно-регулируемый привод аналогичны насосу 651 и приводу 652. В системе 650', клапан 671 используется для настройки скорости потока. Контроллер посылает сигналы S (например, к преобразователю ток-давление, соединенному с клапаном 671), которые заставляют клапан 671 увеличивать или уменьшать скорость потока продукта через канал течения системы 650'. Контроллер может генерировать сигналы S на основе сигналов S, полученных от расходомера 653. В некоторых вариантах выполнения, и за исключением клапана 671 при некоторых настройках, каналы в системе 650' рециркуляции продукта имеют наименьшую ширину 0,625 дюйма. Однако контроллер может периодически генерировать импульсы на перевод клапана 671 в открытое положение, достаточное чтобы позволить промывку любого скопления включений в клапане 671.
RFCp
RFCp
RFM
[167] ФИГ. 9D схематичный чертеж, показывающий участок системы наполнения емкостей для напитка, который включает в себя систему 650'' рециркуляции продукта согласно по меньшей мере некоторым дополнительным вариантам выполнения. Что касается этого варианта выполнения, ФИГ. 9D является продолжением ФИГ. 9A взамен ФИГ. 9B. Несколько аспектов варианта выполнения, показанного на ФИГ. 9D, аналогичны вариантам выполнения с ФИГ. 9B, причем элементы на ФИГ. 9D являются аналогичными и функционируют аналогичным образом как элементы на ФИГ. 8B, имея такие же ссылочные позиции. Однако в системе 650'' рециркуляции уравнительный резервуар 655 заменен герметизированным уравнительным резервуаром 680. Резервуар 680 соединен с источником сжатого воздуха через клапан 673 регулировки давления, причем клапан 673 соединен с датчиком 672 давления. Насос 670 переменной производительности и связанный с ним частотно-регулируемый привод аналогичны насосу 651 и приводу 652. Однако в системе 650'' клапан 673 используется для регулирования скорости потока, увеличивая или уменьшая давление в резервуаре 680, таким образом увеличивая или уменьшая противодавление в канале течения системы 650''. Контроллер посылает сигналы S в преобразователь 672 ток-давление, которые заставляют клапан 673 увеличить или уменьшить скорость потока сжатого воздуха в резервуар 680. Контроллер может генерировать сигналы S на основе сигналов S, полученных от расходомера 653. В некоторых вариантах выполнения, каналы в системе 650'' рециркуляции продукта имеют наименьшую ширину 0,625 дюйма.
[168] ФИГ. 10 блок-схема, показывающая входные сигналы и выходные сигналы к контроллеру 1000 системы наполнения согласно некоторым вариантам выполнения. Контроллер 1000 может являться микропроцессором, программируемой интегральной схемой (ИС), специализированной ИС, программируемым логическим контроллером (PLC), программируемой пользователем вентильной решеткой (FPGA) или устройством другого типа, способным принимать сигналы, выполнять команды и посылать сигналы на основе принятых сигналов и команд. Контроллер 1000 может включать в себя память для хранения команд и данных и/или может иметь доступ к отдельным компонентам памяти (не показаны). Хотя ФИГ. 10 показывает один контроллер 1000, в некоторых вариантах выполнения система наполнения может включать в себя множество контроллеров, причем команды контроллеру, такие как описаны здесь, распределяются по этому множеству контроллеров.
LC
LC
PT
RFM
LTB
LT
[169] Контроллер 1000 соединен с одним или более входных сигнальных линий, по которым контроллер 1000 принимает сигналы от различных компонентов системы наполнения. Некоторые из этих входных сигнальных линий передают сигналы S от датчиков 406 нагрузки рычагов 20 (ФИГ. 7A-7D). Как показано на ФИГ. 10, контроллер 1000 может принимать отдельные входные сигналы от каждого из множества датчиков 406 нагрузки. Каждый из этих входных сигналов может являться сигналами S от датчика 406 нагрузки рычага 20, который соответствует одному наполняющему узлу 10. Контроллер 1000 также соединен с входными сигнальными линиями, по которым контроллер 1000 принимает сигналы S от датчиков 602 давления (ФИГ. 9A), сигналы S от расходомера 653 (ФИГ. 9B), сигналы S от датчика 659 уровня и сигналы S от датчика 603 уровня (ФИГ. 9A). Контроллер 1000 может включать в себя дополнительные сигнальные линии для приема сигналов от других датчиков, команд по программированию и так далее. Например, и как показано выше, контроллер 1000 принимает сигнал от оптического датчика 121, когда наполняющий клапан 50 находится при заданном значении низкого расхода.
LC
PC
RFC
FBC
LL
[170] Контроллер 1000 также соединен с одной или более выходными сигнальными линиями, по которым контроллер 1000 посылает управляющие сигналы к различным компонентам системы наполнения. Некоторые из этих выходных сигнальных линий передают сигналы к соленоидам приводов каждого из множества наполняющих узлов 10. Как показано на ФИГ. 10, это может включать в себя, для каждого наполняющего узла 10, отдельные сигнальные линии для каждого из соленоидов 509, 519 и 559 (ФИГ. 8A-8H) (или сигнальные линии к соленоидами 509, 519 и 559' в варианте выполнения с ФИГ. 8I-8P). Контроллер 1000 связывает каждую группу выходных сигнальных линий к наборам соленоидов 509, 519 и 559 в наполняющем узле 10 с входной сигнальной линией, передающей сигналы S от датчика 406 нагрузки рычага 20, соответствующего этому наполняющему узлу 10. Контроллер 1000 также соединен с выходными сигнальными линиями, по которым контроллер 1000 посылает сигналы S к преобразователю 611 (ФИГ. 9A), сигналы S к частотно-регулируемому приводу 652 (ФИГ. 9B), сигналы S к приводу 657 и сигналы S к преобразователю 665 (ФИГ. 9B). Контроллер 1000 может включать в себя дополнительные сигнальные линии, по которым контроллер 1000 посылает сигналы к другим компонентам системы наполнения. Эти сигналы могут включать в себя, без ограничения, сигналы клапанам 612, 614 и 620 с наклонным шпинделем, сигналы преобразователям 663 и 665 ток-давление, сигнал клапану 671 (в варианте выполнения с ФИГ. 9C), сигнал преобразователю 672 (в варианте выполнения с ФИГ. 9D), сигнал приводу насоса 660, сигнал приводу насоса 670 (в вариантах выполнения с ФИГ. 9C и 9D) и сигнал включения/выключения вакуумному насосу 622.
[171] ФИГ. 11A пример алгоритма, выполняемого контроллером 1000 в отношении операций, показанных на ФИГ. 8A-8H или на ФИГ. 8I-8P. ФИГ. 11A алгоритм относится к, и будет описан в отношении, одного наполняющего узла и его соответствующего рычага 20. Однако контроллер 1000 может одновременно выполнять отдельный экземпляр алгоритма с ФИГ. 11A для каждого наполняющего узла и его соответствующего рычага 20.
LC
[172] Этап 1101, который может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8A или на ФИГ. 8I, контроллер 1000 определяет была ли пустая емкость помещена в захватное устройство 415 рычага 20. В некоторых вариантах выполнения, контроллер 1000 может определять это на основе отдельного оптического или контактного датчика, расположенного на захватном устройстве 415 для обнаружения емкости. В еще других вариантах выполнения, контроллер 1000 определяет это на основе того, соответствует ли полученный в настоящее время сигнал S от датчика 406 нагрузки весу пустой емкости. Как показано циклом «нет», контроллер 1000 продолжает определять этап 1101, до тех пор пока пустая емкость не окажется в рычаге 20. В этом случае алгоритм продолжается по ответвлению «да» к этапу 1102. На этапе 1102, который может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8B (или ФИГ. 8J), контроллер 1000 посылает сигнал на подключение соленоида 519 к источнику питания.
LC
[173] Затем контроллер 1000 переходит к этапу 1103, где контроллер 1000 определяет наполнилась ли емкость до [уровня] «по существу заполнена», например 90%. Этап 1103 может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8C (или на ФИГ. 8K). В некоторых вариантах выполнения, определение на этапе 1103 основано на том, показывает ли сигнал S от датчика 406 нагрузки вес, соответствующий по существу заполненной емкости. Как показано циклом «нет», этап 1103 повторяется, до тех пор пока не будет определено, что емкость по существу заполнена. Как только это определено, контроллер 1000 переходит к этапу 1104 по ответвлению «да». На этапе 1104, который может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8D (или на ФИГ. 8L), контроллер 1000 перестает отправлять сигнал соленоиду 519 и начинает отправлять сигнал соленоиду 509.
LC
[174] Затем контроллер 1000 переходит к этапу 1105, где контроллер 1000 определяет получил ли он сигнал от оптического датчика 121. Этап 1105 может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8E (или на ФИГ. 8М). Как показано циклом «нет», этап 1105 повторяется, до тех пор пока сигнал от оптического датчика 121 не будет получен. Как только этот сигнал оптического датчика получен, контроллер переходит к этапу 1106 по ответвлению «да». На этапе 1106, который может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8F (или на ФИГ. 8N), контроллер 1000 посылает сигнал на подключение соленоида 559 (или соленоида 559') к источнику питания. Затем контроллер 1000 переходит к этапу 1107 и определяет полностью ли заполнена наполняемая емкость. Контроллер 1000 может определять на этапе 1107 на основе того, показывает ли сигнал S, полученный от датчика 406 нагрузки, вес заполненной емкости. Этап 1107 повторяется (цикл «нет»), до тех пор пока не будет положительно определена заполненная емкость, после чего контроллер 1000 переходит к этапу 1108.
LC
[175] На этапе 1108, который может соответствовать состоянию наполняющего узла, показанному на ФИГ. 8G (или на ФИГ. 80), контроллер 1000 перестает отправлять сигнал на подключение соленоида 559 (или соленоида 559') к источнику питания. Затем контроллер 1000 переходит к этапу 1109 и определяет пуст ли рычаг 20, то есть была ли удалена заполненная емкость. В некоторых вариантах выполнения контроллер 1000 определяет этап 1109 на основе сигнала от оптического или контактного датчика на рычаге 20. В других вариантах выполнения, контроллер 1000 определяет этап 1109 на основе того соответствует ли сигнал S с датчика 406 нагрузки весу разгруженного рычага 20. Этап 1109 повторяется (цикл «нет»), до тех пор пока не будет положительно определен пустой рычаг, после чего контроллер 1000 переходит к этапу 1110. На этапе 1110, контроллер 1000 перестает отправлять сигнал на подключение соленоида 509 к источнику питания. Затем контроллер 1000 возвращается к этапу 1101 и ожидает сигнала, показывающего что следующая пустая емкость находится на месте в рычаге 20.
[176] ФИГ. 11B пример альтернативного алгоритма, который может быть выполнен контроллером 1000 в отношении операций, аналогичных операциям, показанным на ФИГ. 8A-8H и 8I-8P, но где оптический датчик 120 не используется. Этапы 1121, 1122, 1123, 1126, 1127, 1128, 1129 и 1130 соответственно аналогичны этапам 1101, 1102, 1103, 1106, 1107, 1108, 1109 и 1110 с ФИГ. 11A и таким образом далее не описываются. На этап 1124, контроллер 1000 выполняет операции, аналогичные операциям этапа 1104 с ФИГ. 11 A, но также начинает отсчет таймера. Этот таймер имеет значение, представляющее собой время, требуемое для перевода наполняющего клапана из полностью открытого состояния в частично открытое состояние, соответствующее требуемому заданному значению низкого расхода. На этапе 1125, контроллер 1000 определяет если время таймера истекло. Контроллер 1000 повторяет этап 1125 (цикл «нет»), до тех пор, пока время этого таймера не истечет, после чего контроллер 1000 переходит по ответвлению «да» к этапу 1126.
PC
Целевое
PT
PT
Pr
Pr
PC
PC
PT
PT
Pr
Pr
PT
PT
PC
[177] Как показано выше, контроллер 1000 также регулирует давление в резервуаре 601 (или в канале течения из резервуара 601) посредством отправки сигналов S для настройки положения клапана 610 регулировки давления (ФИГ. 9A). В некоторых вариантах выполнения, контроллер 1000 выполняет команды управления настройками клапана 610 давления, используя замкнутый алгоритм ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальное). ФИГ. 11C блок-схема, показывающая пример такого алгоритма. На такте t контроллера 1000, алгоритм принимает два входных сигнала. Первый входной сигнал является данными, соответствующими значению требуемого целевого давления (P), подлежащего поддерживанию в резервуаре 601 (или в канале течения из резервуара 601). Это значение может являться постоянной, хранящейся в памяти в качестве параметра программы. Второй входной сигнал является S(t)-значение сигнала S от датчика 602 давления, полученный на такте t. Блок 1151 суммирования вычитает один из входных сигналов из другого и посылает полученную разницу в виде E(t)-значение ошибки давления в момент времени t. Значение E(t) принимается блоком 1152 вычисления пропорции, блоком 1153 вычисления интеграла и блоком 1154 вычисления интеграла. Значения P(1), P(2) и P(3) являются настраиваемыми параметрами, и «T» период времени интегрирования (например, общее прошедшее время с начала выполнения алгоритма). Выходные сигналы блоков 1152, 1153 и 1154 принимаются вторым блоком 1155 суммирования, который посылает сумму в виде S(t)-управляющий сигнал S (для преобразователя 611 ток-давление) для такта t. На следующем такте (t+1) контроллера 1000, алгоритм с ФИГ. 11C выполняется вновь, но используя S(t+1) вместо S(t) в качестве второго входного сигнала для получения E(t+1), значения ошибки давления в момент времени t+1, обеспечивая E(t+1) блокам 1152-1154, и так далее. Сигнал S(t+1) будет значением сигнала S, полученным на такте t+1 и после того как давление 610 клапана было отрегулировано под действием S(t). Алгоритм с ФИГ. 11C будет повторяться аналогичным образом для последующих тактов.
RFC
Целевое
Целевое
LT(t)
LT(t-n)
LT(t)
LT
RFM
RFM
FL
FL
RFC
RFC
RFM
RFM
FL
FL
RFM
RFM
RFC
+
[178] Как также показано выше, контроллер 1000 регулирует скорость объемного насоса 651 посредством отправки сигналов S для настройки скорости насоса 651 (ФИГ. 9B). В некоторых вариантах выполнения, контроллер 1000 выполняет команды управления настройками насоса 651, используя другой замкнутый алгоритм ПИД-регулирования. ФИГ. 11D блок-схема, показывающая пример такого алгоритма. На такте t контроллера 1000, алгоритм принимает два входных сигнала. Первый входной сигнал является данными, соответствующими требуемому потоку через канал течения системы 650 рециркуляции продукта. В некоторых вариантах выполнения, это значение (FL) лежит между 5% и 15% от общего потока в резервуар 601. Контроллер 1000 может вычислить значение FL посредством вычисления процентного отношения потока в резервуар 601. Поток в резервуар 601 может быть определен контроллером 1000 на основе последовательных данных от датчика 603 уровня в течение времени. Например, скорость потока, основанная на значениях S и S, может быть вычислена как [[объем резервуара 601, соответствующий S]-[объем резервуара 601, соответствующий S(t-n)]/[(t)-(t-n)]]), где n-количество тактов, соответствующих достаточно длительному периоду времени для обнаружения изменения уровня продукта. Второй входной сигнал является S(t)-значение сигнала S от расходомера 653, полученное на такте t. Блок 1161 суммирования вычитает один из входных сигналов из другого и посылает получаемую разницу в виде E(t)-значение ошибки потока в момент времени t. Значение E(t) принимается блоком 1162 вычисления пропорции, блоком 1163 вычисления интеграла и блоком 1164 вычисления производной. Значения P(4), P(5) и P(6) являются настраиваемыми параметрами, и «T» период времени интегрирования (например, общее прошедшее время с начала выполнения алгоритма). Выходные сигналы блоков 1162, 1163 и 1164 принимаются вторым блоком 1165 суммирования, который посылает сумму в виде S(t)-управляющий сигнал S (частотнорегулируемому приводу 652) для такта t. На следующем такте (t+1) контроллера 1000, алгоритм с ФИГ. 11D выполняется вновь, но используя S(t+1) вместо S(t) в качестве второго входного сигнала для получения E(t1), значение ошибки потока в момент времени t+1, обеспечивая E(t+1) блокам 1162-1164, и так далее. Сигнал S(t+1) будет являться значением сигнала S, принятым на такте t+1 и после того как скорость насоса 651 была отрегулирована под действием S(t). Алгоритм с ФИГ. 11D будет повторяться аналогичным образом для последующих тактов. Значения для настраиваемых параметров P(4), P(5) и P(6) могут быть определены, используя традиционные технологии для инициализации и регулирования ПИД-контроллеров, используемых для существующих типов систем потока текучей среды.
RFVс
RFVc
RFCv
RFC
RFVp
RFVp
RFCp
RFC
[179] В варианте выполнения с ФИГ. 9C, контроллер 1000 регулирует поток через канал течения системы 650' посредством отправки управляющего сигнала S для настройки клапана 671. В некоторых вариантах выполнения, контроллер генерирует сигналы S, используя замкнутый алгоритм ПИД-регулирования, аналогичный алгоритму с ФИГ. 11D, но в качестве выходного сигнала выступает S вместо S. В варианте выполнения с ФИГ. 9D, контроллер 1000 регулирует поток через канал течения системы 650 посредством отправки управляющего сигнала S для настройки клапана 673. В некоторых вариантах выполнения, контроллер генерирует сигналы S, используя замкнутый алгоритм ПИД-регулирования, аналогичный алгоритму с ФИГ. 11D, но в качестве выходного сигнала выступает S вместо S.
FBC
FBC
LTB
Целевое
LTB
FBC
FBC
[180] Как также показано выше, контроллер 1000 регулирует скорость насоса 656, генерируя сигналы S. В некоторых вариантах выполнения, контроллер 1000 генерирует сигналы S, используя другой замкнутый алгоритм ПИД-регулирования и на основе сигналов S от датчика 659 уровня в качестве входного сигнала. Например, целевое значение (ΔL) изменения уровня продукта внутри уравнительного резервуара 655 может быть установлено на 0. Входной сигнал ΔL(t) может быть вычислен на основе значений S в течение времени. Затем алгоритм может быть настроен, для того чтобы поддерживать постоянный уровень продукта в резервуаре 655. Альтернативно, алгоритм для генерирования сигналов S может быть намного проще. Например, всегда, когда уровень резервуара 655 достигает некоторого значения (например, заполнен на 80%), контроллер может генерировать сигналы S, которые заставляют насос 656 работать на заданной скорости, до тех пор пока уровень в резервуаре 655 не достиг другого уровня (например, заполнен на 20%).
[181] ФИГ. 12A блок-схема, показывающая этапы способа согласно некоторым вариантам выполнения. На первом этапе 1201, резервуар системы наполнения загружается для подачи первого напитка. Эта система наполнения может являться системой наполнения, такой как описана здесь и может включать в себя один или более наполняющих клапанов 50 и/или других компонентов, таких как описаны здесь. На этапе 1202, система наполнения используется для горячего наполнения емкостей из резервуара первым напитком. В частности, емкости помещаются в положения наполнения относительно одного или более наполняющих клапанов, и нагретый продукт выдается из этих емкостей. После этапа 1202, система наполнения загружается для подачи второго напитка на этапе 1203. На этапе 1204, система наполнения затем используется для асептического наполнения емкостей из резервуара вторым напитком. После этапа 1204, система наполнения загружается для подачи третьего напитка на этапе 1205. На этапе 1206, система наполнения затем используется для наполнения емкостей из резервуара третьим напитком. Операция наполнения этапа 1206 может быть выполнена, в то время как третий продукт охлажден или при комнатной температуре и без сохранения асептических условий. Хотя не показаны на ФИГ. 12A, дополнительные операции наладки, чистки и/или стерилизации могут быть выполнены перед этапом 1201, между этапами 1202 и 1203, между этапами 1204 и 1205, и после этапа 1206.
[182] Любой из первого, второго или третьего напитков может иметь вязкость между 1 сП и 400 сП. Любой из первого, второго или третьего напитков может содержать включения (с размерами в пределах диапазонов, описанных выше, и в концентрациях в пределах диапазонов, описанных выше) или может не содержать включений. В качестве только одного примера, в некоторых вариантах выполнения один из первого, второго и третьего напитков не содержит включений и другой из первого, второго и третьего напитка имеет включения, в объемном содержании в процентах по меньшей мере 10%, которые имеют объем между 125 кубическими миллиметрами и 1000 кубическими миллиметрами (например, 25%, 400 кубических миллиметров). В некоторых вариантах выполнения, один из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 1 сП и около 50 сП, другой из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 50 сП и около 100 сП, и другой из напитков имеет вязкость между около 100 сП и около 200 сП. В некоторых вариантах выполнения, один из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 1 сП и около 50 сП, и другой из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 100 сП и около 200 сП. В некоторых вариантах выполнения, один из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 1 сП и около 100 сП, и другой из первого, второго или третьего напитков имеет вязкость между около 200 сП и около 400 сП.
[183] Этапы на ФИГ. 12A не обязательно должны выполняться в показанном порядке. Например, порядок, в котором система наполнения используется для горячего наполнения емкостей первым напитком, асептического наполнения емкостей вторым напитком и холодное наполнение емкостей третьим напитком, может изменяться.
[184] ФИГ. 12B блок-схема, показывающая этапы другого способа согласно некоторым вариантам выполнения. На этапе 1211, рычаг перемещения емкости помещен в первую конфигурацию, для наполнения первого типа емкости. Рычаг перемещения емкости включает в себя датчик нагрузки, который посылает сигнал, соответствующий силе F2, приложенной к датчику нагрузки под действием силы F1 емкости, удерживаемой рычагом, и содержимого этой емкости. В первой конфигурации, сила F2 имеет первое соотношение с силой F1. На этапе 1212, рычаг перемещения емкости в первой конфигурации используется для удерживания емкостей первого типа во время наполнения напитком из наполняющего клапана. На этапе 1213, рычаг перемещения емкости помещен во вторую конфигурацию для наполнения емкости второго типа. Во второй конфигурации, сила F2 имеет второе соотношение с силой F1. Второе соотношение отличается от первого соотношения. На этапе 1214, рычаг перемещения емкости во второй конфигурации используется для удерживания емкостей второго типа во время наполнения напитком из наполняющего клапана. В других вариантах выполнения, способ с ФИГ. 12B может включать в себя дополнительные этапы, на которых рычаг перемещения емкости помещен в дополнительную конфигурацию для наполнения емкостей дополнительных типов, причем каждая из дополнительных конфигураций соответствует различным соотношениям F2:F1, и рычаг перемещения емкости используется для удерживания этих емкостей дополнительных типов во время наполнения напитком и, в то время как находится в этих дополнительных конфигурациях. Хотя не показаны на ФИГ. 12B, дополнительные операции наладки, чистки и/или стерилизации могут быть выполнены, например, между этапами 1212 и 1213 или между этапами 1213 и 1214.
[185] ФИГ. 12C блок-схема, показывающая этапы дополнительного способа согласно некоторым вариантам выполнения. На этапе 1221, резервуар системы наполнения нагружается для подачи первого напитка. Эта система наполнения может являться системой наполнения, такой как описана здесь и может включать в себя один или более наполняющих клапанов 50 и/или других компонентов, таких как описаны здесь. На этапе 1222, система наполнения используется для наполнения емкостей из резервуара первым напитком. В частности, емкости помещаются в положения наполнения относительно одного или более наполняющих клапанов, и продукт выдается в этим емкости. На этапе 1222, давление в местоположении во внутреннем пространстве резервуара (или в канале течения из внутреннего пространства резервуара) поддерживается на первом уровне. На этапе 1223, резервуар системы наполнения нагружается для подачи второго напитка. На этапе 1224, система наполнения используется для наполнения емкостей из резервуара вторым напитком. На этапе 1224, давление в том же местоположении поддерживается на втором уровне, отличном от первого уровня. По меньшей мере один из первого и второго уровней является ниже атмосферного. Дополнительные этапы могут быть выполнены, в которых система наполнения используется для наполнения емкостей из резервуар другим напитком и, в то же время поддерживая давление в местоположении на одном или более иных уровней. В некоторых вариантах выполнения, давление поддерживается на требуемом уровне посредством поддерживания этого давления в пределах +/- 0,1 фунт/кв. дюйм от требуемого уровня. Этот допуск может иметь другие значения (например, +/- 0,05 фунт/кв. дюйм). В некоторых вариантах выполнения, первый уровень давления ниже атмосферного, и второй уровень давления атмосферный или выше, и первый напиток менее вязок чем второй напиток. В некоторых вариантах выполнения, первый уровень давления атмосферный или выше, и второй уровень давления ниже атмосферного, и первый напиток более вязок чем второй напиток. Хотя не показаны на ФИГ. 12C, дополнительные операции наладки, чистки и/или стерилизации могут быть выполнены, например, между этапами 1222 и 1223. В некоторых вариантах выполнения, способ с ФИГ. 12C может включать в себя дополнительные этапы наполнения резервуара при помощи подачи третьего напитка и затем наполнения емкостей из резервуара этим третьим напитком, в то время как резервуар сообщается с атмосферой.
[186] ФИГ. 12D блок-схема, показывающая этапы дополнительного способа согласно некоторым вариантам выполнения. На первом этапе 1231, резервуар системы наполнения загружается для подачи первого напитка. Эта система наполнения может являться системой наполнения, такой как описана здесь и может включать в себя один или более наполняющих клапанов 50 и/или других компонентов, таких как описаны здесь. На этапе 1232, и в течение первого периода времени, система наполнения используется для горячего наполнения емкости для напитка из резервуара первым напитком. В частности, емкости помещаются в положения наполнения относительно одного или более наполняющих клапанов, и продукт выдается в этим емкости. В течение первого периода времени, система наполнения автоматически поддерживает скорость потока через канал рециркуляции продукта (например, посредством регулирования скорости насоса с переменной производительностью в этом канале течения в варианте выполнения с ФИГ. 9B, посредством регулирования настройки клапана переменного расхода в варианте выполнения с ФИГ. 9C, посредством регулирования клапана регулировки давления в варианте выполнения с ФИГ. 9D). На этапе 1233, резервуар системы наполнения нагружается для подачи второго напитка. На этапе 1234, и в течение второго периода времени, система наполнения используется для горячего наполнения емкости для напитка из резервуара вторым напитком. В течение второго периода времени, система наполнения вновь автоматически поддерживает скорость потока через этот канал рециркуляции продукта. Хотя не показаны на ФИГ. 12D, дополнительные операции наладки, чистки и/или стерилизации могут быть выполнены, например, между наполнением емкостей одним продуктом и затем загрузкой резервуара иным продуктом.
[187] Один из первого и второго напитков имеет включения (с размерами в пределах диапазонов, описанных выше, и в концентрациях в пределах диапазонов, описанных выше), и другой из первого и второго напитков не имеет включений. В качестве только одного примера, один из первого и второго напитков может иметь включения с объемным содержанием в процентах по меньшей мере 25%. Каждый из по меньшей мере части этих включений может иметь отдельные объемы по меньшей мере 400 кубических миллиметров. Дополнительные или альтернативные этапы могут быть выполнены, в которых резервуар наполняется другими продуктами, имеющими включения других размеров и/или в других концентрациях (например, включения в концентрации около 1% и размерами для вмещения внутри 1 мм куба), и затем система наполнения используется для выполнения нагретого наполнения этих других продуктов в емкости, в то время как также автоматически поддерживая скорость потока через канал рециркуляции продукта.
[188] Системы согласно различным вариантам выполнения позволяют наполнение емкостей намного более широким диапазоном типов продуктов, чем это возможно, используя традиционные системы. Системы согласно различным вариантам выполнения также позволяют наполнение емкостей при более высоких скоростях, чем применяется на практике в традиционных системах, когда продукт имеет вязкость более около 20 сП или когда продукт имеет включения.
[189] Помимо изменений и вариантов выполнения, описанных до сих пор, дополнительные варианты выполнения могут включать в себя различные признаки и/или различные комбинации признаков. Примеры включают в себя, но не ограничены этим, следующее:
[190] Другие типы, формы и конфигурации магнитов могут использоваться в наполняющем клапане. Затвор и/или приводная втулка может иметь другие конфигурации. Затвор может не иметь спрямляющих поток лопаток, таких как лопатки 208, и/или может иметь иную конфигурацию спрямляющих поток лопаток. Иные типы концевых элементов могут быть прикреплены к затвору (например, для использования с манжетами, имеющими иные размеры отверстий). В некоторых вариантах выполнения манжета наполняющего клапана, такая как манжета 53, может быть заменена манжетой другого типа. Как видно на ФИГ. 1A, 1B и 3A-4B, манжета 53 может быть легко заменена посредством ослабления зажима 56, удаления манжеты 53, установки новой манжеты на место и повторного затягивания зажима 56. В одном случае, напиток(-ки), которыми емкости подлежат наполнению, могут не иметь включений или могут иметь относительно малые включения, и может не требоваться от выпускного отверстия манжеты иметь размеры для обеспечения прохода больших включений. В таком случае, замененная манжета может иметь меньшее отверстие, для того чтобы обеспечить большую точность во время наполнения и/или для наполнения емкостей, которые имеют меньшие отверстия. В другом случае, может не требоваться выполнение горячего наполнения и, следовательно, рециркуляция продукта может не требоваться. В этом случае, замененная манжета может не включать в себя трубку рециркуляции, такую как трубка 13 рециркуляции.
[191] Рычаг перемещения емкости может включать в себя рычаг, опорную балку и датчик нагрузки, расположенные и/или соединенные в альтернативных конфигурациях.
[192] Система установки низкого расхода может включать в себя альтернативную конструкцию регулирующих клапанов и/или альтернативное расположение различных компонентов.
[193] Компоненты системы регулирования давления резервуара могут быть расположены альтернативным образом. Альтернативные типы регулирующих клапанов текучей среды, датчиков и других компонентов могут быть использованы.
[194] Компоненты системы рециркуляции продукта могут быть расположены альтернативным образом. Альтернативные типы компонентов могут быть использованы.
[195] Наполняющий клапан, имеющий некоторые или все признаки наполняющего клапана 50, может быть использован в системе наполнения, которая не включает в себя рычаг перемещения емкости, такой как рычаг 20 перемещения емкости, управляющую систему задания значения низкого расхода, такую как описана в отношении ФИГ. 8A-8H (или ФИГ. 8I-8P), систему регулирования давления, такую как описана в отношении ФИГ. 9A, или систему рециркуляции продукта, такую как описана в отношении ФИГ. 9B-9D.
[196] Рычаг перемещения емкости, имеющий некоторые или все признаки рычага 20, может быть использован в системе наполнения, которая не включает в себя наполняющий клапан, такой как наполняющий клапан 50, рычаг перемещения емкости, такой как рычаг 20 перемещения емкости, управляющую систему задания значения низкого расхода, такую как описана в отношении ФИГ. 8A-8H (или ФИГ. 8I-8P), систему регулирования давления, такую как описана в отношении ФИГ. 9A, или систему рециркуляции продукта, такую как описана в отношении ФИГ. 9B-9D.
[197] Система установки низкого расхода, такая как система, описанная в отношении ФИГ. 8A-8H (или ФИГ. 8I-8P) может быть использована в отношении других типов наполняющих клапанов и/или может быть использована в системах, которые не включают в себя рычаг перемещения емкости, такой как рычаг 20 перемещения емкости, систему регулирования давления, такую как описана в отношении ФИГ. 9A, или систему рециркуляции продукта, такую как описана в отношении ФИГ. 9B-9D.
[198] Система регулирования давления, такая как описана в отношении ФИГ. 9A, может быть использована в отношении других типов наполняющих клапанов и/или может быть использована в системах, которые не включают в себя рычаг перемещения емкости, такой как рычаг 20, управляющую систему задания значения низкого расхода, такую как описана в отношении ФИГ. 8A-8H (или ФИГ. 8I-8P), или систему рециркуляции продукта, такую как описана в отношении ФИГ. 9B-9D.
[199] Система рециркуляции продукта, такая как описана в отношении ФИГ. 9B-9D, может быть использована в отношении других типов наполняющих клапанов и/или может быть использована в системах, которые не включают в себя рычаг перемещения емкости, такой как рычаг 20, управляющую систему задания значения низкого расхода, такую как описана в отношении ФИГ. 8A-8H (или ФИГ. 8I-8P), или систему регулирования давления, такую как описана в отношении ФИГ. 9A.
[200] Системы, такие как системы, описанные здесь, также могут быть использованы для наполнения емкостей жидкостями других типов. Эти продукты могут включать в себя, без ограничения, другие типы пищевых продуктов, красок, чернил и других жидкостей. Эти другие продукты также могут иметь вязкости и включения в диапазонах, обозначенных выше для напитков.
[201] Вышеизложенное описание вариантов выполнения было приведено для целей иллюстрации и описания. Вышеизложенное описание не является исчерпывающим и не ограничивает варианты выполнения настоящего изобретения конкретной раскрытой формой, и модификации и изменения возможны с учетом вышеизложенных идей или могут быть получены из практического осуществления различных вариантов выполнения. Описанные здесь варианты выполнения были выбраны и описаны, для того чтобы пояснить принципы и сущность различных вариантов выполнения и их по существу применения, чтобы позволить специалистам в данной области техники использовать настоящее изобретение в различных вариантах выполнения и с различными модификациями, которые приспособлены к конкретному предполагаемому применению. Любые и все комбинации, субкомбинации и преобразования признаков из вышеописанных вариантов выполнения лежат в пределах объема изобретения.