CN107054709B - 以加压液体成型并填充容器的成型和填充站的注射装置 - Google Patents

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Abstract

注射装置(1)包括：将加压液体(10)注射至预制件(5)中的一个注射头(25)，以及具有活塞主体(43)和活塞头(45)的一个活塞装置(20、120、220、320、420)，活塞头(45)布置成沿着活塞轴线(A)在活塞主体(43)中往复运动，活塞头以液密方式与活塞主体的密封部分协作以流体隔离活塞装置的内室(47)，活塞主体(43)具有旨在与液体源(15)流体连通的入口管(39、439)以允许液体进入内室(47)。活塞主体(43)包括用于将加压液体从内室(47)递送至注射头(25)的至少两个出口管(41A、41B；241A、241B、241C)，每个出口管(41A、41B；241A、241B、241C)通向内室(47)并且限定内室(47)的壁(46)中的出口端口(63A、63B；263A、263B、263C)，每个出口端口定心在出口端口中心上，其中，所有出口端口中心在内室的相同的径向平面中延伸，距活塞轴线(A)的距离相同并且以规律的方式围绕活塞轴线(A)成角度布置。

Description

以加压液体成型并填充容器的成型和填充站的注射装置
技术领域
本发明涉及使用液体使预制件变形并且利用所述液体填充所获得容器从而由预制件成型为容器的、被称为液压成型的领域。
本发明涉及用于使用加压液体将预制件成型为容器并且填充所述容器的成型和填充站的注射装置。
本发明还涉及用于使用加压液体将预制件成型为容器并且填充所述容器的方法。
背景技术
常规注射装置包括活塞装置，该活塞装置包括内室，在内室中对液体加压，并且注射头或注射喷嘴流体连接至活塞装置。连接管道从内室的出口端口朝向注射喷嘴传递加压液体。当注射装置是液压成型站的一部分时，注射装置设计成以适合于迫使预制件抵靠模腔的壁的预定压力分布和流动速度来注射液体，其中，该模腔具有待生成的容器的形状。有利地，注射液体是待包含于成型容器中的最终产品。
在容器或瓶子生产之前，活塞装置和注射头都必须利用液体以最小的液体损失清除空气。在本专利说明书后文中，该操作阶段称为“空气清除”。
连接至注射头的活塞装置的另一操作阶段将允许活塞装置的内室中的液体通过排水口从内室中排出。排水口众所周知的位置是在内室的最低点处。
对于生产模式，活塞装置布置为将液体从液体源吸出并以预定压力和流动速度将其注射在注射头中。内室中的最大压力很高，例如高达60巴，优选地低于40巴。具体地当液压成型站在低于预制件材料的玻璃化转变温度的温度之下使用成型液体时，活塞速度可高达1m/s，产生达到200l/s的流动。此外，为了实现液压成型站的高生产效率，活塞头还以高频率(诸如，1Hz)前后移动。
发明人已发现发生在液压成型站的活塞装置中的问题。因为这种活塞装置必须同时以高液体压力和高流动速度操作，活塞及其密封垫片可能遭受朝向活塞主体横向推动活塞的机械作用力，特别是在一段时间之后，具有损坏密封垫片以及经历局部和早期磨损问题的风险，从而增加***的维护频率和维护成本。当垫片磨损时，不再能够确保活塞头与活塞主体之间的液密性，并且活塞装置不再能够实现其对液体加压和朝向注射头推动液体的功能。另外，使用这种状态下的活塞装置将导致液体从活塞装置中泄漏而污染液压成型站。
本发明的一个目的在于提供降低上文提及的磨损风险的注射装置。
在产品转换的情况下，利用新产品进行的推动必须不产生产品损失或尽可能最小化产品损失。
卫生在所有过渡和所有生产步骤中是非常重要的标准，以在饮料产品的情况下从直接食物接触立场或对于非食物产品在皮肤接触立场保证消费者安全。为此目的，在任何生产之前，进行原位清洁(CIP)循环。CIP循环还在生产阶段期间以定期间隔进行。CIP循环可根据所生成的产品的类型以及根据生产规范变化。重要的是，在该循环期间，可生成湍动流，以移除与成型产品接触的注射装置的任何区域的任何残留污染物或微生物。为了确保清洁产品流到达与产品接触的所有凹口和部分，在密封部和垫片上采用特殊护理。
本发明的另一目的在于提供最小化CIP时间以利用最少量清洁产品提供非常有效的清洁的注射装置。
发明内容
为此，本发明涉及用于使用加压液体将预制件成型为容器并且填充所述容器的成型和填充站的注射装置，注射装置包括：
-用于将加压液体注射至预制件中的至少一个注射头，以及
-具有活塞主体和活塞头的至少一个活塞装置，活塞头布置成沿着活塞轴线在活塞主体中往复运动，活塞头以液密方式与活塞主体的密封部分协作以流体隔离活塞装置的内室，活塞主体具有旨在与液体源流体连通的入口管，以允许液体进入内室，
其中，活塞主体包括用于将加压液体从内室递送至注射头的至少两个出口管，每个出口管通向内室并且限定内室的壁中的出口端口，每个出口端口定心在出口端口的中心上，
其中，所有出口端口中心在内室的相同的径向平面中延伸，距活塞轴线的距离相同并且以规律方式围绕活塞轴线成角度布置，由两个连续的出口端口与活塞轴线形成的角度是恒定的。
发明人已经发现流经出口管的加压液体的速度会产生动态效应，该动态效应对由液体施加在活塞头上的反作用力具有动态冲击。发明人已经发现将出口端口放置成围绕活塞头相等分布会使得每个出口端口处的所述各种动态冲击互相补偿。因而，通过内室中的液体作用在活塞头上的合成机械作用力以与活塞轴线基本上平行的方向应用，或基本上等于零。由于不再朝向活塞主体横向推动所述活塞头，因此这大大降低了磨损活塞头的密封垫片的风险。
根据本发明的另一特征，注射头包括注射室，出口管使液体从活塞主体的内室连通至注射喷嘴的所述注射室，出口管配置成在将液体注射至预制件中期间在出口端口与注射室之间产生相等的液体压降。
换言之，流经每个出口管的液体在出口端口与注射室之间存在压差。在将液体注射至预制件中期间，液体同时流过所有的出口管。出口管配置成使得液体存在相同压差或压降。
确保出口管配置成在将液体注射至预制件中期间在出口端口与注射室之间产生相等的液体压降，使得能够保证位于每个出口周围的所述动态冲击中的每一个的强度相等。这使得各种动态冲击之间的补偿更有效，从而通过内室中的液体施加在活塞头上的机械作用力确实以与活塞轴线基本上平行的方向施加，或基本上等于零。
为了这样做，出口管可布置成使得出口管中的每个具有在活塞轴线经过的子午面内延伸的上游部分，其中，每个上游部分的轴线与活塞轴线形成对于每个出口管而言均相同的角度，以及
其中，出口管的截面轮廓和形状使得经过每个出口端口的液体的速度相同或几乎相同。
根据本发明的具体实施方式，活塞装置的内室仅通过相对于包含活塞轴线的对称平面而互相对称的两个出口管与注射头流体连通。
相对于包含活塞轴线的平面以对称方式布置两个出口管，使得出口端口位于内室的相同径向平面中，距活塞轴线的距离相同并且以规律方式围绕活塞轴线成角度布置。另外，这些出口管在将液体注射至预制件中期间在出口端口与注射室之间产生相等的液体压降。
根据本发明的具体特征：
-出口管中的每个具有沿着与内室的所述壁基本上相切的管方向延伸的上游部分，
-活塞主体的所述壁基本上是圆柱形、圆锥形、或基本上具有截锥体的形状，
-活塞头设计成在往复运动期间相对于活塞主体占据极限下密封位置，当活塞头处于所述极限下密封位置时内室具有最小体积，当活塞头处于所述极限下密封位置时，入口端口在内室的最下区域处打开并且各个出口端口位于内室的最上区域处。
当内室首先填充有液体时，将入口端口放置在内室的最下区域处并将每个出口端口放置在内室的最高区域处改善了空气的排出。使出口端口位于内室的最高点处有助于气泡逸出内室。因此，可有效地并且以最小液体损失执行空气清除。
根据本发明的另一特征,活塞主体包括在内室中延伸的凹口部分，其中，当所述活塞头位于所述凹口部分中时，活塞头不以液密方式与活塞主体接触，使得液体可从内室流动到在与内室相对的、活塞头的侧部上延伸的活塞主体的部分。
凹口部分用于通过使活塞头位于凹口部分中来执行CIP。在所述凹口部分中，注射在内室中的清洁液体可完全围绕活塞头流动，并且清洁液液可因此到达与在生产期间注射的液体产品接触的所有凹口和部分处，具体的是凹口和活塞头的密封垫片的部分处。已知的是将这样的凹口部分放置在内室之上，即，不旨在与待注射到预制件中的液体产品接触的活塞主体的上侧中。使凹口部分位于内室中，除了以下说明的其他有益效果之外，因为不需要在活塞主体的上部中提供用于凹口部分的额外空间，从而允许减小活塞主体的体积。
根据本发明的其他特征：
-凹口部分是围绕内室延伸并且局部扩大垂直于活塞轴线测量的所述内室的径向尺寸的环形凹槽；
-出口端口通向所述凹口部分；
-活塞主体包括圆柱形部分，圆柱形部分包括所述密封部分，活塞头沿着所述密封部分以液密方式与活塞主体和内室的最下区域接触，凹口部分在所述密封部分与所述最低区域之间延伸。
因为在内室中不需要具有用于出口端口的空间和用于凹口部分的另一空间，该布置的特别有益之处在于其降低了用于活塞主体沿着活塞轴线的空间要求。
根据本发明的其他特征，活塞头包括确保活塞头与密封部分之间液密接触的密封垫片，所述密封垫片包括朝向内室定向的唇部，以使得当活塞头从凹口部分远离最下区域移动时，唇部可在不被翻转的情况下抵靠密封部分应用。
该实施方式与放置在活塞主体的上部中的常规凹口部分相比特别有益。当所述凹口部分放置在活塞主体的上部中时，当活塞头从CIP配置移动至生产配置时，存在使密封垫片的唇部损坏和/或错位的风险，在CIP配置中，活塞头位于凹口部分中，在生产配置中，因为该运动是沿唇部的定向方向进行的，因此活塞头以液密方式与活塞主体接触。因此，当唇部与活塞主体接触时，在这个运动期间唇部可能翻转。因为在当前实施方式中，凹口部分布置在密封垫片之下，沿与唇部的定向相对的方向进行将活塞头从面向凹口部分的位置移动到活塞头与密封部分协作的位置的运动。以这种方式，在该运动期间唇部不会被翻转。垫片唇部的特定定向允许活塞头在CIP配置中的大的运动。活塞头不局限于CIP凹口区域内的往复运动。在CIP阶段或配置期间活塞头的路线可延伸，必要时，全部沿着或沿着CIP凹口与密封部分的总和。这允许提供非常强有力的液体湍流并且提高清洁效率。
在CIP过程中，CIP产品电路的简单性同样重要，并且本发明提供的非常重要的特征是具有尽可能最简单流动的更简单的CIP产品电路。
根据本发明的另一特征，沿着活塞轴线测量的活塞头的***的高度小于沿着活塞轴线测量的凹口部分的高度。
当所述活塞头放置在凹口部分中时，该布置允许确保清洁液能够完全围绕活塞头流动。
本发明还涉及用于使用加压液体将预制件成型为容器并且填充所述容器的方法，该方法使用如上所述的至少一个注射装置和至少一个液体源，入口管与液体源流体连通，该方法包括使活塞头沿着活塞轴线以液密方式在活塞主体中进行往复运动的步骤，以使得当活塞头以第一方向移动时，允许来自液体源的液体进入内室，以及当活塞头以与第一方向相对的第二方向移动时，允许加压液体注射至预制件中，所述加压液体通过出口管从内室流动至注射头中。
如上文说明的，该方法在不损坏活塞头的情况下，允许利用同时以高液体压力和高流动速度操作的活塞头以高速率生产容器。
根据本发明的方法的另一特征，在将液体注射至预制件中期间，每个出口管在出口管的出口端口与注射头之间产生液体压降，所有的所述压降基本上具有相同值。
附图说明
通过阅读以示例的方式给出并参照附图的以下说明，本发明的其它方面和有益效果将变得明显，在附图中：
-图1是根据本发明的第一实施方式的注射装置的示意性轴向剖视图；
-图2是图1中表示的活塞装置的示意性轴向剖视图；
-图3是图1和图2中表示的活塞装置的、与活塞轴线垂直的示意性剖视图；
-图4是根据图1至图3所示活塞装置的变型的活塞装置的、与活塞轴线垂直的示意性剖视图；
-图5是根据本发明的第二实施方式的活塞装置的示意性轴向剖视图；
-图6是图5中表示的活塞装置的、与活塞轴线垂直的示意性剖视图；
-图7是根据图5和图6所示活塞装置的变型的活塞装置的、与活塞轴线垂直的示意性剖视图；
-图8是图1中活塞装置的示意性轴向剖视图，活塞头放置在CIP配置中；以及
-图9是图8的细节图。
具体实施方式
在本申请中，“液体”具有物理意义。其表示任何基本上不可压缩的且能够流动的介质。液体可具有低粘度(如水或酒精)、中粘度(如食用油或汤)，或者高粘度(如酸奶或奶制品)。液体可以是同质的或不同质的(包括果酱或食物屑)。液体不限于食物。液体可以是例如水或其它饮料、身体护理产品、家庭或花园护理产品、医学流体、燃料、操作流体等。
在本申请中，术语“上游”和“下游”是相对于在注射装置中循环的液体从液体源向预制件流动的方向而限定的。
参照图1，描述了根据本发明的第一实施方式的注射装置1。注射装置1包括在用于使用液体10将预制件5成型为容器并且填充所述容器的成型和填充站中。成型和填充站还包括模腔6。
注射装置1主要包括：用于提供液体10的液体源15；用于对液体加压的活塞装置20；以及用于将液体注射至预制件5中的注射头25。注射装置1还包括旨在与地板27水平接触的基座26。
液体源15和注射头25在这类成型和填充站中是常规的，并且在本文中不再非常详细地说明。特别地，注射头可垂直地移动。
液体源15为例如储存器(在图1中示出)。
注射头25或注射喷嘴包括入口28和出口29。注射头25限定在入口28和出口29之间延伸的注射室31。注射头25还包括在注射室31中沿着注射轴线B延伸的中空控制杆33。
出口29适合于与预制件5流体连通，以使用来自入口28的液体填充预制件。
注射室31限定暂时接纳待通过出口29注射至预制件5中的液体的内体积。
注射轴线B优选地基本上与基座26垂直，即，在示例中注射轴线B基本上是竖直的。
中空控制杆33包括其端部处的在室31中延伸的密封环35。如图1所示，中空控制杆33能够在室31中在密封位置与注射位置之间沿着注射轴线B平移运动，其中，在密封位置，密封环35抵靠室31的壁应用并且气密关闭室31，以及在注射位置，密封环35与所述壁间隔开并且其中出口29通过室31与入口28流体连通。
在液压成型的情况下并且在常规方式中，众所周知的是，拉伸杆37可选地在中空控制杆33内延伸，穿过出口29并且在预制件5中延伸以协助预制件变形成容器。如图1中箭头T所示，拉伸杆37能够在中空控制杆33中沿着注射轴线B平移运动。
作为变型，注射头25实现为没有拉伸杆，在这种情况下，控制杆33不需要中空，和/或具有适合于缩回的可移动注射喷嘴(未表示)，以允许容易地移动注射头之下的预制件5或填充的容器，这本身是公知的。
活塞装置20至少包括入口管39(图1和图2)、ND个出口管41A、ND个出口管41B(图3)、活塞主体43和布置成在活塞主体中沿着活塞轴线A往复运动的活塞头45，其中，ND为整数，最小等于2。
例如活塞轴线A与竖直方向形成角度，该角度小于30°，优选地小于10°。
活塞轴线A例如基本上与注射轴线B平行，即，在本示例中活塞轴线A是竖直的。
活塞主体43例如由单个刚性块或刚性固定在一起的刚性基本体制成，以使得活塞主体形成能够竖直移动的单个单元。在另一示例中，当活塞主体43相对于基座26固定，柔性软管将活塞主体43连接至注射头25时，注射头25可竖直移动。
活塞主体43例如由中空壳体形成。活塞主体43例如具有与活塞轴线A垂直(即，在径向平面中)的方形或圆形截面，。
活塞主体43包括内壁46。活塞主体43和活塞头45共同限定用于暂时接收待注射至预制件5中的液体的内室47。
壁46包括大体上的圆柱形部分49和互补部分51，活塞头45沿圆柱形部分49往复运动，互补部分51面向活塞头并且限定内室47的底侧。
圆柱形部分49沿着活塞轴线A延伸。
互补部分51例如具有圆锥形形状。互补部分51限定最低区域L，在本示例中，区域L是圆锥形形状的顶点。
活塞头45包括与壁46的圆柱形部分49的密封部分液密配合的密封垫片53和旨在与待注射至预制件5中的液体相接触的接触表面56。如图1、图2、图5和图9所示，接触表面56为例如圆锥形并且指向下。
为了确保活塞主体43与活塞头45之间的密封性，密封垫片53有利地包括例如由橡胶制成的唇部57。唇部57朝向互补部分51或朝向最低区域L定向，意味着唇部57从附接于活塞头45的端部延伸至朝向互补部分51在内室47中延伸的自由端，更具体地如图2、图5和图9可见。唇部57具有弹性行为，其倾向于推动唇部57抵靠圆柱形部分49的密封部分中的壁46，以确保活塞头45与所述密封部分中壁46之间的液密性。当液体的压力增加时，唇部57布置成使得液密性提高。
内室47由壁46的互补部分51、所述壁的圆柱形部分49的一部分和活塞头45的接触表面56确定界线。
控制杆55附接至活塞头45并且沿着活塞轴线A延伸。控制杆55连接至致动装置，诸如伺服电动机或其他合适的致动装置，布置成控制控制杆55的运动并且因此控制活塞头45相对于活塞主体43的运动。
活塞头45能够相对于活塞主体43至少在图2中所示的两个极限位置之间并且对应于注射操作沿着活塞轴线A移动，以使得当活塞头45移动时内室47的体积变化。
在图2中以虚线所示的活塞头45的极限下密封位置中，因为使得活塞头45接近于互补部分51，因此内室47具有最小体积。极限下密封位置对应于用于注射操作的、活塞头45相对于活塞主体43的最低位置。
在以实线所示的极限上密封位置中，因为活塞头45与互补部分51间隔开从而扩大了接触表面56与互补部分51之间的体积，因此内室47具有最大体积。极限上密封位置对应于用于注射操作的、活塞头45相对于活塞主体43的最高位置。
入口管39在液体源15与内室47之间延伸并且选择性地使它们流体连通。入口管39通向内室47并且限定壁46中的入口端口58。
入口管39还包括适合于防止液体从内室47选择性地回流至液体源15的闭合装置(未表示)。入口管39还包括适合于用于清除内室47(即，用于提取液体，例如，出于清洁目的)的清除***59。
入口端口58有利地位于壁46的最低区域L中。根据图中所示的实施方式，入口58因此位于互补表面51中。
为了允许内室47与注射室31之间的流体连通，出口管41A、出口管41B在活塞装置20与注射头25的入口28之间延伸。
在附图表示的示例中，入口28为所有出口管41A、41B所共有。作为变型(未表示)，存在与出口管41A、41B的数目对应的两个或更多入口28。
出口管41A、41B分别包括在内室47中打开并且在壁46中限定ND个出口端口63A、63B的上游部分61A、61B(图3)。ND是至少等于2的整数并且与出口管41A、41B的数目对应。出口端口63A、63B在圆柱形部分49中或互补表面51中延伸。有利地，出口端口63A、63B在壁46的最高区域U中的圆柱形部分49中延伸，当活塞头45处于极限下密封位置时，壁46的最高区域U正好在活塞头45之下。换言之，当活塞头45处于极限下密封位置时，出口端口63A、63B位于活塞头45之下并且紧邻活塞头45。如先前说明的，该出口端口的位置对空气清除操作有益。
出口端口63A、63B各自定心在中心上，并且布置成使得出口端口的全部中心在相同的径向平面中延伸，即，在沿着活塞轴线A测量的相同高度处，在离活塞轴线A的相等距离处，并且使得它们成角度规律地分布在活塞轴线(A)周围。中心的意思是对于圆形出口端口,具有不同的形状的由端口形成并且用于出口端口的圆形的中心是所述形状的质心。成角度规律地分布在活塞轴线(A)周围的意思是在径向平面中的两个连续的出口端口63A、63B与活塞轴线(A)之间形成的角度对于所有端口而言是相同的并且恒定，如随后将说明。
各出口管41A、41B分别配置成在液体注射至预制件5中期间在出口端口63A、63B与注射头25之间产生相等的液体压降，即，如随后将说明的，所有所述压降基本上具有相同的值。该相等的液体压降可通过以下获得：适当地改变流动路径的长度、形状、和/或沿着流动路径的流动截面，和/或通过调节用于出口管的一些可选的流动偏转元件，以使由所述出口管产生的液体压降适于由其他管道产生的压降。
根据图1至图4所示的实施方式，注射装置包括两个出口管41A、41B。
在该情况下，出口端口63A、63B关于包含活塞轴线(A)的对称平面基本上互相对称。在两个出口端口中心之间形成的恒定角度等于180°。因此，如图3和图4所示，在圆形截面的内室47的情况下，出口端口63A、63B正好相对。
同样在该情况下，出口管41A、41B基本上相同，即，它们从出口端口63A、出口端口63B到注射头25具有相同长度并且基本上呈现相同截面。以这样的方式，保证这些管道产生的液体压降相同。
上游部分61A、上游部分61B沿着管道方向D1、管道方向D2延伸通过活塞主体43，其中，管道方向D1、管道方向D2例如基本上互相平行，并且有利地基本上与活塞轴线A垂直。基本上平行是指两个管道方向D1、D2互相形成小于10°的角度。
上游部分61A、上游部分61B沿着其长度具有基本上恒定的截面。
根据图3所示的实施方式，上游部分61A、上游部分61B例如与壁46基本上相切。
根据图4所示的实施方式，活塞装置120不同之处在于出口管41A、出口管41B的形状。
在该实施方式中，出口管41A、出口管41B不与壁46相切。相反，出口管41A、出口管41B分别包括在内室47与上游部分63A、上游部分63B之间径向延伸的进口部分121A、进口部分121B。
进口部分121A、进口部分121B例如与壁46基本上垂直。
现在将描述图5和图6中所示的、根据本发明的第二实施方式的活塞装置220。
活塞装置220与图1至图3中所示的活塞装置20相类似。相似的元件具有相同标记或字母参考，并且将不再次描述。此后文中仅将详细描述不同之处。
活塞装置220不同之处在于具有ND个出口管241A、出口管241B、出口管241C(图6)，在该示例中ND等于3。
出口管241A、出口管241B、出口管241C分别包括在内室47中打开并且限定壁46中的三个出口端口263A、出口端口263B、出口端口263C的上游部分261A、上游部分261B、上游部分261C。
上游部分261A、上游部分261B、上游部分261C例如互相形成约120°的角度。即在两个连续的出口端口与活塞轴线(A)之间的角度等于120°。在该情况下，这些角度是在出口端口263A和出口端口263B与活塞轴线(A)之间、在出口端口263B和出口端口263C与活塞轴线(A)之间以及在出口端口263C和出口端口263A与活塞轴线(A)之间形成的角度。上游部分261A、上游部分261B、上游部分261C中的每个有利的是相对活塞轴线A而言基本上径向。在该实施方式中，出口端口263A、出口端口263B、出口端口263C例如距离活塞轴线(A)相同的距离并且在相同的径向平面中位于互补部分51中。
除非另外说明，否则每个出口端口263A、出口端口263B、出口端口263C验证与上所述出口端口63A、出口端口63B相同的几何特性。
活塞装置220具有与活塞装置20相同的优点。
现在将描述图7中所示的活塞装置320。
活塞装置320是图5和图6中表示的活塞装置220的变型。活塞装置320不同之处在于其包括具有外部形状345的活塞主体343，其中，外部形状345为大体圆柱形并且沿着活塞轴线A延伸。
同样，出口管241B、出口管241C分别包括两个中间部分346B、中间部分346C和位于中间部分与上游部分241B、上游部分241C的接合处的两个弯管347B、弯管347C。
两个中间部分346B、中间部分346C例如与上游部分241A基本上平行。
在该情况下，出口管不是全都相同，并且它们的长度和/或截面必须调整，以使得由这些出口管产生的压降仍然相同。
其他元件相似，具有相同的标记参考并且不再描述。
该变型具有与活塞装置220相同的优点。
在所有上述实施方式中，如随后将说明的，活塞装置还可包括用于执行CIP的凹口部分60。凹口部分60在圆柱形部分49的密封部分与互补部分51之间的内室47中延伸。
凹口部分60布置成局部扩大内室47在径向平面的尺寸，即，在内室47具有圆形截面的情况下扩大内室47的直径。更具体地，如图9所示，凹口部分60在径向平面中的尺寸布置为大于活塞头45在所述径向平面中的最大尺寸，以使得当活塞头45位于凹口部分60中时，活塞头45不与活塞主体的壁46接触。
凹口部分60还具有沿着活塞轴线A测量的高度，该高度大于沿着活塞轴线A测量的至少活塞头45的***的高度。以这种方式，如图8的箭头所示，当活塞头45位于凹口部分60中时，液体可完全围绕活塞头45流动。根据图8和图9所示的实施方式，活塞头45的***(即，密封垫片53附接至活塞头45的位置)的高度低于凹口部分60的高度，而活塞头45的中心部分(即，围绕活塞轴线A)的高度大于凹口部分60的高度。以这种方式以及由于接触表面56的圆锥形形状，如图8的箭头所示，如果活塞头45，可将抵靠接触表面流动的液体适当地引导为朝向密封垫片53。
凹口部分60具有例如环形凹槽的形状，凹口部分60的轴线与活塞轴线A重合并且凹口部分60完全围绕内室47延伸。
根据优选实施方式，凹口部分60根据活塞轴线A在与出口端口63A、63B、263A、263B、263C在凹口部分60中打开的高度相同的高度处延伸。如先前说明的，该实施方式允许降低活塞装置20、120、220、320、420的空间要求。根据附图所示的实施方式，凹口部分60在内室47的最高区域U中延伸。现在将描述注射装置1的功能。由于装置的功能对以上所述的所有实施方式是一样的，因此下文仅将详细描述具有两个出口端口63A、出口端口63B的第一实施方式的功能。
功能是循环的，因为利用来自液体源15的液体10连续地填充并成型若干与预制件5相似的预制件。
在生产模式中，首先相对于注射头25将预制件5放入填充位置中，其中，预制件以液密方式与注射头的出口29接触。
控制杆33处于其密封位置，其中，防止存在于室31中的液体通过出口29排出。
活塞头45处于图2中以虚线所示的极限下密封位置。内室47具有其最小体积。内室47填充有液体并且与液体源15流体连通。
作为活塞头45往复运动的一部分，活塞头45朝向图2中以实线所示的极限上密封位置移动。如图1至图3中箭头F0所表示的，液体10通过入口管39从液体源15流动至扩大的内室47中。
然后入口管39关闭并且控制杆33从其密封位置移动至注射位置。通过抵靠圆柱形部分49的密封部分以注射方向朝向互补部分51移动活塞头45，活塞头45可从极限上密封位置朝向图2中以虚线所示的其极限下密封位置移动。由于内室47的体积减少，存在于内室的液体加压例如达到40巴。密封垫片53防止活塞头45与活塞主体43之间的任何向上的泄漏。在注射阶段期间，活塞头45可在极限上密封位置与极限下密封位置之间的任意中间密封位置之间沿注射方向移动。
如箭头F1、箭头F2所示，液体通过每个出口端口63A、出口端口63B朝向室31开始流动，并且在下游通过室31流动至预制件5中。
在内室内部各处和出口管的上游部分中，静压和动压的总和在任何时候都是恒定的或几乎恒定。存在于内室47中的液体由抵抗所述液体所接触的壁46的每个部分的静压加压。壁46的部分通过在液体上加压起作用。然而，在与出口端口63A、出口端口63B对应的区域中，在液体上没有发生反应或仅发生极小的反应，因为动压是上述恒定值的主要部分，所以液体“看上去”没有障碍。
壁46的总反应和出口端口63A、出口端口63B的反应的缺少导致液体施加在活塞头45的接触表面56上的机械作用力。
通过将出口端口63A、出口端口63B以规律的方式布置在活塞轴A周围，机械作用力以均匀方式施加在接触表面56上，并且被引导为沿着基本上与活塞轴线平行的方向，或基本上等于零。这是由于活塞头25以足够高的可产生与每个出口端口63A、出口端口63B接近的静态降压区域的速度在注射方向移动。该降压为每个出口端口限定了动压的合成矢量，动压的合成矢量来源于出口端口中心处，沿着进入出口管的液体的流动路径定向并且强度大于施加在活塞头45上的平均压力的一半。出口管相对于活塞主体确定大小和位置，以使得用于每个端口的动压的合成矢量的总和基本上与活塞轴线A同轴。
因而，在活塞头45在注射方向的运动期间，不是抵靠内室47的壁46横向推动活塞头45，并且密封垫片53不经受不需要的应力。所以减少了特别是在一段时间之后密封垫片53损坏的风险和经历潜在卫生问题的风险。
在出口端口63A、出口端口63B与室31之间分别具有基本上相似的压降可协助实现这样的结果。
当活塞装置包括布置成使得出口端口成角度规律地围绕活塞轴线A定位并且使得由出口管产生的压降相等的三个或更多的出口管时，也可实现相同的结果。在这种情况下，当活塞头45在注射方向移动时，液体通过各个出口端口263A、出口端口263B和出口端口263C开始朝向室31流动，如图6和图7的箭头F1至箭头F3所示，并且施加在接触表面上的机械作用力保持沿着基本上与活塞轴线平行的方向引导，或基本上等于零。
在预制件5已经填充之后，控制杆33再次置于其密封位置中并且预制件从其填充位置移除。
然后，利用下一个预制件开始另一循环。
由于入口端口58位于最低区域L中的内室47中的事实，通过使存在于内室中的液体经由入口管从内室当中流动出来(例如，通过重力)可容易地清除内室。
由于出口端口63A、出口端口63B位于内室47处于其最小体积的最高区域U中的事实，通过在先前说明的空气清除操作期间使液体经由出口管41A、出口管41B流动穿过内室，可容易地移除最初存在于内室47中的气泡。
当必须进行CIP时，例如当填充容器的液体必须改变时或以规律的间隔，活塞头45可在凹口部分60中移动。在该位置中，如图8所示，通过入口端口58注射的清洁液体能够完全围绕活塞头流动，并清洁活塞装置的所有部分，并且具体地清洁密封垫片53。
将凹口部分60放置在圆柱形部分49的密封部分之下的内室中，除了允许节省空间之外，还可协助维护密封垫片53。当活塞头45在凹口部分60中移动时，密封垫片53的唇部57免于与密封部分接触，并且由于密封垫片周围的湍流液体流，可适当地清洁密封垫片53的唇部57。为了增加液体流中的湍流，活塞头可在凹槽部分60内具有小的往复运动。
使活塞头45抵靠密封部分往后移动可通过以与注射方向相反的方向(即，在上述实施方式中为向上方向)移动活塞头45来获得。在该运动期间，附接于密封垫片53的唇部57的端部首先与密封部分接触，并且唇部57在不会如同在凹口部分位于活塞头45之上的情况那样使唇部翻转的风险下抵靠密封部分逐渐地应用。
当清洁液体通过入口端口58注射时，CIP还可包括使活塞头45抵靠密封部分进行往复运动的步骤。
液体源利用清洁液体(不管生产模式期间的饮料)填充。当活塞头处于凹口部分60中时，清洁液体的湍流可提供有效的清洁。湍流主要是由于主CIP循环从入口流动，穿过凹口，流经出口管和注射头25。放置成于与注射头25的出口29流体连通的虚设瓶收集被布置成回流至液体源的清洁液体。
在另一CIP循环中，清洁液体从入口39流动，穿过凹口60、出口管41A、出口管41B、出口管241A、出口管241B、出口管241C和注射室31并通过第一辅助孔401、第一辅助阀402和第一辅助管403回到液体源。
在又一CIP循环中，清洁液从入口39流动，穿过凹口60并清洁活塞头的上侧和活塞主体，并且通过第二辅助孔404、第二辅助阀405和第二辅助管406回到液体源。
在内室47内和密封部分之下具有CIP凹口的强有力的有益效果是使活塞头具有大的往复运动。这可提供清洁液体的大的液体湍流和非常有效的CIP。
CIP凹口的所述具体布置的进一步有益效果是各清洁液循环可全部使用相同的入口。在常规的CIP凹口(在用于生产配置的内室的外部)中，清洁液必须替代地通过入口39然后通过第二端口404提供。本实施方式的CIP凹口允许更简单和更便宜的阀***以用于管理各种CIP循环。

Claims (15)

1.一种注射装置(1)，用于使用加压液体(10)将预制件(5)成型为容器并且填充所述容器的成型和填充站，所述注射装置(1)包括：
至少一个注射头(25)，用于将所述加压液体(10)注射至所述预制件(5)中，以及
至少一个活塞装置(20、120；220、320；420)，所述活塞装置具有活塞主体(43)和活塞头(45)，所述活塞头布置成沿着活塞轴线(A)在所述活塞主体(43)中往复运动，所述活塞头以液密方式与所述活塞主体的密封部分协作，以流体隔离所述活塞装置的内室(47)，所述活塞主体(43)具有旨在与液体源(15)流体连通的入口管(39、439)，以允许液体进入所述内室(47)，
其特征在于，所述活塞主体(43)包括：
至少两个出口管(41A、41B；241A、241B、241C)，用于将加压液体从所述内室(47)递送至所述注射头(25)，
每个所述出口管(41A、41B；241A、241B、241C)均通向所述内室(47)，并且限定所述内室(47)的壁(46)中的出口端口(63A、63B；263A、263B、263C)，每个所述出口端口均定心在出口端口中心上，所述入口管(39、439)限定所述壁(46)中的入口端口(58；458)，
其中，所有所述出口端口中心均在所述内室的相同的径向平面中延伸，距所述活塞轴线(A)的距离相同，并且以规律的方式围绕所述活塞轴线(A)成角度布置，由两个连续的出口端口与所述活塞轴线形成的角度是恒定的。
2.根据权利要求1所述的注射装置(1)，其中，所述注射头包括注射室，所述出口管使液体从所述活塞主体的所述内室连通至所述注射头的所述注射室，所述出口管配置成在将液体注射至所述预制件(5)中期间，在所述出口端口与所述注射室之间产生相等的液体压降。
3.根据权利要求1或2所述的注射装置(1)，其中，所述出口管中的每个均具有在所述活塞轴线(A)经过的子午面中延伸的上游部分(121A、121B、261A、261B、261C)，其中，每个上游部分的轴线均与所述活塞轴线(A)形成对于每个所述出口管均相同的角度，以及
其中，所述出口管的截面轮廓和形状为使得穿过每个出口端口的所述液体的速度相同或几乎相同。
4.根据权利要求1或2所述的注射装置(1)，其中，所述活塞装置(20、120)的所述内室(47)仅通过相对于包含所述活塞轴线的对称平面(S)互相对称的两个出口管与所述注射头流体连通。
5.根据权利要求1或2所述的注射装置(1)，其中，所述出口管中的每个均具有沿着与所述内室(47)的所述壁(46)相切的管方向(D1、D2)延伸的上游部分。
6.根据权利要求1或2所述的注射装置(1)，其中，所述活塞主体的所述壁(46)是圆柱形、圆锥形，或具有截锥体的形状。
7.根据权利要求1或2所述的注射装置(1)，其特征在于：
所述活塞头(45)设计成在往复运动期间相对于所述活塞主体(43)占据极限下密封位置，当所述活塞头(45)处于所述极限下密封位置时，所述内室(47)具有最小体积，以及当所述活塞头(45)处于所述极限下密封位置时，所述入口端口(58；458)在所述内室(47)的最低区域(L)处打开，以及每个出口端口(63A、63B；263A、263B、263C)均位于所述内室(47)的最上区域(4)处。
8.根据权利要求1所述的注射装置(1)，其中，所述活塞主体(43)包括在所述内室(47)中延伸的凹口部分，其中，当所述活塞头(45)位于所述凹口部分中时，所述活塞头(45)不以液密方式与所述活塞主体(43)接触，以使得液体可从所述内室流动至与所述内室(47)相对的、在所述活塞头(45)的侧部上延伸的所述活塞主体的部分。
9.根据权利要求8所述的注射装置(1)，其中，所述凹口部分是围绕所述内室(47)延伸的环形凹槽，并且所述凹口部分局部扩大垂直于所述活塞轴线(A)测量的所述内室的径向尺寸。
10.根据权利要求8或9所述的注射装置，其中，所述出口端口(63A、63B、263A、263B、263C)通向所述凹口部分。
11.根据权利要求8或9所述的注射装置，其中，所述活塞主体(43)包括圆柱形部分，所述圆柱形部分包括所述密封部分，所述活塞头(45)沿着所述密封部分以液密方式与所述活塞主体(43)和所述内室(47)的最下区域接触，所述凹口部分在所述密封部分与所述最下区域之间延伸。
12.根据权利要求11所述的注射装置，其中，
所述活塞头(45)包括密封垫片(53)，以确保所述活塞头(45)与所述密封部分之间的液密接触，
所述密封垫片(53)包括朝向所述内室(47)定向的唇部，以使得当所述活塞头(45)从所述凹口部分远离所述最下区域移动时，所述唇部可在不翻转的情况下抵靠所述密封部分应用。
13.根据权利要求8或9所述的注射装置，其中，沿着所述活塞轴线(A)测量的、所述活塞头(45)的***的高度小于沿着所述活塞轴线(A)测量的所述凹口部分的高度。
14.用于使用加压液体(10)将预制件(5)成型为容器并且填充所述容器的方法，所述方法使用根据权利要求1至13中任一项所述的至少一个注射装置(1)和至少一个液体源(15)，所述入口管与所述液体源(15)流体连通，所述方法包括以下步骤：
使所述活塞头(45)以液密方式沿着所述活塞轴线(A)在所述活塞主体(43)中进行往复运动，以使得当所述活塞头(45)沿第一方向移动时，允许来自所述液体源的液体进入所述内室(47)，以及当所述活塞头沿与所述第一方向相对的第二方向移动时，将加压液体注射至所述预制件中，所述加压液体通过所述出口管(41A、41B；241A、241B、241C)从所述内室(47)流动至所述注射头(25)中。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在将液体注射至所述预制件(5)中期间，每个出口管(41A、41B；241A、241B、241C)均在所述出口管(41A、41B；241A、241B、241C)的所述出口端口(63A、63B；263A、263B、263C)与所述注射头之间产生液体压降，所有所述液体压降具有相同值。
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