ДОЗИРУЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 2008 года по МПК B65B3/30 B67C3/20 B67C3/26 

Настоящее изобретение относится к дозирующей системе, в частности - к системе для дозирования жидкости в емкость.

Уровень техники

Настоящее изобретение может найти наилучшее применение в производстве продукции, предусматривающем дозирование некоторого количества текучего состава в емкость, размеры которой обеспечивают возможность удерживать ее в руке. Общий объем состава в этих емкостях обычно, но не обязательно, составляет от 5 до 1000 мл, хотя может предусматриваться либо больший, либо меньший объем. Текучие составы в этой продукции обычно содержат один, или более жидких компонентов, таких как добавки, предназначаемые для придания нужных характеристик данному составу. Многие из этих компонентов или добавок обычно составляют относительно небольшую долю общего состава, но по многим причинам желательна их точная дозировка в состав. Некоторые причины непосредственно относятся к характеру компонента или добавки, например - к изменению качества продукции; например, если добавкой является отдушка или компонент отдушки, то неверная доза изменит воспринимаемый запах продукции. Прочие причины могут относиться к применимости в широком смысле слова; например, многие добавки являются относительно дорогостоящими, и поэтому общая себестоимость продукции может повыситься из-за даже незначительного увеличения вводимой добавки. Настоящее изобретение наиболее применимо для дозирования одного компонента или только небольшой части состава в емкость.

Согласно одному из лучших промышленных способов заполнения емкостей или введения в них одного или более компонентов емкость транспортируют в наполняющую станцию, и она находится там в течение времени, достаточного для ее наполнения, и затем она перемещается для выполнения на ней последующей операции укупорки или герметизации. Максимальная скорость линии розлива определяется скоростью самой продолжительной операции, и это может иметь указываемые ниже последствия.

Упоминаемое выше устройство предназначается для подачи текучего состава или его компонента в емкость, или на содержимое вмещающего средства по соплу в дозирующей головке под давлением. Например, в патенте GB 2019813 описаны способ и устройство для приготовления напитков в порциях посредством двух дозирующих головок, объединенных, возможно, в едином устройстве и имеющих плавное схождение. Патент GB 2094758 описывает устройство приготовления напитков, в котором две, или, возможно, большее число насадок направляют струи воды под острым углом в чашку, чтобы содействовать растворению твердого продукта, например кофе или супа. Патент GB 1481894 описывает устройство для дозирования сиропа через множество сопел в дозирующей головке на основу, являющуюся мороженым. Патент ЕР 0216199 описывает систему сопла с множеством отверстий, располагающихся согласно изменяющейся схеме, которая составляется цилиндрическими кулачками, выполненными с возможностью осуществлять колебания автономно и опирающимися на кулачковую поверхность игольчатого клапана, для приведения клапана в действие или его запирания.

Один из способов приготовления продуктов, содержащих текучий состав, заключается в приготовлении крупной партии состава, содержащей все его составляющие, в чане и в последующем взятии отмеренной дозы этого состава из чана в нужную емкость. Эта система получила широкое распространение, поскольку она относительно проста в работе. Относительно легко перемешать большие объемы текучих сред для получения требуемой однородности и обеспечения точности дозирования. Такой масштаб означает, что даже сравнительно небольшие пропорции данного составляющего компонента можно ввести с достаточной точностью. Например, в 10-тонном масштабе: 0,01 вес.% составляет 10 кг, которые можно отвесить с точностью свыше 1%.

Но система изготовления партиями является относительно негибкой в работе и имеет некоторые недостатки, которые становятся все более заметными с изменением потребностей потребителей и производственных потребностей изготовителей. Существует тенденция, направленная к большему разнообразию единичной продукции, например - изменения в числе продуктов с разными отдушками, предлагаемых потребителям, чтобы соответствовать их индивидуальным предпочтениям. Во-вторых, у изготовителей существует тенденция сосредоточивать производства в немногочисленных производственных местах. Обе эти тенденции означают снижение вероятности того, что последовательные партии, приготовленные в одном и том же чане, будут иметь один и тот же состав. Если состав следующих одной за другой партий отличается, то необходимо выполнять очистку чана и подающей линии, чтобы избежать взаимного загрязнения двух составов. Это может привести к значительному простою между производством партий, и, во-вторых, будут иметь место потери первого состава, оставшегося на стенке чана и в линии подачи. Оба этих фактора увеличивают среднюю фактическую себестоимость производства.

Соответственно, автор данного документа исследует вопрос снижения или исключения упоминаемых выше трудностей изготовления продукции партиями. Согласно одному из заменяющих способов автор предусматривает введение жидкого компонента состава непосредственно в данную емкость. Но этот способ ставит еще один ряд трудностей. Во-первых, поскольку объем вводимого в емкость состава относительно небольшой по сравнению с размером партии, поэтому дозирование точного веса отдельного компонента и, особенно, добавки в емкость по сравнению со всей партией представляет собой еще более значительную проблему. Во-вторых, дозирование непосредственно в емкость легче всего предусмотреть с помощью станции наполнения на линии наполнения. Скорость линии определяет продолжительность временного интервала, в течение которого данная емкость находится под станцией наполнения и в течение которого можно ввести данный компонент. Обычно это составляет относительно короткий срок, часто измеряемый долями секунды. Хотя продолжительность указанного временного интервала можно увеличить за счет скорости работы станции наполнения по существу с той же скоростью, что и скорость линии, чтобы обеспечить их во взаимном совмещении в течение более длительного срока, это само по себе усложняет оборудование, приводит к его удорожанию и сопряжено с дополнительным риском механической поломки.

Один из способов дозирования измеряемого количества жидкого компонента предполагает применение точного дозирующего насоса. Эти насосы можно использовать в системе, в которой отмеряемая доза данного жидкого компонента выводится под давлением через сопло в виде потока жидкости в емкость, которая установлена в соответствующей ориентации относительно сопла. Эти насосы получают все большее распространение, но их применению препятствует относительно длительное время их срабатывания. Для обнаружения присутствия емкости в дозирующей станции желательно обеспечить датчик, чтобы устранить бесполезный расход жидкого компонента в том случае, если операции дозирования и транспортирования выйдут из синхронизма друг с другом, особенно в условиях значительных скоростей и, соответственно, коротких сроков для дозирования. Поэтому длительное время срабатывания насоса может налагать серьезные ограничения на скорость линии. Обычно скорость дозирующего цикла определяется его самым медленным составляющим элементом. В частности, в случае дозирующих канистр, таких как аэрозольные канистры, использование дозирующей в емкость системы на основе этих дозирующих насосов замедляет линию наполнения в значительной степени, и поэтому применение этой системы неприемлемо с коммерческой точки зрения. Остается существующей необходимость обеспечить средство, обеспечивающее возможность применения этих точных дозирующих насосов.

В ходе исследований, связанных с разработкой настоящего изобретения, автор предусмотрел несколько модификаций дозирующей системы, включая повышение давления, оказываемого на текучую среду, выталкиваемую через сопло; расширение диаметра сопла и оснащение сопла сеткой внутри него. Повышение давления, оказываемого на жидкость в степени, необходимой для компенсирования длительного времени срабатывания дозирующего насоса, увеличивает линейную скорость жидкости до такой степени, что она разбивает жидкость на капли при столкновении с основанием и/или стенкой емкости, в которую она дозируется, значительно повышая риск потери той или иной части жидкости. В результате этого теряется преимущество, обеспечиваемое за счет использования точного дозирующего насоса.

Второй возможный вариант предусматривает расширение сопла, и на первый взгляд этот вариант целесообразен, поскольку будет расширен диаметр потока жидкости, и это позволит увеличить расход без существенного увеличения линейной скорости потока. Но обнаружилось, что это решение также снижает точность дозирования жидкости. Определены две причины возникновения неточности, хотя могут существовать и другие причины. Во-первых, использование более широкого сопла изменяет общую форму потока, создавая более длинный конец потока после закрытия клапана. В его конце диаметр потока становится более узким, и поэтому объем потока значительно уменьшается по сравнению с тем, который преобладает при открытом клапане. Во-вторых, более широкое сопло служит причиной захвата и уноса пузырьков газа в жидкости и образования скрытого стекания с оконечности сопла, в заметной степени продолжающееся после закрытия регулирующего клапана. Для решения этой проблемы автор вставил сетку внутри расширенного сопла, но вместо решения проблемы присутствие сетки некоторым образом даже усугубило ее. Наличие сетки фактически увеличило конец потока. Соответственно, все еще оставалась нерешенной проблема использования дозирующего насоса применительно к длительному времени срабатывания.

Необходимо отметить, что упоминаемые выше патенты не учитывают и не решают эту проблему.

Объект данного изобретения заключается в разработке способа и устройства, которые смогут устранить или в некоторой степени решить одну или более упоминаемых проблем, чтобы усовершенствовать дозирование внутриемкостного жидкого компонента в емкость.

Еще один объект настоящего изобретения заключается в разработке предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, позволяющих усовершенствовать дозирование небольшого объема жидкости в дозирующую емкость при высокой скорости работы линии наполнения.

Сущность изобретения

Согласно одной из особенностей настоящего изобретения обеспечен способ введения дозы жидкого компонента в емкость, имеющую открытую горловину, согласно которому:

емкость доставляют в дозирующую станцию;

емкость фиксируют в дозирующей станции и одновременно в емкость вводят дозу; и

затем емкость выводят из дозирующей станции,

причем указанная станция содержит фиксирующее средство для емкости; дозирующую головку, расположенную над фиксирующим средством и вмещающую в себе дозирующее сопло, ориентированное вниз к горловине емкости; при этом фиксирующее средство обеспечивает соплу возможность совмещения с горловиной емкости в течение заданного времени; впускную линию для жидкого компонента, оканчивающуюся в сопле; и дозирующий насос, установленный во впускной линии;

дозирующий насос приводят в действие, когда емкость зафиксирована в дозирующей станции, в результате чего

жидкий компонент выталкивается через наполняющее сопло в потоке в течение заданного времени,

при этом сопло выполнено в виде узла отдельных сливов, выступающих из опоры, при этом каждый слив отделен от соседнего слива интервалом, в результате чего потоки жидкости, выталкиваемой через соседние отдельные сливы, не сливаются вместе, и каждый отдельный слив выступает ниже опоры на такое расстояние, при котором предотвращается или затрудняется образование капли при слиянии жидкости между окончаниями соседних сопел.

Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предложено устройство для введения определенного объема жидкого компонента в емкость, имеющую открытую горловину, содержащее

дозирующую станцию, которая может располагаться над конвейером, который транспортирует очередную емкость в станцию и из нее; при этом указанная станция содержит фиксирующее средство для емкости; дозирующую головку, расположенную над фиксирующим средством и вмещающую в себе дозирующее сопло, ориентированное вниз к горловине емкости; при этом фиксирующее средство обеспечивает соплу возможность совмещения с горловиной емкости в течение заданного времени; впускную линию для жидкого компонента, оканчивающуюся в сопле; и дозирующий насос, установленный во впускной линии;

управляющее средство для приведения в действие дозирующего насоса, когда емкость установлена в дозирующей станции;

средство для выталкивания жидкости через дозирующее сопло в виде потока; причем в указанном устройстве сопло используется в виде узла отдельных сливов, выступающих из опоры, при этом каждый слив отделен от соседнего слива интервалом, в результате чего потоки жидкости, выталкиваемой через соседние отдельные сливы, не сливаются вместе, и каждый отдельный слив выступает ниже опоры на такое расстояние, при котором предотвращается или затрудняется образование капли при слиянии жидкости между окончаниями соседних сопел.

За счет применения множества сливов, каждый из которых выступает на такую глубину, на которой капли не образуются между ними при слиянии слияния и которые отделены друг от друга таким интервалом, при котором отдельные потоки не сливаются, - обеспечивается возможность применения точного дозирующего насоса с устранением недостатков потока с удлиненным концом и с устранением риска появления стеканий, которые имеют место при использовании одиночного сопла с поперечным сечением, равным совокупному поперечному сечению многих потоков. Если множество сливов будут иметь меньший разделяющий их интервал, то они будут сливаться и тем самым создавать единый поток с образованием более длинного конца. Если отдельные сливы не выступают в значительной степени ниже опоры, но, например, каждый выход будет оканчиваться плоской поверхностью, то значительно повысится риск того, что мелкие капли на конце каждого слива пристанут к поверхности опоры между выходами, в результате чего более крупные капли смогут формироваться с сопутствующим риском отделения капли от сопла по причине увеличения их веса.

Хотя настоящее изобретение может быть наиболее эффективно при введении небольшого количества жидкости в емкость, например в дозирующую емкость для средств личной гигиены, для создания определенного состава в емкости, следует отметить, что этот же способ можно применить для введения отмеряемого объема жидкого компонента, составляющего даже значительную часть фактического конечного состава. Хотя данное изобретение особо целесообразно для введения компонента состава, предназначаемого для распространения и сбыта в емкости, в которую он был введен, следует отметить, что настоящее изобретение также актуально для применения при выполнении аналитических процедур, для которых требуется введение точно измеряемых объемов аналитического реагента и/или образца в камеру, в которой затем можно выполнить анализ.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству и способу для точного дозирования объема жидкости, и в частности - небольшого объема жидкости, в емкость для продажи или последующей переработки. Во многих случаях предполагается, что емкость будут держать в руке. В частности, емкость обычно имеет относительно узкую горловину, описываемую более подробно ниже, и через которую она наполняется. Существенные составные части включают в себя насос точного дозирования и сопло со множеством сливов, расположенных через интервал, предотвращающий слияние отдельных потоков из каждого слива, и выступающих ниже опоры, чтобы затруднять или предотвращать слияние капель.

Настоящее изобретение далее излагается со ссылкой на приготовление состава для продажи. Изобретение целесообразно для введения добавок в емкость в целях смешивания с основным составом (который иногда называется главной партией), содержащим остальные компоненты состава. Таким образом, обеспечивается возможность приготовления и/или хранения партий, состоящих из большей части определенного состава и одинаковых от партии к партии; при этом исключаются потеря продукции и простой, нужный для очистки чана приготовления или хранения между партиями. Варианты легко реализуются путем введения разных добавок, взятых из отдельных емкостей хранения, которые даже могут быть емкостями, в которых данная добавка распространяется среди изготовителей данного состава. Также обеспечивается возможность предусмотреть непрерывные или полунепрерывные процессы для составления основы - за счет повысившейся возможности изменять введение разных добавок в соответствии с данным изобретением.

Ассортиментом добавок или других жидких компонентов, для которых применимо данное изобретение, являются любые жидкости, которые можно перекачивать. Сама добавка может быть жидкостью в определенных условиях или стать жидкостью при растворении или рассеянии в соответствующем растворителе или в текучей среде-носителе. Обычно компоненты могут быть жидкими или сжиженными при температуре окружающей среды, хотя данное изобретение применимо, при необходимости, и для материалов, становящимися жидкими при повышенной температуре, например до 100°С. Выбор жидких компонентов будет изменяться в зависимости от характера или предполагаемого применения состава. Эти жидкие компоненты можно выбрать из приводимого ниже, неисчерпывающего, списка:

Жидкие абразивные материалы, подкислители, анальгетики, средства от прыщей, содействующие спеканию вещества и ингибиторы спекания, средства от перхоти, противовспенивающие вещества и вспенивающие вещества, фунгициды, противомикробные вещества, антиокислители, антиперспиранты, антистатики, подщелачиватели, буферные вещества, жидкие наполнители или разбавители, хелаты, красители, ингибиторы коррозии, косметические добавки, денатурирующие средства, дезодоранты, депилятории или эпилятории, лекарства, эмульгаторы, стабилизаторы эмульсии, наружные анальгетики, пленкообразующие вещества, вкусовые вещества, отдушки, красители, кондиционирующие вещества, фиксативы, завивающие или распрямляющие волосы вещества или средства обесцвечивания волос, стимуляторы роста волос, увлажняющие вещества, лизирующие вещества, средства для ухода за ногтями, нейтрализаторы, помутняющие вещества, вещества ухода за полостью рта, лекарственные средства для полости рта, окисляющие вещества, вещества регулирования рН; фармацевтически активные ингредиенты, пластификаторы, консерванты, профилактические средства, окислители, отбеливатели кожи, средства ухода за кожей, защитные средства для кожи, модификаторы кожи, растворители или жидкости-носители; противозагарные средства, включая гидротропные соединения, стабилизирующие вещества, суспендирующие агенты, терапевтические лекарственные средства, поглотители ультрафиолетового излучения, регулирующие или модифицирующие вязкость вещества. При использовании данного изобретения для проведения анализов жидкий компонент может либо содержать свой образец, или реагент, или разбавитель, вводимые в определенном соотношении в данный образец.

Помимо прочего настоящее изобретение целесообразно для использования при изготовлении средств личной гигиены, включая косметическую и фармацевтическую продукцию, такую как дезодоранты или антиперспиранты, аэрозоли для тела, продукцию ухода за полостью рта, за волосами, медикаменты, продукцию ухода за кожей, включая увлажнители, продукцию против старения кожи и против загара, терапевтическую продукцию, включая анальгетики местного применения, и терапевтические вещества, распыляемые в щечную полость. Данное изобретение можно также применять для введения жидкого компонента в текучую бытовую или промышленную продукцию, такую как пестициды, моющие средства, стирающие составы для, помимо прочего, стирки тканей, или для очистки твердых поверхностей, или для дезинфекции, и, разумеется, для любой текучей продукции, содержащей отдушку, консерванты или незначительное количество добавок из числа веществ приводимого выше перечня. Фактическая форма состава в продукции обычно является текучей, то есть она течет в условиях окружающей среды. Она может быть простой жидкостью или может быть в смеси с таким носителем, как сжиженные газообразные углеводороды или сжатый воздух, азот или инертный газ.

Емкость, в которую можно вводить добавку или другой жидкий компонент согласно настоящему изобретению может иметь гибкие или негибкие стенки, и может быть бутылкой, банкой, канистрой, дозатором, флаконом, ампулой, пакетом, саше, камерой взятия проб или другим средством вмещения жидкости, при условии, что будет иметь открытую горловину, обеспечивающую проход через нее потока жидкого компонента.

При использовании настоящего изобретения: жидкий компонент отбирается из содержащей его емкости дозирующим насосом. Дозирующий насос предпочтительно является керамическим дозирующим насосом, в котором керамический поршень поступательно перемещается в цилиндрической камере внутри керамического корпуса. Более предпочтительно, чтобы вход и выход камеры были диаметрально смещены друг от друга и поршень имел спиральный паз одинаковой ширины с диаметром входа и выхода и проходил частично вниз от внутренней поверхности; при этом поршень поворачивается во время цикла дозирования, в результате чего, когда поршень перемещается вниз в первой половине, увеличивая объем камеры, поршень закрывает выход и вход остается открытым; и в течение некоторой части первой половины паз совмещен со входом и, при перемещении поршня вверх, вход закрывается поршнем и выход открывается, находясь в течение некоторой части второй половины в совмещении с пазом. Объем текучей среды, дозируемой насосом, пропорционален ходу поршня, регулируемого пользователем для изменения объема текучей среды, дозируемой при каждом ходе.

Наиболее целесообразно, чтобы емкость дозирующего насоса выбиралась сообразно объему компонента, дозируемого в емкость, чтобы его можно было дозировать одним циклом, т.е. за один ход. По завершении одного цикла насос вновь возвращается в исходное положение для дозирования очередного объема текучего компонента в следующую емкость. Но для дозирования более крупных объемов можно предусмотреть множество насосных циклов путем соответствующего управления насосом, например путем применения регулирующего механизма, обеспечивающего заданное число циклов или работу в течение заданного времени, соответствующего нужному числу циклов. Хотя насос описывается в отношении насоса с одной крышкой цилиндра, нужно отметить, что можно также предусмотреть применение насосов с двумя крышками цилиндра, как вариант, для перекачки двойного объема одного и того же компонента или двух разных компонентов одновременно в одну емкость, хотя в случае одновременного дозирования разных компонентов, они либо смешиваются в дозирующей головке до дозирующего сопла, либо одновременно применяются два сопла с комбинированными габаритами, которые предпочтительно соответствуют габаритам горловины емкости, описываемой здесь для одиночного сопла.

Дозирующий насос может действовать под управлением простого реле времени. В самом простом случае реле времени не только регулирует длительность дозирования жидкого компонента насосом, но также и регулирует начало действия насоса. При этом оператор не только задает длительность работы насоса во время каждого цикла, но также и задает временной интервал, в течение которого насос не работает; причем величина этого интервала обычно зависит от скорости линии, определяющей время цикла, и поэтому - остающееся время цикла, минус время работы. Длительность работы насоса определяет количество жидкого компонента, дозируемого в емкость.

Но особо предпочтительно, если время действия насоса дополняется проверкой, либо, как вариант, согласно предпочтительным осуществлениям регулируется датчиком, определяющим момент, когда в дозирующей станции оказалась емкость, в которую дозируется жидкость. В отсутствие этого датчика существует риск того, что положение и удаление емкости в/из дозирующей станции выпадет из синхронизма с выталкиванием жидкости через сопло, с последующим сбоем работы линии наполнения емкостей. В качестве датчика может быть использован датчик одного из следующих типов, например, датчик давления на фиксирующем средстве или, возможно, площадка давления под конвейером позади фиксирующего средства, или датчик, в котором инфракрасный луч или световой луч прерывается емкостью, либо, возможно, датчик отражения звукового сигнала. На практике предпочтительно использовать датчик, применяющий световой луч или аналогичное излучение, ввиду его чувствительности и быстродействия.

Дозирующий насос зачастую работает в течение каждого дозирующего цикла на протяжении 3-1000 миллисекунд. Более короткий период дозирования соответствует одному насосному циклу, часто: от 3 до 15 миллисекунд, и при этом более длительные периоды дозирования соответствуют дозированию с многократным насосным циклом. Но для многих дозирующих насосов и, в частности, для упоминаемых выше предпочтительных керамических дозирующих насосов, время срабатывания насоса на сигнал приведения в действие составляет от 75 до 120 сек.

Время, в течение которого емкость может оставаться в дозирующей станции, во многом зависит от скорости работы наполняющей линии. Часто с практической и коммерческой точки зрения целесообразно, чтобы линия наполнения действовала с наибольшей возможной скоростью, поскольку при этом снижаются капитальные затраты на единицу продукции и поэтому - общая производственная себестоимость. Но с ростом скорости линии пропорционально уменьшается временной интервал для дозирования данного компонента в каждую емкость.

Хотя время нахождения в дозирующей станции определяется по усмотрению изготовителя, в операциях согласно настоящему изобретению это время часто не превышает 5 секунд, хотя может быть и более длительным. Настоящее изобретение особо целесообразно для очень коротких сроков действия дозирующей станции, например - сроки пребывания до 1 секунды, часто - 500 миллисекунд, в результате чего линия наполнения может действовать быстро. Минимальный срок пребывания в дозирующей станции на практике часто во многом определяется совокупностью отдельных сроков трех видов работы: во-первых, время на обнаружение присутствия емкости в дозирующей станции и включение насоса в работу; во вторых, время, в течение которого компонент дозируется в емкость, и в-третьих, предпочтительно, страховочный период после дозирования, чтобы остающаяся жидкость могла стечь из сопла в емкость. Обычно, время на обнаружение присутствия емкости и введения насоса в действие занимает, по меньшей мере, 20 миллисекунд, и, по меньшей мере, для некоторых насосов: от 40 до 80 миллисекунд. Практическое время дозирования часто составляет, по меньшей мере, 3 миллисекунды. Желательно, чтобы период после дозирования составлял, по меньшей мере, 5 миллисекунд, и во многих случаях: от 15 до 100 миллисекунд, такой как от 45 до 75 миллисекунд. Поэтому целесообразный минимальный срок нахождения в дозирующей станции обычно составляет, по меньшей мере, 40 миллисекунд, и для многих насосов, по меньшей мере, 60 миллисекунд, и для других - иногда 100 миллисекунд.

Во многих случаях время нахождения в дозирующей станции, применяемое в процессе с использованием настоящего изобретения, составляет, по меньшей мере, 80 миллисекунд, и в некоторых случаях предпочтительное время составляет от 120 до 300 миллисекунд. Но нужно отметить, что этот предпочтительный срок применим, когда желательно дозировать небольшой объем жидкого компонента в емкость, например от 0,1 до 2 мл жидкости из расчета на одну емкость. Время пребывания до 1 секунды целесообразно применять для дозирования жидкости в количестве около 10 мл из расчета на одну емкость. При увеличении объема жидкости, дозируемой в каждую емкость, доля времени пребывания в дозирующей станции, относящегося к обнаружению и выдержке после дозирования, уменьшается.

Настоящее изобретение наиболее эффективно может быть использовано для дозирования компонента или небольшой части всего состава в небольшую емкость, обычно в дозирующую емкость, и, в частности, в емкость с небольшой горловиной, в высокоскоростной линии наполнения.

Настоящее изобретение особо целесообразно для дозирующих емкостей с небольшим объемом жидкости, например, от 0,1 до 2 мл из расчета на одну емкость, когда время пребывания ограничивается необходимостью работать на больших скоростях линии наполнения, со временем от 120 до 500 миллисекунд.

Дозирующее сопло имеет множество сливов, при этом каждый слив предпочтительно имеет отверстие по существу круглого поперечного сечения для создания цилиндрического потока, который может сужаться, по меньшей мере, вначале и/или в конце. Сообразно общему диаметру сопла и диаметр отверстия в каждом сливе, и число сливов изменяются по усмотрению изготовителя, который обычно учитывает объем дозируемого жидкого компонента и, особенно, размеры горловины емкости.

Интервал между сливами предпочтительно составляет, по меньшей мере, 0,5 мм и, в частности, по меньшей мере, 1 мм, при этом интервал является минимальным расстоянием между боковой стенкой у окончания пары соседних сливов, измеряемым на линии, проходящей между соответствующим центром каждого слива. Следует отметить, что главным последствием использования более широкого интервала будет ограничение числа сливов, которые могут уместиться в пространстве сопла данного совокупного диаметра. Поэтому, хотя можно предусмотреть интервал до 4 мм, в частности для широких сопел, интервал обычно не превышает 3 мм и, в частности, от 2 до 3 мм. Соответственно, с точки зрения качества, желательно, чтобы сливы находились ближе друг к другу, но не так близко, чтобы отдельные узкие потоки из отдельных сливов сливались бы вместе.

На практике совокупный диаметр сопла предпочтительно составляет, по меньшей мере, от 1 до 5 мм меньше диаметра горловины и в некоторой степени зависит от вертикального интервала между соплом и горловиной. Обычно сопло составляет до 3/4 диаметра горловины, и во многих случаях от 1/4 до 2/3. Габариты горловины, естественно, изменяются согласно форме емкости. В большинстве случаев горловина имеет диаметр от 5 до 100 мм, и во многих случаях диаметр горловины составляет, по меньшей мере, 10 мм, и часто находится в диапазоне значений от 15 до 35 мм. Диаметр сопла для его использования совместно с горловиной: от 15 до 35 мм, и часто: от 9 до 12 мм.

Число сливов на практике выбирается сообразно совокупному диаметру сопла. Обычно сопло содержит, по меньшей мере, 3 слива, часто, по меньшей мере, 4 слива, и во многих случаях, по меньшей мере, 7 сливов. Число сливов во многих оптимальных соплах составляет не более 32, и особо целесообразное число сопел - до 25. Для многих оптимальных сопел число сливов n находится в диапазоне приблизительных значений от n¹ до n^u согласно формуле n¹=d²/10 и n^u=d²/8, где d - диаметр сопла в мм, и число сливов округлено в меньшую сторону до n¹ и округлено в большую сторону до n^u. Сливы предпочтительно расположены симметрично, более предпочтительно, в виде круга или ряда концентричных кругов, когда используются 4 или более сливов; при этом центральный слив, если таковой применяется, считается внутренним кругом. Некоторые целесообразные расположения являются 7-позиционными, имеют центральный слив и 6 симметрично расположенных сливов в круге, в центре которого находится слив. Другие целесообразные расположения содержат 1, 3 и 6 сливов с общим числом 10 в центральном сливе; и два концентричных круга 1, 4 и 8 с общим числом 13; 1, 5 и 10 с общим числом 16; и 1, 6, 12 с общим числом 19. Для сопла с более крупным диаметром целесообразное расположение может содержать 1, 4, 8 и 12 с общим числом 25.

Диаметр отверстия слива обычно выбирается в пределах 0,8-3 мм и, в частности, от 1 до 2 мм. Необходимо упомянуть, что настоящее изобретение особо целесообразно для дозирования отдушки или другого незначительного по объему ингредиента в жидком виде в аэрозольную емкость или в шариковый дозатор.

Каждый слив может иметь одинаковую высоту над опорой или может быть на разной высоте, при этом каждый круг будет иметь разную высоту по отношению к сливам в соседнем концентричном круге; или/и соседние сливы вокруг круга могут иметь разную высоту относительно опоры. Поэтому два альтернативных расположения могут содержать все сливы, имеющие одинаковую высоту, или центральный слив, имеющий наибольшую высоту по сравнению со сливами в последовательных концентричных кругах, имеющих последовательно меньшие значения высоты. Высота каждого слива предпочтительно составляет, по меньшей мере, 3 мм и более предпочтительно, по меньшей мере, 4 мм. Во многих случаях высота слива не превышает 20 мм, и, в частности, составляет до 10 мм.

Согласно особо предпочтительному расположению сливы могут быть выполнены параллельно друг другу. Как вариант, они могут быть наклонены с очень небольшим углом расхождения, от 0,5 до 2 градусов. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что величина расхождения на практике часто ограничена соответствующими диаметрами сопла и горловиной емкости, и расстоянием сопла от горловины. Схождения сливов не должно быть.

Предпочтительно, чтобы поток (состоящий из множества отдельных несливающихся узких потоков) направлялся перпендикулярно через горловину емкости к ее основанию, хотя поток может быть наклонен под небольшим острым углом к ней, причем этот угол выбирается в пределах значений от 1 до 5 градусов.

Часто желательно, чтобы использовался проверочный механизм для подтверждения того, что жидкий компонент дозируется/не дозируется в емкость. Проверочный механизм может использовать лазерный луч или другой узкий луч, траектория которого прерывается потоками жидкости, выталкиваемой через сопло. Лазером целесообразно может быть сканирующий лазер с плоским лучом. Выходной сигнал детектора сканирующего лазера, т.е. сигнал о наличии или отсутствии дозы, можно сравнить с выходным сигналом датчика емкости. Если лазерный механизм не обнаруживает дозу перед тем, как датчик емкости зарегистрирует присутствие следующей емкости, то компаратор (логический элемент НЕ) может сформировать сигнал, который можно использовать несколькими способами. Во-первых, сигнал может дать механизму команду переместить емкость в линию отбраковки и не оставлять ее в линии наполнения. Во-вторых, сигнал может дать команду включения механизма записи или отображения, например по компьютеру, который оповестит оператора или управляющее устройство о том, что произошло несрабатывание. Число случаев несрабатывания можно подсчитать и сравнить с числом дозированных емкостей, с подсчетом числа несрабатываний из расчета на 1000 емкостей, проходящих через станцию дозирования. Если это число дойдет до заданного порогового значения или превысит его, то можно сформировать сигнал, предупреждающий оператора о необходимости принятия мер по исправлению положения. Окончания сливов дозирующего сопла в дозирующей головке предпочтительно расположены на высоте от 12 до 50 мм над горловиной емкости, и, в частности, - между 15 и 25 мм. Этот интервал между дозирующей головкой и емкостью создает достаточный интервал, чтобы обеспечить возможность промежуточного сканирования лазером, без повышенных рисков или неопределенностей, возникающих по причине более крупного интервала.

Изобретение излагается в отношении дозирования одного жидкого компонента в емкость, но подразумевается, что его можно повторить с помощью еще одного устройства, чтобы ввести еще один поток, который можно обеспечивать одновременно с первым потоком или после него. Число одновременных потоков предпочтительно выбирают сообразно диаметру каждого потока относительно диаметра горловины, чтобы исключить их столкновение друг с другом или розлив мимо горловины.

Дозирование жидкого компонента согласно настоящему изобретению можно осуществлять в пустую емкость или в емкость, которая уже содержит один, или более прочих компонентов состава, которые, например, уже введены в предыдущей станции наполнения до данной линии наполнения.

Емкость, при необходимости, можно совместить с соплом на конвейерной ленте, которая предпочтительно выполнена с возможностью замедления перемещения емкости, остановки ее на заданное время, задержки ее в неподвижном положении в течение упоминаемой выше продолжительности дозирования, и затем - ускоренного выведения ее из совмещения. Это можно относительно удобным образом обеспечить с помощью пары поворотных вертикальных валиков, установленных эксцентрично на конвейере после станции дозирования. Каждый из этих двух валиков поворачивается синхронно вокруг своей вертикальной оси, и оси находятся на таком расстоянии друг от друга, что при каждом повороте расстояние между поверхностями валиков меньше диаметра емкости, и поэтому емкость удерживается у валиков за счет трения между ее основанием и конвейером; при этом продолжение поворота валиков сохраняет интервал между валиками, минус диаметр емкости, пока ближе к окончанию поворота этот интервал не станет шире диаметра емкости, позволяя ее прохождение. Последующий поворот валиков вновь выводит их в изначальное положение для следующей емкости. Нужно отметить, что на каждую емкость приходится один поворот, и поэтому, например, если линейная скорость конвейера составляет 5 емкостей в секунду, то валик поворачивается аналогично с частотой 5 оборотов в секунду. Данное описание относится к двойным валикам, но аналогичный эффект можно обеспечить с одиночным установленным эксцентрично вертикальным поворотным валиком, взаимодействующим с противоположной неподвижной стенкой, или с помощью кулачка с поперечным возвратно-поступательным ходом и противоположной неподвижной стенкой, или с помощью пары возвратно-поступательных кулачков.

Альтернативное средство фиксирования емкости может содержать вращающийся завиток, установленный в продольном направлении над конвейером; при этом его поверхность расположена на такой высоте, при которой он может контактировать с емкостью предпочтительно вблизи своего центра тяжести, чтобы свести к минимуму риск опрокидывания емкости. Завиток представляет собой стержень, в котором сформирована спиральная резьба, размер которой позволяет вмещение емкости. Для круглой емкости профиль резьбы предпочтительно является полукруглым; и для других форм поперечного сечения можно обеспечить соответствующий профиль; или, как вариант, для правильных многоугольных форм целесообразным может быть также полукруглый профиль резьбы. Емкость подается в открытый конец резьбы конвейером, как вариант, с помощью отражательной перегородки. Вращение завитка движет спиральную резьбу против движения конвейера. Шаг резьбы изменяется по ее длине. Вначале она предпочтительно имеет крупный шаг, который затем уменьшается, чтобы замедлять емкость до ее совмещения с дозирующим соплом, в результате чего емкость находится в этот момент в станции дозирования, и затем шаг резьбы возрастает, чтобы ускорить емкость и довести ее до дальнего (нижнего по ходу) конца спиральной резьбы, предпочтительно на скорости конвейера. Целесообразно, чтобы завиток делал один оборот в центральной секции пребывания в пределах минимального шага резьбы. Нужно отметить, что завиток может однократно принимать три емкости, из которых одна будет замедляться, одна будет находиться в положении пребывания в совмещении с дозирующим соплом; и третья емкость будет следовать с ускорением от станции дозирования.

После дозирования выбранного компонента или составной части в емкость ее транспортируют от станции дозирования для выполнения последующих операций, которые могут предусматривать введение одного или более других компонентов. Одна последующая операция, которую можно применить, когда сама емкость имеет дозатор состава, например из числа перечисленных выше составов, заключается в укупорке или уплотнении горловины емкости; например, установка укупорочного устройства на горловине, или введение его в горловину, либо сжатие боковых стенок вместе и их термосваривание или склеивание. Укупорочное средство может быть выполнено с возможностью снятия, чтобы пользователь мог удалить содержимое емкости или чтобы оно действовало как дозирующий элемент. Этот элемент может содержать клапан или исполнительный механизм для аэрозоли, насосный механизм для насосного дозатора, например пульверизатор, ролик (часто, подвижный шарик), и корпус для ролика на дозаторе, перфорированную или содержащую отверстие пробку для местного нанесения жидкости или крема/мягкого вещества. При необходимости этот дозирующий элемент может иметь защитную крышку или другой вид упаковки, устанавливаемые еще одной последующей операцией.

Если емкость используется для анализа, например, в быстродействующем автоматическом аналитическом оборудовании, то последующая и/или предыдущая операция может предусматривать введение еще одного реагента и анализируемого образца, и в последнем случае операция включает в себя этап детектирования, на котором измеряют или наблюдают и регистрируют обнаруживаемое свойство или изменение этого свойства.

Данные способ и устройство описываются по отношению к частному случаю дозирования жидкости в емкость, но необходимо отметить, что жидкость представляет собой негазообразное текучее вещество, т.е. материал, который течет при воздействии на него умеренным давлением, обычно менее 1 бар, включая текучие жидкости повышенной вязкости, текучие гели и порошки.

После изложения настоящего изобретения в общих чертах далее следует более подробное описание его конкретного варианта осуществления только в качестве примера и со ссылкой на прилагаемые чертежы, в числе которых:

Фиг.1 изображает блок-схему устройства;

Фиг.2 - горизонтальную проекцию снизу показываемого на Фиг.1 сопла, имеющего множество сливов;

Фиг.3 - боковую проекцию, с поворотом на три четверти, сопла, показываемого на Фиг.2;

Фиг.4 - схематическую горизонтальную проекцию средства фиксирования банки; банка показана в соответствующем фиксированном положении.

Устройство содержит резервуар (1) жидкого парфюмерного состава (2), который соединен по подающей линии (3) через керамический дозирующий насос (4) с дозирующим соплом (5) в дозирующей головке (6). Дозирующим насосом (4) является насос модели 092117 с регулируемым ходом и содержащим базу/модуль электродвигателя однонаправленного действия тяжелого режима работы, с насосной разделенной головкой производства Ivec Corporation; при этом поршень в каждом цикле поворачивается на 360°. Сопло (5) имеет тринадцать параллельных сливов (7), из каждого выталкивается параллельный поток жидкости (8) при работе дозирующего насоса (4). Аэрозольная банка (9) с горловиной (10) и с диаметром приблизительно в 2,2 раза большим, чем диаметр сопла (5), расположена перпендикулярно под соплом (5) на расстоянии около 11 см. Датчик светового излучения для банки (9), содержащий излучатель (11) и детектор (12), расположен рядом с банкой и электронными средствами связан с исполнительным механизмом (отдельно не показан) насоса (4); сигнал формируется детектором (12), когда световое излучение прерывается, и передается для приведения в действие отверстия насоса, когда присутствие банки (9) определяется под соплом (5). Излучатель (13) лазерного луча расположен между соплом (5) и горловиной (10) и формирует параллельный луч светового излучения, который прерывается одним или более потоками (8), и образующаяся при этом тень детектируется детектором (14), подтверждая прохождение дозы жидкости в емкость (9). Каждый из детекторов (12 и 14) выполнен с возможностью формирования и передачи сигнала в компаратор (15), если, соответственно, обнаружена банка или доза; и если доза не обнаружена в течение определенного времени, соответствующему одному циклу дозирования, то компаратор может выработать сигнал предупреждения оператору или привести в действие отбраковочный механизм (не показан).

Конвейерная лента (16) доставляет банку (9) в упор к средству фиксирования банки, которое представляет собой вращающийся завиток (17), находящийся над конвейером (16) и обращенный навстречу движению на высоте центра тяжести банки (9). Завиток (17) имеет стержень (25), который может быть выполнен с возможностью поворота электромотором (не показан) и в котором сформирована спиральная резьба с изменяющимся шагом по длине стержня (25). Шаг резьбы в нарастающей степени уменьшается до своего минимума, когда емкость находится в совмещении с дозирующим соплом (5) в течение времени, не превышающего длительность одного поворота, и затем шаг возрастает. Резьба (26) является полукруглой в профиле, и размер ее выполнен с возможностью приема банки (9). Конвейер 16 вводит банку (9) в исходный конец резьбы (26), и за счет вращения завитка (17) банка (9) находится в станции дозирования, пока не дойдет до завершающего конца резьбы (26), где она выходит из завитка и отводится с конвейера (16).

Имеющее совокупность сливов сопло (5), более подробно показанное на Фиг.2 и 3, имеет наружный диаметр 11 мм и содержит 13 отдельных сливов (7) из нержавеющей стали, каждый из которых имеет глубину около 5 мм (23) по отношению к плоской опорной поверхности (24), стенку (22), ограничивающую выпускное отверстие диаметром около 1,2 мм и отстоящую от соседних сливов на расстояние около 2-3 мм (20а, 20b). Сливы (7) являются параллельными.

При работе линия наполнения продвигается со скоростью около 6 банок в секунду, и таким образом длительность цикла завершения дозирования составляет около 170 миллисекунд. Первый период величиной около 90 миллисекунд занимает обнаружение банки и время срабатывания дозирующего насоса, составляющее около 75 миллисекунд. Затем насос действует в течение одного цикла, который длится около 7 миллисекунд - для дозирования 1,5 мл жидкого парфюмерного вещества в каждую банку, с обеспечением последующего страховочного временного интервала длительностью в 63 миллисекунды, чтобы жидкость за это время смогла пройти в банку; указанный временной интервал является интервалом после дозирования и выведения банки из станции дозирования. Этот способ обеспечивает точное дозирование парфюмерного вещества в банку при значительной скорости действия линии.

Хотя настоящее изобретение описывается на примере дозирования парфюмерного вещества в банку, это же устройство можно аналогичным образом использовать для дозирования других жидких добавок или составляющих компонентов в другую емкость; при этом средство фиксирования - будь то завиток или иное средство - конструируется для данного способа для фиксирования емкости в соответствующем вертикальном положении, с горловиной, обращенной к соплу; и при необходимости - с упором в боковую стенку, если емкость гибкая.

Изобретение относится к наполнению емкости через насадку, в частности к дозированию компонента какого-либо состава, например средства личной гигиены, в емкость, предназначенную для удерживания в руке. Для преодоления трудностей, связанных с малой длительностью операции наполнения на линии наполнения, предлагается применить дозирующее устройство, в котором в ответ на сигнал датчика (12), обнаруживающего присутствие емкости (9), дозирующий насос (4) для дозирования от 0,1 до 2 мл подает жидкий состав (2) через дозирующее сопло (5), установленное над емкостью (9), в которую поступает отпускаемая доза. Фиксирующее средство, например в виде завитка, (17) позволяет емкости (9) находится в дозирующей станции в течение времени до 500 мсек. Причем сопло (5) имеет множество отдельных сливов (7), каждый из которых имеет отверстие с диаметром от 0,8 до 3 мм и отстоит друг от друга на такое расстояние, которое предотвращает слияние их отдельных потоков. При этом сливы (7) выступают от своей опоры на расстояние, достаточное для того, чтобы предотвратить слияние капель из соседних сливов. Решение направлено на повышение точности дозирования при сохранении высокой скорости наполнения. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Высокоскоростной способ введения дозы жидкого компонента в емкость, имеющую открытую горловину, согласно которому доставляют емкость в дозирующую станцию, обнаруживают емкость в дозирующей станции, фиксируют емкость в дозирующей станции, и в это время в емкость вводят дозу, и

выводят емкость из дозирующей станции, причем указанная станция содержит фиксирующее средство для емкости, датчик для емкости, дозирующую головку, расположенную над фиксирующим средством и вмещающую в себе дозирующее сопло, ориентированное вниз к горловине емкости, при этом фиксирующее средство обеспечивает соплу возможность совмещения с горловиной емкости в течение заданного времени до 500 мс, впускную линию для жидкого компонента, оканчивающуюся в сопле, и дозирующий насос, установленный во впускной линии для дозирования от 0,1 до 2 мл, приводят в действие дозирующий насос в ответ на сигнал датчика, обнаруживающего присутствие емкости в дозирующей станции, в результате чего жидкий компонент выталкивается через наполняющее сопло в потоке в течение заданного времени, при этом сопло выполнено в виде узла отдельных сливов, выступающих из опоры, каждый из которых имеет отверстие с диаметром от 0,8 до 3 мм, и каждый слив отделен от соседнего слива интервалом, в результате чего потоки жидкости, выталкиваемой параллельно через соседние отдельные сливы, не сливаются вместе, и выступает ниже опоры на такое расстояние, при котором предотвращается или затрудняется образование капли при слиянии жидкости между окончаниями соседних сопел.

датчик для емкости в дозирующей станции,

дозирующую головку, расположенную над фиксирующим средством и вмещающую в себе дозирующее сопло, ориентированное вниз к горловине емкости,

при этом фиксирующее средство позволяет емкости находиться в дозирующей станции в течение времени до 500 мс и обеспечивает соплу возможность совмещения с горловиной емкости в течение заданного времени,

впускную линию для жидкого компонента, оканчивающуюся в сопле, и

дозирующий насос, установленный во впускной линии для дозирования от 0,1 до 2 мл,

управляющее средство для приведения в действие дозирующего насоса в ответ на сигнал датчика, обнаруживающего, когда емкость расположена в дозирующей станции,

средство для выталкивания жидкости через дозирующее сопло в виде потока, причем в указанном устройстве сопло используется в виде узла отдельных сливов, выступающих из опоры, каждый из которых имеет отверстие с диаметром от 0,8 до 3 мм, при этом каждый слив отделен от соседнего слива интервалом, в результате чего потоки жидкости, выталкиваемой параллельно через соседние отдельные сливы, не сливаются вместе, и каждый отдельный слив выступает ниже опоры на такое расстояние, при котором предотвращается или затрудняется образование капли при слиянии жидкости между окончаниями соседних сопел.