现有技术描述
迄今为止，已经知道将牛奶、果汁等填充到纸容器中的高速流体填充
设备，如图1中所示的设有填充工位的高速流体填充设备。上述高速流体填
充设备设有一具有填充工位的设备框架1，一能够运送容器使其顺序停止在
填充工位的载运输送机2，一回转体4，该回转体4具有一设置在上述载运输
送机2的运送路线起点上方的径向芯轴3，设置在运送路线中心的填充工位
的一填充装置8和一容器升降装置9，该填充装置8具有一填充罐5、一定量
缸6和一填充嘴7，一设置在运送路线后半段的热封机10等等。
使用上述高速液体填充设备进行填充和包装包括下列步骤：第一，从
一保持能够形成四角形柱的容器材料的库房11取出容器材料(硬纸板)，
同时扩展成四角形，随后将其插入一芯轴3中，然后用一底部加热装置12
对将成为容器底部的端部进行加热，绕容器的已加热端部由一容器端部折
叠装置13折平，由一容器底部压制装置14对已经折平的上述端部进行压制
并制成具有一底部的四角形柱形容器，上述带有底部的四角柱形容器从芯
轴传送到一与链条15连接的容器保持器。上述载运输送机2由一与上述多容
器保持器联接的链条15，和一对分别设置在由链条15桥接的运送路线的起
点和终点的链轮16和17构成。
已传送到载运输送机的带有底部的四角柱形容器由与链条15连接的容
器保持器在一接收和导引容器底部的导轨18上断续载运。上述容器经过一
预折叠装置19和一消毒装置20到达填充工位，该预折叠装置19形成一折痕，
使带有底部的四角柱形容器的顶部可以很容易地折叠成屋顶形，该消毒装
置20通过喷射过氧化氢溶液和/或紫外线照射而对容器内部进行消毒。当断
续载运并停止在填充工位的带有底部的四角柱形容器由容器升降装置9向
上推动并到达上部死点后，填充喷嘴7开始填充液体。下降时持续进行填充，
直到填充喷嘴7的末端由于容器的下降而从容器上下来，在填充结束的几乎
同时，开始载运容器。其中已经填充流体的带有底部的四角柱形容器穿过
一主折叠装置21，该折叠装置21最终将已形成折痕的容器的顶部折叠成屋
顶形，经过一容器顶部加热装置22，该装置22对已折叠的容器顶部密封表
面进行加热，容器顶部由一压制容器顶部的热封机10进行热封，之后由一
打印装置23印上日期等，作为已填充液体的包装产品排出。
迄今为止，在用上述高速流体填充装置将液体如牛奶、果汁等填充到
由断续驱动输送机载运并顺序停在填充工位的纸容器中的方法中，使用了
一种方法，其中填充是在容器由容器升降装置向上推动并到达上部死点时，
由其末端靠近容器底部的填充喷嘴开始的。填充的同时容器下降，使所填
充液体不接触填充喷嘴的末端，以防止液体起泡、飞溅和摇动。另外，填
充的最大流速可以降低，以有效地防止将液体填充到纸容器中时液体起泡、
飞溅和摇动。由于必须使填充时间尽可能长，以降低填充量恒定时的填充
最大流速，在只在容器下降过程中进行的上述常规方式填充中，当填充喷
嘴从容器退出时填充同样继续。在这种情况下，喷嘴末端与填充高度之间
的距离变大，导致流体起泡和填充后热封的密封表面由于流体飞溅而被污
染这样的问题。
另外，由于填充时间延长，填充喷嘴中排放时间变慢，液体粘附到密
封表面上，刚填充完之后的液体表面变得不稳定，产生由于载运时液体摇
动等而对高速填充产生恶劣影响的问题。另外，由于在到达上部死点的位
置的填充是在容器空的状态下开始的，喷嘴末端与容器底部之间的距离考
虑到飞溅和起泡设定为接近5至10毫米，因此靠近上部死点处的填充量不能
增加。因此必须提高填充的最大流速，从而在给定的时间段内完成填充，
这经常导致液体的起泡、飞溅和摇动。延长填充时间可以被认为是为了改
善上述填充状况。但在这种情况下，容器下降的时间变长，使断续载运输
送机的停止时间变长，当计划提速时不可避免地使输送机的运输时间缩短。
结果当运输的加速度提高时液体的摇动更剧烈，且有密封表面被污染并产
生密封缺陷这样的忧虑。
发明的内容
为了提高填充设备中的填充能力，考虑对设备进行加速的计划。计划
的加速越大，设备的运行周期越短，从而使一个容器需要的填充时间变短，
对应于容器内部容量的液体在约1秒的有限时间内填充，且必须运载到下一
工序。为此必须提高填充过程中的排放流速，但提高流速会产生液体的起
泡、飞溅和摇动。填充能力是根据液体产生上述起泡、飞溅和摇动等方面
的因素而确定的，且迄今为止不能超过3000容器/喷嘴·小时(2节
(two-pitch)进给)。本发明的一个目的是提供一种液体填充方法，能够
以高达3500容器/喷嘴·小时(2节进给)的速度填充液体，而不会产生诸
如起泡、容器内部液面湍流这样的问题，以及上述方法中使用的高速流体
填充设备。
本发明的发明人进行了大量研究，来阐明上述目的，并发现高速填充
可以通过下列步骤完成：当容器上升到达上部升降死点之前开始填充，喷
嘴末端与容器底部之间的距离变大，容器在升降的上部死点填充特定量的
液体，然后在容器下降的同时继续填充。发明人还发现，不必提高填充流
速，并且在填充具有头部空间的容器时特别通过在从容器退出喷嘴之前结
束填充，可以抑制液体的起泡、飞溅和摇动。这样就完成了本发明。
更具体地，本发明涉及一种液体填充方法，其中上述方法是在上述容
器升降时将液体填充到容器中，在容器上升到达上部升降死点之前开始填
充，在上部升降死点将特定量的液体填充到容器中，然后在容器下降时继
续填充(权利要求1)。根据权利要求1所述的液体填充方法，其中容器被
断续运送，顺序到达一填充工位(权利要求2)。根据权利要求1或2所述的
液体填充方法，其中从填充开始到填充结束持续填充(权利要求3)。根据
权利要求1至3中任一项所述的液体填充方法，其中在360度的一个升降周期
中使填充从上部升降死点提前1到90度开始(权利要求4)。根据权利要求1
至4中任一项所述的液体填充方法，其中在上部升降死点，填充喷嘴末端与
容器底部之间的距离为20到70毫米(权利要求5)。根据权利要求1至5中任
一项所述的液体填充方法，其中在下降运动中填充时，容器内部液面与喷
嘴末端之间的距离为1到15毫米(权利要求6)。根据权利要求2至6中任一
项所述的液体填充方法，其中填充在容器运送停止之前开始(权利要求7)。
根据权利要求2至7中任一项所述的液体填充方法，其中在360度的一个运送
周期中使容器的上升从运送停止提前20到50度(权利要求8)。根据权利要
求2至8中任一项所述的液体填充方法，其中在容器下降结束之前开始运送
(权利要求9)。根据权利要求2至9中任一项所述的液体填充方法，其中在
360度的一个升降周期中使容器的运送从下降结束提前40到70度开始(权利
要求10)。
本发明还涉及一种高速液体填充设备，其中上述设备设有一载运输送
机，该载运输送机能够运送一容器，使其顺序停在一填充工位，还设有一
填充装置和一设置于填充工位中的容器升降装置，上述设备设有一控制装
置，该控制装置能够进行控制，使得在容器上升到达上部升降死点之前开
始填充，在上部升降死点使特定量的液体填充到容器中，然后在容器下降
的同时继续填充(权利要求11)。根据权利要求11所述的高速液体填充设
备，其中该填充装置设有一设置在容器运送路线上方的填充喷嘴，一定量
缸，该定量缸具有一内置活塞，通过上述活塞的往复运动将液体送到一填
充喷嘴中，及一独立驱动机构，该驱动机构以一任意行程量和/或任意行程
速度使上述活塞往复运动(权利要求12)。根据权利要求11或12所述的高
速液体填充设备，其中该控制装置能够这样进行控制，使得从填充开始到
填充结束持续填充(权利要求13)。根据权利要求11中13中任一项所述的
高速液体填充设备，其中该控制装置能够这样进行控制，使得在360度的一
个升降周期中将填充从上部升降死点提前1到90度开始(权利要求14)。根
据权利要求11中14中任一项所述的高速液体填充设备，其中该控制装置能
够这样进行控制，使得在上部升降死点，填充喷嘴末端与容器底部之间的
距离为20到70毫米(权利要求15)。根据权利要求11中15中任一项所述的
高速液体填充设备，其中该控制装置能够这样进行控制，使得在下降运动
填充时容器内液面与喷嘴末端之间的距离为1到15毫米(权利要求16)。根
据权利要求11中16中任一项所述的高速液体填充设备，其中该控制装置能
够这样进行控制，即在容器运送停止之前开始填充(权利要求17)。根据
权利要求11中17中任一项所述的高速液体填充设备，其中该控制装置能够
这样进行控制，即在360度的一个运送周期中将容器的上升从运送停止提前
20到50度开始(权利要求18)。根据权利要求11中18中任一项所述的高速
液体填充设备，其中该控制装置能够这样进行控制，使得在容器下降结束
之前开始运送(权利要求19)。根据权利要求11中19中任一项所述的高速
液体填充设备，其中该控制装置能够这样进行控制，使得在360度的一个升
降周期中将容器的运送从下降结束提前40到70度开始(权利要求20)。根
据权利要求11中20中任一项所述的高速液体填充设备，其中由该控制装置
进行的控制是通过改变一伺服电机的设定脉冲而进行的(权利要求21)。
优选实施例的详细描述
根据本发明的液体填充方法是在容器升降的同时将液体填充到容器中
的方法。容器必须在上下方向升降，但上述升降中的上下方向并不限于在
垂直方向的上下方向。另外，对填充喷嘴在填充装置中沿上下方向的移动
没有特别的限制，但最好只对容器进行升降，而固定填充喷嘴，因为填充
喷嘴与容器之间的距离应当适当设定。另外，作为可适用于根据本发明的
填充方法的容器，对其尺寸、形状等没有特别限制，只要能够由一升降装
置进行升降。但可以给出下面的特定例子：容器在填充液体之前是带有底
部的四角柱形，该液体从一与头部空间保持间隙的开口填入，填充后，在
其上部折叠成屋顶形状的状态下进行热封。
根据本发明的填充方法的特征在于，当容器上升而到达上部升降死点
之前开始填充。但对于填充的开始没有特别的限制，只要填充在容器上升
而到达上部升降死点之前开始。最好在一个360度(见图2，“时间表”)的
升降周期(例如从开始升降到下一次开始升降)中从升降的上部死点提前1
到90度开始填充，优选的是5到85度，更优选的是30到70度。通过这种方式，
将填充开始的时间提前可以将填充时间设置得更长，从而降低填充的最大
流速，并减少填充时液体表面的摇动和泡沫的发生。另外，在本发明的填
充方法中，从填充喷嘴将液体填充到各容器中最好是从填充开始到填充结
束的一连续填充，也就是说，尽管从填充开始到填充结束排放流速有变化，
仍稳定地连续排放液体，且能够以一更快的流速进行填充。
由于在容器上升时开始填充的本发明的填充方法能够进行高速填充，
当使用连续(serial)生产方法时特别有利，其中容器按顺序断续载运到一
填充工位并被顺序填充，和然后被顺序热封。在填充容器的开口与填充喷
嘴之间有一间隙的情况下，当填充在容器载运停止之前开始时，用于排放
液体的填充时间可变得更长。为了确保上述填充时间，最好在360度的一个
载运周期(例如从断续载运的开始到下一个开始)提前20到50度使容器开
始上升(见图2)。但在不需要延长填充时间的情况下，容器上升可以在容
器载运停止之后开始，填充也可以在容器上升到达上部升降死点之前开始。
如上所述，在根据本发明的填充方法中，当容器上升到达上部升降死
点之前开始填充，在容器升降的上部死点将特定量的液体填充到容器中。
在上部升降死点的填充量可根据容器尺寸和液体类型设定，但填充量与下
降时相比要少，最好使填充处于在下降时液体与容器底部的碰撞缓和的程
度。为了抑制液体起泡、飞溅和摇动的发生，最好将上部升降死点的填充
量设定成使在上部升降死点填充喷嘴末端与容器底部之间的距离为20到70
毫米，最好是30到50毫米，填充喷嘴与液面之间的距离为1到15毫米，最好
是5到10毫米。根据在容器上升到达升降死点之前开始填充的本发明填充方
法，在上部升降死点已经填充的少量液体用作一个缓冲器，抑制液体的起
泡、飞溅和摇动，从而能够立即提高排放流速。
在从上部升降死点开始填充的常规填充方法中，填充是在容器空的状
态下开始的，鉴于会发生飞溅，在接近上部死点时填充量不能快速提高。
由于快速填充是在此之后的一个有限的时间段内进行的，在该过程中发生
了液体的起泡、飞溅和摇动。当延长填充时间来改善液体的起泡、飞溅和
摇动时，由于载运输送机的停止时间变长，载运输送机移动时间变短。结
果移动时的流动加速度提高，由于填充后容器内液体的摇动变得剧烈，导
致密封不良，最终如上所述的液体的起泡、飞溅和摇动成为高速生产的问
题。
在根据本发明的填充方法中，当容器上升到达上部升降死点之前开始
填充，然后在容器下降时(继续)进行填充。由于能够有效地在一特定填
充时间内抑制液体的起泡、飞溅和摇动的发生，下降填充时容器内液面与
喷嘴末端之间的距离最好是1到15毫米，特别是5到10毫米。
在容器填充开口与填充喷嘴之间有间隙的情况下，填充后开始运送时
液体的摇动可通过在容器下降结束之前开始运送而缓和。例如，最好在一
个360度(见图2)的升降周期(例如从开始升降到下一次开始升降)中从
下降结束提前40到70度开始运送容器。为了在断续驱动纸容器填充设备中
抑制由于填充之后立即运送而引起的液体摇动，可以延长运送时间，但如
果运送时间延长，则停止时间将不得不缩短。本发明中，通过在容器上升
时就开始填充能够实现在不降低生产能力的情况下对付液体摇动的措施。
若填充时间不必是很长，容器的运送可在容器填充且容器下降结束之后开
始。
对于具有头部空间的容器，最好将容器设定成在填充结束后喷嘴这样
从容器退出，例如使得在360度的一个升降周期中在填充结束后40到70度结
束下降。通过这种方式，在本发明的填充方法中，在填充下降过程中容器
内液面与喷嘴末端之间的距离可保持在1到15毫米，直到填充结束。由于在
填充结束之后喷嘴末端位置仍靠近容器内液面，不仅有效地抑制了液体起
泡、飞溅和摇动的发生，而且防止了由于流体滴落等而对密封表面的污染。
相反，在常规填充方法中，为了使用较长的填充时间来抑制填充的最
大流速，在喷嘴从容器退出的同时继续填充。由于在喷嘴末端与容器内液
面之间的距离变长的情况下填充，导致流体起泡、飞溅和摇动的发生。另
外，当从容器中退出喷嘴时，设计成用一卡阀(chuck valve)对喷嘴内部
进行减压，强制抑制填充结束时液体的粘(拉丝)性(stringiness)和滴落，
以防止由于流体滴落等污染密封表面。
本发明的填充方法用根据本发明的高速填充设备适当地实施。本发明
的高速液体填充设备装有一载运输送机，能够运送容器使容器顺序停止在
填充工位，及一填充装置和一设置于填充工位中的容器升降装置，对于填
充设备没有特别限制，只要它设有控制装置，能够这样进行控制，使得在
容器上升到达上部升降死点之前开始填充，并在上部升降死点时将特定量
的液体填充到容器中，然后在容器下降的同时(继续)进行填充。除控制
装置之外，还可使用带上述公知的每个常规装置的液体填充设备。但上述
高速液体填充设备中的填充装置最好在容器运送路线上方设有填充喷嘴，
一具有内置活塞的定量缸，其中通过活塞的往复运动将液体送到填充喷嘴，
及一单独驱动机构，该驱动机构以任意的行程量和/或任意的行程速度使上
述活塞往复运动。
图3示出一高速液体填充设备，其中上述设备装有一载运输送机2，能
够运送一具有底部C的四角柱形纸容器，使容器C顺序停止在填充工位S，
以及一填充装置8和一设置于填充工位S中的升降装置9，通过断续驱动的上
述载运输送机2的一个周期的作用，一次两个容器被顺序运送两个节距，两
个容器C同时被运送到填充工位S并停止。上述填充装置8在填充工位S中装
有设置于容器运送路线上方的两个喷嘴7，使它能够对应于两个容器C，两
个具有内置活塞的定量缸6，其中每一所定量的液体通过上述活塞的往复运
动运送到填充喷嘴7，及一独立的驱动机构，该驱动机构以任意的行程量和
/或任意的行程速度使上述活塞往复运动，所有这些都具有相同的结构。
图4示出一垂直四角喷嘴本体24，一设置于喷嘴本体24底端开口筛滤
25，用于防止液体由于其自重而向下流，一设置于喷嘴本体24高度中点处
的流出止回阀26，及一具有一活塞杆27的开阀流体压力缸28，该活塞杆27
在向下方向垂直连接到喷嘴本体24上端，并与止回阀26的阀杆接触，从而
在清洗时以释放方式推动和移动止回阀26。还示出一通过一联接管29与一
定量缸6联接的填充喷嘴7。
图5示出一个容器升降装置9，设有一用于从输送机2向上推动容器C的
上推杆30，一用于压下容器C的压下杆31，及一输送机保持器32，用于当
由上推杆30和压下杆31升降容器C时稳定容器C。上推杆30和压下杆31由一
由设置于上推杆30和压下杆31下方的伺服电机33驱动的正时(控制)皮带
34控制。如上所述，在本发明的填充方法中，在上部升降死点填充喷嘴末
端与容器底部之间的距离被设定和控制为20到70毫米，最好是30到50毫米，
从而在容器上升到达上部升降死点之前开始填充，并在上部升降死点时将
特定量的液体填充到容器中。该20到70毫米的距离比从上部升降死点开始
填充的常规填充方法中的距离要大10-65mm。由于本发明中容器上升的距
离缩短，上升结束时容器保持在输送机保持器中，容器被卡住等现象也可
以减少。
上述载运输送机2、填充装置8、容器升降装置9等都是公知的。但如图
2中的时间表所示的，本发明的高速液体填充设备例如设有一能够控制这些
相互操作的控制装置。这些控制装置的具体例子有：一种装置，其中作为
上述载运输送机2的驱动源的伺服电机的设定脉冲由一特定计时图形改变，
并控制输送机2的断续驱动中运送起点和终点的计时、运送流速、运送距离
等；一种装置，其中作为上述定量缸6的内置活塞的驱动源的伺服电机的设
定脉冲由一特定计时图形改变，并在活塞往复运动中开始和停止往复时的
行程计时、行程量和行程流速；一种装置，其中作为上述容器升降装置9
的驱动源的伺服电机的设定脉冲由一特定计时图形改变，并借助于正时(控
制)皮带34控制当容器升降装置9的上推杆30和压下杆31开始和停止升降时
的计时、行程量和行程流速。
设置上述控制装置能够实现下列各点：进行控制，使得从填充开始到
填充结束填充持续进行；进行控制，使得填充的开始在一个360度的升降周
期中从升降的上部死点提前1到90度，最好是5到85度，更好是30到70度；
进行控制，使得在上部升降死点填充喷嘴末端与容器底部之间的距离为20
到70毫米，最好是30到50毫米；进行控制，使得当下降填充时容器内部液
面与喷嘴末端之间的距离为1到15毫米；进行控制，使得在容器运送停止之
前开始填充；进行控制，使得容器的上升从360度的一个运送周期中运送停
止前20到50度开始；进行控制，使得在容器下降结束之前进行运送；进行
控制，使得容器运送从360度的一个升降周期中下降结束前40到70度开始。
图6以与填充喷嘴的相对位置关系示出用上述控制装置控制的容器从
上升开始到下降结束的运动。另外，图6a至6g对应于图2的时间表中的a到g。
图6a示出容器开始上升的点(容器被运送)；图6b示出容器开始填充的点
(容器上升和运送)，图6c示出容器运送停止的点(填充正在上升的容器
时)，图6d示出容器上升停止和容器下降开始的点(填充容器时的上部死
点)；图6e示出容器开始运送的点(填充正在下降的容器时)；图6f示出
容器填充结束的点(容器下降和运送)；图6g示出下降结束的点(容器被
运送)。
另外，作为上述填充装置、容器升降装置等的驱动和控制源的伺服电
机的替换，也可使用其它驱动和控制源。例如，可使用任何由来自控制装
置的脉冲而控制的电机，如脉冲电机。另外，通过提供一对电机旋转角度、
活塞运动量等进行检测的检测装置，可使用除上述之外的电机。除这些之
外，如上所述，在不需要长的填充时间的情况下，还能够这样进行控制，
使得容器的填充和容器的升降只在容器运送停止时进行。