Система дозирования
Изобретение относится к системам дозирования жидкости в контейнер. Контейнер транспортируют на дозирующую станцию. Станция включает удерживающие средства, дозирующую головку, которая расположена выше удерживающих средств и содержит сопло дозации. Сопло ориентировано вниз к входному отверстию контейнера. Заполняющая линия для жидкости заканчивается на сопле. Клапан, регулирующий поток текучей среды, установлен внутри заполняющей линии и способен быть открытым в течение заданного периода времени. Поток сканируется лучом света, генерируемым лазером, с частыми интервалами. Производят расчет ширины потока при каждом сканировании. Далее получают представительную величину объема жидкого компонента между последовательными сканированиями и накопление последующих представительных величин, чтобы получить совокупную величину дозы. Производят сравнение совокупной величины с заданным диапазоном величин дозы и, если совокупная величина лежит выше или ниже диапазона величин дозы, осуществляют генерирование сигнала, активизирующего средства для соответственного уменьшения или увеличения дозы, вводимой в последующий контейнер. Изобретение обеспечивает точное дозирование жидкости без потерь продукта и простоев, требующихся для очистки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.
Настоящее изобретение относится к системе дозирования и, в частности, к системе для дозирования жидкости в контейнер.
Предпосылки изобретения
Настоящее изобретение главным образом применимо для производителей продуктов, включающих объем смеси текучей среды, дозируемый в общий объем смеси в контейнеры, имеющие обычный объем между 5 и 1000 миллилитров, хотя, в зависимости от господствующих обстоятельств, могут быть рассмотрены контейнеры как большего, так и меньшего объема. Соединения текучей среды в таких продуктах обычно содержат один или более жидких компонентов, таких как добавки, предназначенные для придания соединению желательных характеристик. Каждый из этих многих компонентов или добавок обычно присутствует в сравнительно небольшой пропорции к общему объему соединения, но, по многим причинам, желательно, чтобы они точно дозировались в соединение. Некоторые причины прямо связаны с природой компонентов или добавок, такие как вариация качества продукта; например, если добавка - аромат или компонент аромата, неточная дозировка может изменять ощущаемый запах продукта. Другие причины могут иметь большое значение; например, многие добавки относительно дороги, таким образом, общая стоимость продукта может непреднамеренно увеличиться даже при небольшом увеличении количества введенной добавки. Настоящее изобретение наиболее желательно применимо к дозированию компонента или только малой фракции соединения в контейнер.
В одном известном способе для производителей, чтобы заполнить контейнеры или ввести один или более компонентов внутрь них, контейнер транспортируется конвейером к наполняющей станции, удерживается там настолько долго, насколько нужно для заполнения, и после этого удаляется, чтобы подвергнуться следующей операции, такой как закрывание или запечатывание контейнера. Максимальная скорость заполняющей линии определяется скоростью самой медленной операции, которая может иметь последствия, указанные ниже.
Устройство описано преимущественно для транспортировки соединения текучей среды или компонента в контейнер или в содержимое резервуара через выпускное отверстие в дозирующей головке под давлением.
Один способ производства продукта, содержащего соединение текучей среды, заключается в подготовке большой порции соединения, содержащего все его компоненты, в чан и затем извлечении отмеренной дозы этого соединения из чана в выбранный контейнер. Эта система имеет широкое распространение, так как сравнительно проста в действии. Она сравнительно проста для смешивания больших объемов текучей среды для достижения приемлемой однородности и точности дозирования. Такой масштаб означает, что даже сравнительно малые пропорции компонентов могут быть добавлены совершенно точно. Например, при десятитонном масштабе 0,1% массы составляет 10 кг, которые могут быть быстро отвешены с точностью, большей, чем 1%.
Тем не менее, система порционного производства сравнительно негибка в работе и включает множество неудобств, которые становятся все более ощутимыми по мере изменения привычек потребителя и производственных требований производителя. Имеется нарастающая тенденция к большему разнообразию любого единичного продукта, такого как вариации в числе различно ароматизированных продуктов, предложенных потребителям для удовлетворения их индивидуальных предпочтений. Во-вторых, имеется тенденция к концентрации производителями продукции на меньшем числе производственных мест. Обе эти тенденции означают уменьшение вероятности того, что последовательные порции, изготовленные в одном и том же чане, будут иметь одинаковый состав. Когда состав последовательных порций различен, необходимо очистить чан и линию снабжения станции для того, чтобы избежать перекрестного загрязнения между двумя соединениями. Это может привести к значительному простою между производством порций, и, во-вторых, имеются потери первого соединения, которое прилипло к стенкам чана и осталось в линии снабжения. Оба этих фактора увеличивают среднюю эффективную производственную стоимость для производителя.
Таким образом, было исследовано, как уменьшить или обойти проблемы, очерченные выше для порционного производства. В одном заменяющем способе рассмотрен ввод жидкого компонента соединения непосредственно в конечный контейнер. Это, тем не менее, приносит другую серию проблем или трудностей. Сначала, так как объем соединения, которое нужно ввести в контейнер, относительно невелик по сравнению с размером порции, значительно большей проблемой являются дозирование точного веса индивидуального компонента и, особенно, добавки в контейнер по сравнению с целой порцией. Во-вторых, легче всего можно рассмотреть дозирование непосредственно в контейнер через станцию на линии. Скорость линии диктует длину окна, пока контейнер находится под станцией, в течение которого может быть выполнено добавление компонента. Обычно это сравнительно короткий период времени, часто измеряемый долями секунды. Хотя окно могло бы быть расширено перемещением станции с приблизительно той же скоростью, как и линии, чтобы дольше удерживать их на одном уровне, однако это по своей сути усложняет оборудование, делая его более дорогим и вводя дополнительный риск механической поломки.
В GB 1492451 описан простой способ для измерения приблизительного объема материала из (макро)частиц, такого как, например, струя дробленого каменного угля, падающая с конца ленты конвейера, в котором световой источник, освещающий падающий каменный уголь, отбрасывает теневой профиль на просвечивающий экран, воспринимаемый телевизионной камерой или набором фотодиодов. Это раскрытие изобретения является ближайшим уровнем техники в связи с проблемой, к которой обращено настоящее изобретение.
Объектом настоящего изобретения является создание способа и устройства, которые могут преодолеть или уменьшить одну или более проблем, обозначенных выше, чтобы усовершенствовать дозирование жидкого компонента в контейнер.
Дальнейшим объектом определенных предпочтительных реализаций настоящего изобретения является совершенствование дозирования небольшого объема жидкости в заполняемый контейнер при высокой скорости заполняющей линии.
Сущность и краткое описание настоящего изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения предусмотрен способ введения дозы жидкого компонента в контейнер, имеющий открытое входное отверстие, включающий шаги:
транспортирование контейнера на дозирующую станцию,
удерживание контейнера в пределах дозирующей станции, пока доза вводится в контейнер, и
после этого, транспортировка контейнера от дозирующей станции,
причем дозирующая станция содержит удерживающие средства для контейнера, дозирующую головку, которая позиционирована выше удерживающих средств и включает дозирующее сопло, ориентированное вниз к входному отверстию контейнера, заполняющую линию для жидкого компонента, заканчивающуюся на сопле, и клапан регулировки потока текучей среды, установленный внутри заполняющей линии и способный быть открытым в течение заданного интервала времени;
открывание клапана, когда контейнер удерживают в пределах дозирующей станции и выталкивание дозы жидкого компонента через сопло в виде потока;
сканирование лучом света, генерированным лазером, через поток с частыми интервалами;
расчет ширины потока при каждом сканировании и в дальнейшем получение представительной величины объема жидкого компонента между последовательными сканированиями и накопление последующих представительных величин, чтобы получить совокупную величину для дозы;
сравнение совокупной величины с заданным диапазоном величин дозы и, если совокупная величина лежит выше или ниже диапазона величин дозы, генерирование сигнала, активизирующего средства для соответственного уменьшения или увеличения дозы, вводимой в последующий контейнер.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения для введения точной дозы жидкого компонента в контейнер, имеющий открытое отверстие, предусмотрено устройство, содержащее:
конвейерные средства для транспортировки контейнера на дозирующую станцию и конвейерные средства для транспортировки контейнера от дозирующей станции после того, как доза введена в контейнер,
при этом дозирующая станция содержит:
удерживающие средства для удерживания контейнера на дозирующей станции,
дозирующую головку, позиционированную выше удерживающих средств и включающую дозирующее сопло, ориентированное вниз к входному отверстию контейнера,
заполняющую линию для жидкого компонента, подсоединяемую одним концом к сосуду хранения жидкого компонента и заканчивающуюся вторым концом в дозирующем сопле, и
клапан регулировки потока текучей среды, установленный внутри заполняющей линии, средства управления для открытия и закрывая клапана регулировки потока жидкости, когда контейнер расположен на дозирующей станции,
средства выталкивания дозы жидкости через сопло дозации в виде потока,
лазерный генератор, позиционированный на высоте, промежуточной между высотой удерживающих средств и высотой сопла, и ориентированный так, чтобы сканировать узкий луч света с регулярными частыми интервалами через поток жидкого компонента на детектор, тем самым измеряя ширину потока в каждом интервале,
контроллер, приспособленный для получения входного сигнала от детектора; причем контроллер сначала вычисляет ширину потока при каждом сканировании и тем самым получает представительную величину объема жидкого компонента в потоке в интервале между одним сканированием и следующим, во-вторых, вычисляет совокупную величину общего объема потока в дозе, в-третьих, сравнивает совокупную величину с заданным диапазоном величин дозы и, если совокупная величина лежит выше или ниже заданного диапазона, генерирует сигнал, активизирующий средства для соответственного уменьшения или увеличения дозы, вводимой в последующий контейнер.
На практике клапан регулировки потока действует под управлением временного устройства, которое открывает клапан на установленный период времени.
Когда клапан регулировки потока открыт, поток жидкого компонента выталкивается к контейнеру. По существу, сканирующее лазерное устройство сканирует поток очень часто и с постоянным интервалом между каждым сканированием. Детектор обнаруживает, где узкий луч света, генерированный лазерным генератором, перехватывает поток жидкого компонента и где он проходит от источника до детектора, не встречаясь с потоком, так что ширина потока может быть вычислена при каждом сканировании. Исходя из ширины сканирования, сечение потока может быть легко вычислено в связи с известным сечением выходного отверстия дозирующего сопла. В общем, можно принять, что поток сохраняет форму поперечного сечения выходного отверстия сопла, обычно являющуюся окружностью, так что объем может быть вычислен из формулы πld2/4 (где d - ширина потока и l - расстояние, пройденное потоком между последующими сканированиями), таким образом получая величину, которая отражает объем потока между последовательными сканированиями. Посредством накопления величин последовательных сканирований совокупная представительная величина может быть получена для объема потока в каждой дозе.
Затем совокупная величина для каждой дозы сопоставляется с заданным диапазоном величин дозы и, если он либо выше, либо ниже диапазона, устройство запрограммировано так, чтобы генерировать сигнал к средствам для регулирования размера дозы. Эти средства регулировки дозы могут содержать либо изменение периода времени, в течение которого клапан регулировки потока остается открытым, либо средства для изменения давления, приложенного к жидкому компоненту для его выталкивания через открытый клапан регулировки потока. Прежде чем сканирующий лазер встречает следующую дозу, совокупная величина для потока приводится к нулю.
Диапазон величин дозы может быть изменен оператором, чтобы дать возможность вводить в каждый контейнер различный заданный объем той же самой или иной жидкости.
На практике в течение рабочего прогона иногда возникает тенденция падения объема распределяемой дозы от начала прогона к его концу, зависящая по меньшей мере частично от средств, избранных для приложения давления к дозируемой жидкости. Соответственно, в таких обстоятельствах более обычно периодически увеличивать объем дозы, когда объем падает ниже своего определенного нижнего предела для приемлемой дозы, нежели уменьшать объем дозы, если бы он превысил свой определенный верхний предел. Во многих случаях изменение объема дозы является шаговым, желательно запланированным для приведения объема дозы в пределы заданного диапазона объема дозы, например, до уровня, близкого к среднему уровню этого диапазона, что означает, что шаговое изменение объема составляет приблизительно половину размера диапазона, например от 40 до 60% диапазона. Тем не менее, в некоторых случаях минимальное шаговое изменение определяется оборудованием, что, в свою очередь, может означать, что шаг немного больше, нежели было указано выше, особенно при обстоятельствах дозирования относительно малых объемов. Кроме того, в случае, если минимальный шаг меньше, чем приблизительно половина диапазона объема, пользователь располагает выбором настройки шагового изменения, так что оно, если и не достигает среднего уровня этого диапазона, то вместо этого приходит к уровню, который ближе к пределу, от которого ранее отклонилось дозирование.
Также важно то, что пользователь по желанию будет иметь возможность устанавливать два диапазона, один из которых будет внешним, а другой - внутренним, вложенным в пределы внешнего. Наличие внутреннего диапазона позволяет пользователю поддерживать объем дозы, относительно близкий к центру диапазона, как было отмечено выше, а пределы внешнего диапазона будут действовать как предупреждение, или генерировать предупреждающий сигнал пользователю о том, что возникла проблема.
Возвращение объема дозы в пределы желательного диапазона может осуществляться множеством различных путей, включающих увеличение массы газа, присутствующего в сосуде хранения, содержащем жидкий компонент, или изменение времени открытия клапана регулировки потока во время каждого цикла дозирования.
В то время как это изобретение особенно пригодно для введения небольшого объема жидкости в контейнер, например в распределительный контейнер для продукта персонального ухода, с намерением завершения соединения внутри контейнера, важно и то, что та же методика может быть применена и для введения отмеренного объема жидкого компонента, составляющего даже основную долю возможного конечного соединения. Хотя изобретение особенно удобно для введения компонента соединения, предназначенного для распределения и продажи в контейнере, в который он введен, нужно отметить и то, что изобретение также пригодно для применения при аналитических процедурах, в которых желательно введение точно отмеренных объемов аналитического реагента и/или образца в камеру, где впоследствии может быть выполнен анализ.
Подробное описание изобретения и его предпочтительных реализаций
Настоящее изобретение относиться к устройству и способу для точного дозирования объема жидкости, особенно небольшого объема жидкости, в контейнер для конечной продажи или дальнейшей обработки. Контейнер часто предназначается для ручного употребления. В частности, контейнер обычно имеет сравнительно узкое входное отверстие, описанное более подробно ниже, через которое он заполняется. Так как существенный компонент содержит лазерное устройство, которое генерирует узкий луч света на поток с высокой и постоянной частотой, то представительная величина объема жидкости в потоке может быть вычислена после каждого сканирования, и при сравнении совокупной величины с диапазоном величин доз, определенным предварительно установленными верхней и нижней величинами, отклонения объема этой жидкости, которая дозируется в непрерывную серию контейнеров, могут удерживаться в пределах или очень близко к допустимому отличию от заданного значения. Методика способна действовать при относительно высокой скорости подачи контейнеров к дозирующей головке.
Настоящее изобретение будет описано здесь со ссылкой, в частности, на производство соединений для конечной продажи. Изобретение пригодно для введения добавок в контейнер для смешивания с основной рецептурой (в некоторых случаях альтернативно называемой основной порцией), содержащей остальные компоненты соединения. Этим способом возможно производить и/или запасать порции, состоящие из большей доли любого конкретного соединения, которая может быть той же от одной порции до следующей, избегая потерь продукта и простоев, требующихся для очистки производственного или накопительного чана между порциями. Вариации легко получаются введением различных добавок, взятых из индивидуальных сосудов для хранения, которые могут быть даже контейнерами, в которых добавка доставляется производителю соединения. Возможно даже рассмотреть непрерывные или полунепрерывные производственные процессы для основной рецептуры с оценкой повышенной способности варьировать внесение различных добавок, что и предлагает настоящее изобретение.
К диапазону добавок или других жидких компонентов, для которых настоящее изобретение применимо, относится любая жидкость, которая может перекачиваться. Добавка может сама быть жидкостью при преобладающих условиях или может быть приведена в жидкое состояние растворением или дисперсией в пригодном растворителе или несущей жидкости. Обычно компонент может быть жидким или сжиженным при температуре окружающей среды, хотя изобретение применимо, при желании, для материалов, которые становятся жидкими при высокой температуре, например, вплоть до 100°C. Выбор жидкого компонента изменится в зависимости от природы или предполагаемого использования соединения. Такие жидкие компоненты могут быть выбраны из неограничивающего списка, содержащего: жидкие абразивы; окислительные агенты; болеутоляющие; агенты против угревой сыпи; агенты-отвердители или антиотвердители; противокариесные агенты; агенты против перхоти; антипенные или вспенивающие агенты; противогрибковые агенты или фунгициды; антимикробные агенты или микробициды; антиокислители; антиперспиранты; антистатики; восстановительные агенты; буферные агенты; жидкие наполнители или растворители; хиланты; красители или краски; ингибиторы коррозии, косметические добавки; денатураты; дезодораторы; депиляционные или эпиляционные агенты; лекарства; эмульгаторы; стабилизаторы эмульсии; анальгетики наружного применения; пленкообразователи; ароматизаторы; ароматы; красители, агенты-кондиционеры, фиксаторы, завиватели или выпрямители и отбеливатели волос; агенты, стимулирующие рост волос; осушающие или увлажняющие агенты, осветлители; агенты ухода за ногтями; нейтрализаторы; агенты устранения прозрачности; агенты ухода за полостью рта; лекарства для полости рта; окислители; агенты регуляции pH; фармацевтически активные компоненты, размягчители; консерванты; профилактические агенты; средства для похудения; отбеливатели кожи; кондиционеры кожи; средства для защиты кожи; модификаторы суспензии; растворители или несущие жидкости; солнцезащитные агенты; модификаторы внешности; поверхностно-активные вещества или агенты смягчения кожи, включая агенты увлажнения; стабилизаторы; приостанавливающие агенты; терапевтические лекарства; поглотители ультрафиолета; агенты, регулирующие или изменяющие вязкость. Если изобретение применяется в связи с анализом, жидкий компонент может содержать либо сам образец, либо реагент или растворитель, которые должны вводится в фиксированном отношении объема к образцу.
Не будучи предписанным, изобретение пригодно для применения в ходе производства продуктов персонального ухода, включающих как косметические, так и фармацевтические продукты, например дезодоранты или антиперспиранты, аэрозоли для тела, продукты для ухода за полостью рта, продукты для ухода за волосами, медикаменты, продукты для ухода за кожей, включая увлажнители, омолаживающие кожу и солнцезащитные продукты, терапевтические продукты, включая анальгетики наружного применения и терапевтические агенты, вводимые в ротовую полость в виде аэрозолей. Настоящее изобретение может также применяться для введения жидкого компонента в жидкие бытовые или промышленные продукты, такие как пестициды, очищающие агенты, стиральные смеси, как для стирки тканей, так и для очищения или дезинфекции твердой поверхности, и, конечно, в любой жидкий продукт, содержащий аромат, консервант или незначительный объем добавки из списка, данного выше. Конечная форма соединения в продукте обычно текучая среда, то есть текучая при преобладающих условиях. Это может быть простая жидкость или примесь к ускорителю, такому как сжиженные газообразные углеводороды или сжатый воздух, азот или инертный газ.
Контейнер, в который в соответствии с настоящим изобретением может быть введена добавка или другой жидкий компонент, может иметь гибкие или негибкие стенки и может содержать бутылку, сосуд, банку или канистру, распределитель, пузырек, ампулу, сумку, саше, камеру для образца или другой резервуар для жидкости, при условии, что у него есть открытое входное отверстие с размером, допускающим проникновение внутрь потока жидкого компонента.
Настоящее изобретение хорошо применимо для дозирования компонента или небольшой доли всего соединения в небольшой контейнер, обычно распределяющий контейнер, и, особенно, контейнер с небольшим отверстием, на высокоскоростной заполняющей линии.
В действии настоящего изобретения жидкий компонент предпочтительно выталкивается из своего сосуда поставки в течение каждого дозирования компонента в свой контейнер под постоянным давлением, таким как давление, выбранное в диапазоне от около 2×105 до 3,5×105 Па. Постоянное давление в течение каждого дозирования позволяет жидкости течь через сопло при по существу постоянной скорости, тем самым позволяя измерение ширины потока жидкости при сканировании, чтобы отражать объем жидкости, которая протекла между последовательными сканированиями. Предпочтительно давление удерживается постоянным в пределах около 3 мбар. Важно то, что, если компонент выталкивается приложенным внешне давлением газа на сосуд поставки, давление в баке может упасть по мере того, как падает остаточный объем жидкости в баке. Если дозирование всего рабочего прогона допущено без каких-либо поправок, это, вероятно, приведет к уменьшению скорости потока жидкости и, следовательно, прогрессивному уменьшению объема компонента, вводимого в дозу. Этому эффекту может быть автоматически противопоставлено действие текущего генерирования компенсационного шагового изменения объема дозы, когда она падает за предел диапазона, как описано выше. Как альтернативные средства осуществления вышеописанного процесса или посредством перекрестного контроля пользователь может определить остаточный объем жидкости в сосуде поставки (например, вычитая каждую отмеренную дозу от начального объема в сосуде) и, по мере того как объем уменьшается, увеличивать объем газа, подаваемого в сосуд, чтобы восстанавливать его давление до первоначального, применяя алгоритм, который может быть основан на эмпирическом испытании, применяющем тот же жидкий компонент из идентичного сосуда поставки, или приблизительно основанный на предшествующем опыте с различными жидкостями и идентичными или даже другими сосудами поставки, принимая во внимание такие факторы, как различие вязкости и плотности жидкостей и ожидаемый график изменений давления в пределах бака, по мере того как объем жидкости падает.
Вместо применения вышеупомянутого механизма коррекции для изменения поставки газа внутрь сосуда хранения с тем, чтобы поддерживать приложенное давление газа в желательных пределах, механизм коррекции может быть связан с соответственным изменением времени, в течение которого клапан удерживается открытым.
Период времени, когда контейнер может быть расположен на своей дозирующей станции, диктуется в большой степени скоростью работы линии. Возможность работы на линии с максимально возможной скоростью часто имеет практическую и коммерческую ценность, поскольку это уменьшает затраты капитала на единицу продукции и, следовательно, суммарные производственные затраты на единицу. Тем не менее, по мере того как скорость линии возрастает, время для дозирования любого конкретного компонента в каждый контейнер пропорционально уменьшается. Хотя период дозирующей станции, в общем, находится на усмотрении производителя, в операциях согласно настоящему изобретению период дозирования часто диктуется скоростью линии и интервалами между контейнерами на линии. Это следует из того, что дозирующая станция в предпочтительных реализациях настоящего изобретения содержит средства для удержания контейнера в пределах дозирующей станции, в то время как линия, обычно в форме конвейерной ленты, продолжает скользить под станцией. Будет оценено то, что время удержания на дозирующей станции частично изменяется вследствие фактической боковой скорости ленты конвейера и способности удерживающих средств замедлять, останавливать и затем выпускать контейнер, транспортируемый лентой. Расстановка контейнеров вдоль ленты относительно скорости ленты определяет практическое операционное окно. Период дозирующей станции часто не более 5 секунд, и изобретение особенно хорошо подходит для очень коротких периодов дозирующей станции, таких как периоды вплоть до 1 секунды, часто вплоть до 500 миллисекунд, тем самым позволяя линии работать на высокой скорости.
Минимальный период дозирующей станции на практике часто в значительной мере выбран, чтобы допустить три процесса, а именно: начальный период для учета присутствия контейнера в удерживающих средствах на дозирующей станции, время, в течение которого компонент дозируется в контейнер, и, предпочтительно, безопасный период после дозации, чтобы позволить любым остаточным каплям упасть с сопла в контейнер. Обычно требуется по меньшей мере 15 миллисекунд для учета присутствия контейнера, по меньшей мере 5 миллисекунд для практического времени дозации. Желательно по меньшей мере 5 миллисекунд для периода после дозации. Удобный минимальный период иногда составляет 25 миллисекунд. Во многих случаях предпочтительный период, применяемый в способе настоящего изобретения, колеблется между 50 и 300 миллисекундами. Тем не менее, будет оценено, что такой предпочтительный период применим, когда желательно дозировать небольшой объем жидкого компонента в каждый контейнер, например от 0,1 до 2 миллилитров жидкости на контейнер. Периоды дозирующей станции вплоть до 1 секунды могут легко обеспечить дозирование жидкости, приближающееся к 10 миллилитрам на контейнер. С увеличением объема жидкости, дозируемой в каждый контейнер, пропорционально уменьшается период дозирующей станции, посвященный учету и постдозации.
Механизм удержания контейнера на дозирующей станции для удобства может включать пару эксцентрично установленных вращающихся вертикальных роликов, установленных вдоль конвейера вниз по течению от дозирующей станции. Оба ролика синхронно вращаются вокруг своих вертикальных осей, а оси располагаются врозь так, что последовательно в течение каждого вращения расстояние между лицевыми сторонами роликов меньше диаметра контейнера, так что контейнер приостанавливается между роликами за счет трения между своим основанием и конвейером, а продолжающееся вращение роликов поддерживает расстояние между роликами меньшим, чем диаметр контейнера, вплоть до момента, близкого к окончанию вращения, когда расстояние расширяется больше диаметра контейнера, позволяя ему пройти дальше. Дальнейшее вращение роликов возвращает их обратно на стартовую позицию для последующего контейнера. Важно то, что имеет место один оборот ролика на контейнер, так что, например, если линейная скорость конвейера - 5 контейнеров в секунду, то ролик соответственно делает 5 оборотов в секунду. Хотя этот случай описан для двойных роликов, аналогичный эффект может быть достигнут с единственным, эксцентрически установленным, вертикально вращающимся роликом, действующим вместе с противоположной неподвижной стеной или с поперечным возвратно-поступательным кулачком и противоположной неподвижной стеной или с парой возвратно-поступательных кулачков.
Альтернативные средства удержания контейнера могут содержать вращающуюся спираль, установленную в продольном направлении выше конвейера и его поверхности на высоте, при которой он может вступать в контакт с контейнером, предпочтительно вблизи его центра тяжести, с тем чтобы минимизировать любой риск опрокидывания контейнера. Спираль содержит стержень, образующий спиральную резьбу, размер которой рассчитан для получения контейнера. Для циклического контейнера предпочтителен полукруглый профиль резьбы, а для других форм сечения может быть предусмотрен соответствующий профиль, кроме того, для правильных многоугольных форм полукруглый профиль резьбы может быть также пригоден. Контейнер транспортируется в открытый конец (выше по течению) резьбы конвейером, по выбору с помощью дефлектора. Спираль вращается, чтобы направить спиральную резьбу навстречу движению конвейера. Преимущественно шаг резьбы меняется вдоль своей продолжительности. Первоначально она предпочтительно имеет сравнительно большой шаг, который уменьшается, чтобы замедлять контейнер до того момента, когда контейнер находится в диапазоне сопла дозации; небольшой шаг тем самым вызывает задержку контейнера на этой точке на дозирующей станции, и с этого момента шаг резьбы возрастает, чтобы позволить контейнеру ускоряться, пока он не достигнет окончания (ниже по течению) спиральной резьбы, предпочтительно со скоростью конвейера. Преимущественно спираль обеспечивает один оборот в центральной секции задержки в пределах минимального шага. Впоследствии контейнер способен выйти из спирали и транспортироваться от дозирующей станции конвейером. Будет важно отметить, что спираль может вмещать три контейнера в один и тот же момент, один замедляющийся, один в позиции удержания в диапазоне сопла дозации и один ускоряющийся от дозирующей станции.
Клапан линии поставки жидкого компонента предпочтительно имеет быстрое время ответа, наиболее преимущественно в области от 10 до 30 миллисекунд, с тем чтобы сделать возможным применение сравнительно короткого периода дозирующей станции контейнера.
Линия поставки в пределах дозирующей головки может допустить беспрепятственное течение компонента здесь и через, или, по выбору, может содержать сетку или подобные средства, действующие как фильтр для чужеродных частиц. Сопло желательно имеет отверстие по существу округлого поперечного сечения с тем, чтобы генерировать цилиндрический поток, который может по меньшей мере в начале и/или на окончании быть конусовидным. Диаметр отверстия на сопле переменный по усмотрению производителя, который обычно принимает во внимание объем жидкого компонента, который должен дозироваться, и, особенно, размеры отверстия контейнера. На практике диаметр сопла меньше диаметра отверстия контейнера и предпочтительно меньше 1/2 диаметра отверстия и во многих примерах находится между 1/20 и 1/5. Размеры отверстия естественно изменяются в соответствии с формой контейнера. В большинстве случаев отверстие будет иметь диаметр от 5 до 100 мм, и во многих случаях диаметр отверстия по меньшей мере 10 мм и часто в диапазоне от 15 до 35 мм. В связи с такими диаметрами отверстия диаметр отверстия сопла обычно выбирается в диапазоне от 1 до 12 мм и особенно от 1 до 8 мм. Из вышесказанного ясно то, что настоящее изобретение особенно пригодно для дозирования ароматов или других небольших компонентов в жидкой форме в банку аэрозоля или роликовый распределитель, например, как компонент косметических соединений. Сопло может быть сделано из материала, устойчивого к коррозии или неблагоприятной реакции с дозируемым жидким компонентом, на усмотрение квалифицированного пользователя. Сопло часто делается из термопластиков, таких как полиэтилен, полипропилен, или PTFE, или устойчивый металл, например нержавеющая сталь, например, сорта 316, которые весьма пригодны для распределения многих компонентов, предназначенных для косметических формул, таких как стабилизаторы, увлажнители, консерванты или ароматы.
Хотя возможно направить поток перпендикулярно через входное отверстие контейнера к его основанию, предпочтительнее поток, наклонный к основанию под острым углом, выбранный между 1 и 15 градусами, предпочтительно с тем, чтобы быть способным направить поток на стенку контейнера, тем самым уменьшая риск разбрызгивания капель жидкого компонента по контейнеру и непосредственно из него.
Предпочтительно конец сопла дозации в распределяющей головке позиционирован на высоте от 12 до 50 мм выше отверстия контейнера и особенно между 15 и 25 мм. Такое расстояние обеспечивает достаточное расстояние, допускающее промежуточное лазерное сканирование без появления больших рисков или неопределенностей, возникающих при большем расстоянии.
Сканирующий лазер является существенным составляющим настоящего изобретения. Это предпочтительно лазер, сканирующий плоским лучом, вертикальная толщина луча более предпочтительно не больше 1 мм. Обычно лазер сканирует очень быстро, например по меньшей мере 1000 раз в секунду, и более предпочтительно по меньшей мере 3000 раз в секунду. Отличные результаты получены при использовании прибора, который сканирует в диапазоне от 5000 до 10000 раз в секунду, тем не менее пользователь, если пожелает, может применять любой лазерный прибор, который сканирует еще быстрее, например, вплоть до самого быстрого доступного, которое может сканировать около 15000 раз в секунду в 2001.
Контроллер, примененный выше, может содержать компьютер, имеющий возможность получать ввод из детектора сканирующего лазера, который запрограммирован вычислять ширину потока при каждом сканировании, сечение потока и, исходя из времени между сканированиями и скоростью потока компонента, величину дозы между последовательными сканированиями и совокупную величину дозы потока после того, как доза распределена. Такой компьютер, способный сохранять верхнюю и нижнюю пороговые величины, определяющие диапазон приемлемых уровней дозы, которые могут быть введены оператором и дополнительно скорректированы для других операций дозации способом, описанным выше. Компьютер сравнивает диапазон ограничения величины с совокупной вычисленной величиной, и когда прежняя величина достигнута (или, на практике, только что превышена, если величины не совпадают точно), он генерирует сигнал средствам, изменяющим скорость потока для последующей дозы. Как указано здесь, средства могут содержать клапан регулировки потока, имеющий открытый период, который может быть изменен, или средства, создающие давление в сосуде поставки компонента. Сигнал контроллера может действовать, вызывая получателя, чтобы делать автоматическую установку, или этот сигнал может управлять звуковым, визуальным или другим сенсорным сигналом, чтобы предупредить оператора процесса и чтобы произвести такую установку вручную.
Изобретение описывается здесь в отношении дозирования единственного потока жидкого компонента в контейнер, но должно быть понятно, что он может быть повторен, чтобы ввести дополнительный поток, который может течь одновременно с первым или вслед за ним. Количество одновременных потоков предпочтительно выбирается в зависимости от диаметра каждого в соответствии с диаметром отверстия с тем, чтобы избегать столкновения их друг с другом или проливания за пределы отверстия.
Поток жидкого компонента может быть внесен в пустой контейнер или тот, который уже содержит один или более из остальных компонентов соединения, например, введенных на более ранней заполняющей станции выше по течению в заполняющей линии.
Контейнер по желанию может быть приведен в регистр с соплом над лентой конвейера средствами удержания контейнера, предпочтительно приспособленными для замедления движения сосуда, остановки его в течение заданного периода времени, сохранения его неподвижным в течение периода дозации, на который дана ссылка выше, и после этого перемещения сосуда из регистра. Это может достигаться сравнительно легко механизмом, описанным здесь выше, который позволяет конвейеру сначала поместить контейнер в регистр с механизмом удержания, держать его против механизма в течение дозирования и после этого передавать его прочь с дозирующей станции, когда промежуток между ограничивающими кулачками или кулачком и неподвижной стеной достаточно широко открыт, или нижний по течению конец спиральной резьбы достигнут.
Когда выбранный компонент или составляющее дозированы в контейнер, последний транспортируется от дозирующей станции для последующих операций, которые могут включать введение одного или более последующих компонентов. Дальнейшая последующая операция, которая может быть применена, когда сам контейнер содержит распределитель или составитель соединения, такого как один из типов соединений, заключается в закрывании или запечатывании отверстия контейнера, например, накладыванием крышки на отверстие или вставкой крышки в отверстие или сжатием стенок отверстия вместе и термическим запечатыванием или склеиванием их. Крышка может быть удаляемой, чтобы позволить пользователю извлекать содержимое контейнера, либо сосуд действует как распределяющий элемент. Такой элемент может содержать клапан и привод для аэрозоля, механизм насоса для распределяющего насоса, например аэрозольного насоса, ролик (часто шариковый ролик) и, следовательно, место для ролика в распределителе, перфорированную или имеющую отверстия пробку для местного приложения жидкости или кремообразного/мягкого твердого вещества. По пожеланию, такой распределяющий элемент может быть сам покрыт защитной оболочкой или другой формой упаковки в течение дальнейшей последующей операции.
Если контейнер применяется для анализов, как например в высокоскоростном автоматическом аналитическом оборудовании, последующая и/или предшествующая операция могут содержать введение дальнейшего реагента и образца, который нужно анализировать, и более поздняя операция содержит этап обнаружения, в течение которого обнаруживаемая особенность или отличие в свойстве образца измеряется или наблюдается и записывается.
Способ и устройство были подробно описаны здесь в отношении дозирования жидкости в контейнер, но нужно признать, что жидкость представляет негазообразное текучее вещество, то есть материалы, которые текут, когда подвергаются самому умеренному давлению, обычно менее чем 1 бар, включая текучие жидкости, имеющие повышенную вязкость, текучие гели и порошки.
После описания изобретения в общих чертах пример его специфического воплощения описывается здесь и далее более подробно посредством примера со ссылкой только на сопутствующие чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет схематическую диаграмму устройства;
Фиг.2 представляет схематическую диаграмму сканирующего лазера;
Фиг.3 представляет схематический вид удерживающих средств и контейнера в плане.
Прибор содержит сосуд [1] поставки для ароматического соединения [2], который связан линией [3] поставки со станцией [4] дозации, которая позиционирована над лентой [5] конвейера. Станция [4] дозации содержит дозирующую головку [6], установленную над средствами [7] удержания контейнера. Дозирующая головка [6] содержит вместилище [8], через которое линия [3] проходит через клапан [9] регулировки потока и тонкую сетку 10 к дозирующему соплу [11], имеющему внутренний диаметр 1,2 мм. Соединение [2] в сосуде [1] поставки сжимается газом, действующим через газовый клапан [12], из газового бака [13], давление в сосуде [1] поддерживается приблизительно на 2,5×105 +/- 3 мбар. Под соплом [11] под острым углом к его оси находится аэрозольная банка [14], удерживаемая на месте в течение операции дозирования вращающейся спиралью [7], позиционированной над лентой [5] конвейера вдоль своей продольной оси. Спираль [7] содержит стержень [25], образующий спиральную резьбу [26], рассчитанную по размеру для получения банки [14], имеющую шаг, изменяющийся вдоль продолжительности резьбы. Шаг становится прогрессивно меньше для замедления банки, достигает минимума после менее одного витка, чтобы вызвать остановку банки в регистре с соплом [11] и после этого возрастает, чтобы ускорить банку вплоть до скорости конвейера. Спираль [7] вращается движущими средствами (не показаны) против направления перемещения ленты [5] конвейера.
Световой источник [15] на оптико-волоконной основе, действующий как сенсор для банки [14], позиционирован рядом с банкой, и его детектор [16] связан с помощью электроники с открывающим механизмом (отдельно не показан) регулирующего клапана [9], сигнал генерируется сенсором и передается для разрешения открыть регулирующий клапан [9], когда сенсор замечает банку [14] ниже сопла [11]. Банка [14] - это стандартная доступная банка цилиндрической формы со снимающейся верхней секцией, имеющая высоту около 110 мм, диаметр около 53 мм и диаметр отверстия [17] 25 мм. Отверстие [17] банки [14] приблизительно на 20 мм ниже конца дозирующего сопла [11]. Когда регулирующий клапан [9] открыт, поток [18] жидкого ароматического вещества выталкивается давлением газа через сопло [11] под углом около 5° к вертикали по направлению к отверстию [17] банки [14]. Поток [18] пересекается параллельным лучом света [19], который генерируется генератором [20] сканирующей лазерной модели L12 от "Keyance", и обнаруживается своим детектором [21], который генерирует и передает сигнал на компьютер [22] пропорционально ширине теневого [23] отражения там, где луч [19] пересечен потоком [18]. Компьютер [22] соединен с помощью электроники с открывающим механизмом (отдельно не показан) газового клапана [12]. Поток [18] ориентирован через отверстие [17] банки [14]. Лента [5] конвейера приводит банку [14] в непосредственную близость со спиральной резьбой [26] вращающейся спирали [7], и вращение спирали [7] вызывает задержку банки [14] на дозирующей станции в регистре с дозирующим соплом [11] приблизительно на 168 миллисекунд, пока она не выходит из отдаленного вниз по течению окончания спиральной резьбы [26]. После этого банка [14] транспортируется от дозирующей станции на конвейере [5].
1. Способ введения дозы жидкого компонента в контейнер, имеющий открытое входное отверстие, включающий транспортирование контейнера по конвейеру к дозирующей станции, удерживание контейнера в пределах дозирующей станции, пока доза вводится в контейнер, и после этого транспортировка контейнера по конвейеру от дозирующей станции, которая включает удерживающие средства для контейнера, дозирующую головку, которая расположена выше удерживающих средств и содержит сопло дозации, ориентированное вниз по направлению к входному отверстию контейнера, заполняющую линию для жидкого компонента, заканчивающуюся на сопле, и клапан, регулирующий поток текучей среды, установленный внутри заполняющей линии и способный быть открытым в течение заданного периода времени; открывание клапана, когда контейнер удерживают в пределах дозирующей станции, и выталкивание дозы жидкого компонента через сопло в виде потока, сканирование потока лучом света, генерируемым лазером, с частыми интервалами; расчет ширины потока при каждом сканировании и в дальнейшем получение представительной величины объема жидкого компонента между последовательными сканированиями и накопление последующих представительных величин, чтобы получить совокупную величину дозы; сравнение совокупной величины с заданным диапазоном величин дозы и, если совокупная величина лежит выше или ниже диапазона величин дозы, генерирование сигнала, активизирующего средства для соответственного уменьшения или увеличения дозы, вводимой в последующий контейнер.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что средства для изменения дозы, вводимой в последующий контейнер, содержат клапан регулировки потока газа, таким образом восстанавливая давление газа в сосуде для хранения до приемлемого ранее уровня давления.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что давление в сосуде хранения удерживается в пределах 3 мбар.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что сосуд для хранения содержат под давлением, выбранном в диапазоне от 2·105 до 3,5·105 Па.
5. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что контейнер удерживают на дозирующей станции в течение периода от 5 до 300 мс.
6. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что в контейнер дозируют от 0,1 до 2 мл жидкого компонента.
7. Способ по п.1 или 4, отличающийся тем, что сопло дозации у его конца позиционировано на расстоянии от 7 до 20 см выше входного отверстия контейнера.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что в контейнер дозируют от 0,1 до 2 мл жидкого компонента, причем контейнер удерживают на дозирующей станции в течение периода от 5 до 300 мл.
9. Устройство для введения заданной дозы жидкого компонента в контейнер, имеющий открытое входное отверстие, содержащее конвейерные средства для транспортировки контейнера к дозирующей станции и конвейерные средства для транспортировки контейнера от дозирующей станции после того, как доза введена в контейнер, причем дозирующая станция содержит удерживающие средства для удержания контейнера на дозирующей станции, дозирующую головку, расположенную выше удерживающих средств и содержащую сопло дозации, ориентированное вниз по направлению к входному отверстию контейнера, заполняющую линию для жидкого компонента, подсоединяемую одним концом к сосуду для хранения жидкого компонента и оканчивающуюся вторым концом в сопле дозации, и клапан регулировки потока текучей среды, установленный внутри заполняющей линии, средства управления для открытия и закрытия клапана регулировки потока текучей среды, когда контейнер расположен на дозирующей станции, средства выталкивания дозы жидкости через сопло дозации в виде потока, лазерный генератор, позиционированный на высоте, промежуточной между высотой удерживающих средств и высотой сопла, и ориентированный так, чтобы сканировать узкий луч света с регулярными частыми интервалами через поток жидкого компонента на детектор, тем самым измеряя ширину потока в каждом интервале, контроллер, приспособленный для получения входного сигнала от детектора, причем контроллер сначала вычисляет ширину потока при каждом сканировании и тем самым генерирует представительную величину объема жидкого компонента в потоке в интервале между одним сканированием и следующим, во-вторых, вычисляет совокупную величину общего объема потока в дозе, в-третьих, сравнивает совокупную величину с заданным диапазоном величин дозы и, если совокупная величина лежит выше или ниже заданного диапазона, генерирует сигнал, активизирующий средства для соответственного уменьшения или увеличения величины дозы, вводимой в последующий контейнер.
