BR112019002839B1 - Mandril de colocação de tampa, auto-ajustável, para aplicação de elementos de fechamento em recipientes - Google Patents

Mandril de colocação de tampa, auto-ajustável, para aplicação de elementos de fechamento em recipientes Download PDF

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Abstract

É descrito um mandril de colocação de tampa auto-ajustável para aplicar elementos de fechamento (C) em recipientes, compreendendo: um suporte (16) tendo um eixo longitudinal (A); um elemento guia (24), fixo em relação ao suporte (16) e tendo uma pluralidade de guias (26); uma pluralidade de mandíbulas (28), que se engatam a respectivas guias (26) do dito elemento guia (24) e são móveis em relação ao suporte (16), entre uma posição de liberação e uma posição de agarramento; com as referidas mandíbulas (28) tendo respectivas superfícies de agarramento (30), para segurarem elementos de fechamento (C), e respectivas primeiras superfícies de came (32); e com um anel de controle (38) sendo móvel em relação ao suporte (16) ao longo do referido eixo longitudinal (A), entre uma posição abaixada e uma posição levantada, e tendo uma pluralidade de segundas superfícies de came (40) que cooperam com as respectivas primeiras superfícies de came (32) das ditas mandíbulas (28), de modo que o movimento do anel de controle (38) da posição abaixada para a posição levantada move as ditas mandíbulas (28) da posição de liberação para a posição de agarramento; com o anel de controle (38) tendo uma parede de encosto (42) disposta de modo a encostar-se em uma superfície de cabeça (14) de um elemento de fechamento (C), em que, durante o (...).

Description

DESCRIÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção refere-se em geral a aparelhos para fechar recipientes, e refere-se a um mandril de colocação de tampa, auto-ajustável, para aplicação de elementos de fechamento em recipientes.
[002] A presente invenção foi especialmente desenvolvida para rosquear tampas roscadas em recipientes, mas não está limitada a esse campo específico de utilização. De fato, a invenção pode ser utilizada sempre que elementos de fechamento genéricos, tais como tampas ou coberturas encaixadas por pressão, devem ser aplicados em recipientes. O invento também se aplica a elementos de fechamento tendo dispensadores operados por bomba, estando ou não equipados com um depósito de imersão, ou com dosadores acionados por botão de pressão ou operados por gatilho, etc..
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA RELACIONADA
[003] Aparelhos para aplicação de elementos de fechamento em recipientes incluem geralmente uma estrutura em carrossel tendo uma pluralidade de cabeçotes de colocação de tampa, cada um tendo um pistão móvel ao longo de um eixo longitudinal. No caso de aparelhos para aplicação de tampas roscadas, o pistão é acionado de acordo com um movimento de rosqueamento ao longo do eixo longitudinal. Cada cabeçote de colocação de tampa possui um mandril de colocação de tampa fixado na extremidade inferior do respectivo pistão. Os mandris de colocação de tampa são providos de mandíbulas capazes de prender as tampas ou outros elementos de fechamento com uma força que permite a aplicação do torque de rosqueamento ou da força de inserção.
[004] Os elementos de fechamento usados para fecharem recipientes geralmente possuem diferentes características físicas e geométricas. Os elementos de fechamento podem ter qualquer formato (circular, oval, poligonal, cônico, etc.), e podem ser equipados ou não com um depósito de imersão, uma bomba para dosagem do produto, e com alavancas ou sistemas de acionamento da bomba de dosagem do produto (gatilhos, alavancas, botões de pressão, etc.).
[005] Os elementos de fechamento podem ser fornecidos por diferentes fabricantes e podem ser feitos de materiais diferentes, e de acordo com diferentes processos de fabricação. Assim, acontece frequentemente que os elementos de fechamento tenham diferentes tolerâncias dimensionais e deformações geométricas de vários tipos em relação ao formato teórico.
[006] Levando em consideração a variabilidade das características geométricas e dimensionais dos elementos de fechamento, surge a necessidade de prover mandris de colocação de tampa auto-ajustáveis, capazes de prender e aplicar elementos de fechamento (por rosqueamento, encaixe por pressão e / ou inserção) tendo diferentes características, com a força / torque de aplicação necessário. No caso de tampas roscadas, um requisito particularmente importante é que os mandris de colocação de tampa sejam capazes de aplicar o torque de rosqueamento sem danificar as tampas.
[007] O documento US 2014 / 0311089 descreve um mandril de colocação de tampa incluindo uma pluralidade de mandíbulas pressionadas por um anel elástico, que mantém as mandíbulas em uma condição de repouso na posição de diâmetro de agarramento mínimo. Durante o agarramento da tampa, as tampas devem ser inseridas no mandril enquanto as mandíbulas são pressionadas elasticamente para dentro, superando a resistência do anel elástico que pressiona elasticamente as mandíbulas para dentro. No final do rosqueamento, enquanto as mandíbulas estão sendo desengatadas da tampa, as superfícies de agarramento das mandíbulas giram sobre a superfície recartilhada das tampas enquanto são pressionadas elasticamente para dentro. Uma solução deste tipo implica, portanto, em alto risco de danos às tampas.
[008] O documento US 7131245 descreve um mandril de colocação de tampa auto- ajustável incluindo uma pluralidade de mandíbulas conectadas de maneira articulada a um suporte sobre respectivos pinos. Cada mandíbula está associada a uma mola que pressiona a respectiva mandíbula em direção a uma posição na qual a mandíbula fica em contato com a tampa. A carga gerada pelas molas deve ser muito alta para garantir a transmissão do torque durante a fase de rosqueamento. No final do rosqueamento, quando o mandril de colocação de tampa é levantado do recipiente, as porções dentadas das mandíbulas entram em contato com o recartilhamento da tampa enquanto o mandril está sendo levantado do recipiente, de acordo com um movimento rotativo e de translação, tendendo a danificar o recartilhamento das tampas. Durante a fase de agarramento da tampa, as mandíbulas, por causa da ação das molas, assumem a configuração de diâmetro mínimo, e o agarramento da tampa deve ocorrer por compressão dos membros elásticos das mandíbulas para que a tampa possa ser acomodada dentro do mandril. Como a força elástica que atua nas mandíbulas é muito alta, as tampas também podem ser danificadas durante a fase de apanhamento.
[009] O documento US 7322165 descreve um mandril de colocação de tampa auto- ajustável, de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1, incluindo uma pluralidade de mandíbulas tendo respectivas superfícies de agarramento e respectivas superfícies de carne que cooperam com uma superfície inclinada do suporte, de modo que as mandíbulas são comprimidas para dentro durante a fase de rosqueamento. As mandíbulas cooperam com molas que tendem a pressionar as mandíbulas para uma posição aberta. Quando o mandril é levantado do recipiente, as mandíbulas entram em contato com o recartilhamento externo das tampas enquanto o mandril gira e é levantado do recipiente. Durante essa fase, existe o risco de danificar o recartilhamento externo das tampas. Outra desvantagem desta solução é que as molas, quando tendem a pressionar as mandíbulas para a posição de liberação, não permitem uma lavagem precisa do mandril, e dão origem a áreas onde a água fica estagnada (acumulada).
OBJETIVOS E SÍNTESE DA INVENÇÃO
[010] É um objetivo da presente invenção prover um mandril de colocação de tampa auto-ajustável que supera os problemas do estado da técnica anterior.
[011] Mais especificamente, é um objetivo da invenção prover um mandril de colocação de tampa capaz de apanhar e aplicar elementos de fechamento sem o risco de danificá-los.
[012] De acordo com a invenção, os objetivos acima são alcançados por um mandril de colocação de tampa auto-ajustável tendo as características estabelecidas na reivindicação 1.
[013] As reivindicações são parte integrante dos ensinamentos aqui providos com relação à invenção.
[014] Como se tornará evidente a partir da descrição a seguir, uma das características do mandril de acordo com a presente invenção é que o fechamento é controlado através de uma carga vertical axial, e a força de fechamento é independente dos componentes rotativos e de torção. Essa característica permite dividir as forças que atuam no mandril, evitando que os componentes de torção danifiquem a tampa durante todas as fases de aplicação.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[015] A invenção será agora descrita em detalhes com referência aos desenhos anexos, providos meramente a título de exemplo não limitativo, em que: - A fig. 1 é uma vista em perspectiva explodida de um mandril de colocação de tampa auto-ajustável de acordo com o presente invento; - A fig. 2 é uma vista explodida em corte tomado ao longo da linha II-II na fig. 1; - A fig. 3 é uma vista em perspectiva da porção apontada pela seta III na fig. 1; - As figs. 4 e 5 são vistas em corte axial do mandril de colocação de tampa de acordo com o presente invento, na posição de liberação e na posição de agarramento, respectiva mente; - A fig. 6 é uma vista em perspectiva de uma mandíbula de acordo com uma forma de incorporação variante.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[016] A seguinte descrição é feita com referência específica ao caso de tampas roscadas, que são aplicadas em respectivos recipientes roscados por meio de um movimento de rosqueamento. No entanto, a invenção não se destina a ser limitada a um exemplo específico. Como mencionado anteriormente, a invenção pode ser usada em geral para aplicar elementos de fechamento de qualquer tipo, por rosqueamento ou por encaixe por pressão. No caso de tampas roscadas, o mandril será submetido a um movimento rotativo combinado com um movimento na direção longitudinal, enquanto no caso de tampas encaixadas por pressão, o mandril se moverá somente na direção longitudinal.
[017] Com referência aos desenhos, o número de referência 10 indica um mandril de colocação de tampa auto-ajustável para rosquear tampas C em recipientes. As tampas C possuem uma parede lateral externa 12, uma superfície de cabeça 14 e uma rosca interna que se destina a ser rosqueada na rosca externa de um recipiente, tal como por exemplo uma garrafa. A superfície externa 12 pode ser provida com um recartilhamento, como mostrado nos desenhos, ou pode ser lisa, ou provida com qualquer outro tipo de acabamento.
[018] O mandril de colocação de tampa 10 inclui um suporte 16 tendo uma haste 18 e uma porção em forma de copo 20 aberta para baixo. O suporte 20 apresenta um eixo longitudinal A e destina-se a ser fixado à extremidade inferior de um pistão 22 de um cabeçote de colocação de tampa (não mostrado), transmitindo um movimento de rosqueamento, ao longo do eixo A, ao suporte 16.
[019] O mandril de colocação de tampa 10 inclui um elemento guia 24 que é fixo em relação ao suporte 10 e possui uma pluralidade de guias 26. No exemplo ilustrado no desenho, o elemento guia 24 é um elemento separado do suporte 16 e fixado ao suporte, por exemplo, através de encaixe por pressão. Em alternativa, o elemento guia 24 pode ser formado integralmente com o suporte 16. No exemplo aqui ilustrado, as guias 26 são recessos em formato de "U" radialmente orientados em relação ao eixo A.
[020] O mandril 10 inclui uma pluralidade de mandíbulas 28 que se engatam a respectivas guias 26 do elemento guia 24. As mandíbulas 28 são móveis independentemente umas das outras em respectivas guias 26, em direções radiais em relação ao eixo A, entre uma posição de liberação e uma posição de agarramento. As mandíbulas 28 possuem respectivas superfícies de agarramento 30 dispostas de modo a engatarem-se com a superfície externa 12 das tampas C. Por exemplo, as superfícies de agarramento 30 podem ser dentadas ou recobertas com borracha, e podem apresentar uma curvatura correspondente ao raio da parede lateral 12 das tampas C. As mandíbulas 28 possuem respectivas primeiras superfícies de carne 32 voltadas para fora. No exemplo aqui ilustrado, as primeiras superfícies de carne 32 são superfícies planas inclinadas em relação ao eixo A. No exemplo aqui ilustrado, as mandíbulas 28 são providas com respectivos pinos 34 que se engatam a respectivos recessos tangenciais 36 no elemento guia 24, de modo que as mandíbulas 28 ficam restringidas com relação ao elemento guia 24 na direção do eixo longitudinal A.
[021] O mandril 10 inclui um anel de controle 38 móvel em relação ao suporte 16 ao longo do eixo A, entre uma posição abaixada (fig. 4) e uma posição levantada (fig. 5). O anel de controle 38 possui uma pluralidade de segundas superfícies de carne 40 que cooperam com respectivas primeiras superfícies de carne 32 das mandíbulas 28. No exemplo aqui ilustrado, as segundas superfícies de carne 40 são superfícies planas inclinadas em relação ao eixo A, tendo a mesma inclinação das primeiras superfícies de carne 32 das mandíbulas 28. A primeira e segunda superfícies de carne 32, 40 estão dispostas de modo a que o movimento do anel de controle 38, desde a posição abaixada até a posição levantada, mova radialmente as mandíbulas 28 para dentro a partir da posição de liberação para a posição de agarramento. O anel de controle 38 possui uma parede de encosto 42 destinada a encostar-se na superfície da cabeça 14 de uma tampa C inserida no mandril 10. No exemplo aqui ilustrado, a parede de encosto 42 é uma parede radial tendo interrupções correspondentes às segundas superfícies de carne 40. O anel de controle 38 apresenta uma pluralidade de orifícios 44, cada um localizado entre duas segundas superfícies de carne 40. Os orifícios 44 recebem respectivos elementos de retenção 46 na forma de pinos ou esferas que se projetam parcialmente a partir da superfície lateral interna do anel de controle 38. Um anel elástico 48, consistindo por exemplo de um anel "O" (O-ring), pressiona elasticamente os elementos de retenção 46 para dentro, na direção radial.
[022] O mandril de colocação de tampa 10 inclui ainda um anel de fechamento 50, fixado na extremidade inferior da porção em forma de copo 20 do suporte 16, tendo uma borda radial 52 na qual o anel de controle 38 se encosta, na sua posição abaixada.
[023] Na posição de apanhamento de tampa, o mandril de colocação de tampa 10 está na configuração mostrada na fig. 4. Nessa posição, o anel de controle 38 está na sua posição abaixada e se encosta na borda radial 52 do anel de fechamento 50. As mandíbulas 18 são livremente móveis na direção radial, ao longo de respectivas guias 36. Sob tal condição, o mandril de colocação de tampa 10 é abaixado sobre uma tampa C, de acordo com um movimento vertical de cima para baixo. Durante esse movimento, a tampa C é inserida no anel de controle 38. As paredes laterais da tampa C interferem com os elementos de agarramento 46 que se projetam a partir da superfície interna do anel de controle 38. A tampa C é retida dentro do mandril 10 pela retenção dos elementos 46 elasticamente pressionados contra a parede lateral 12 da tampa C.
[024] Durante a inserção da tampa C no anel de controle 38, as mandíbulas 28 são livremente móveis para fora, na direção radial, de modo que as superfícies de agarramento 30 se adaptam automaticamente à superfície lateral externa 12 da tampa C. Durante a inserção da tampa C no anel de controle 38, não há risco de dano à tampa C, uma vez que as mandíbulas 28 não são pressionadas contra a tampa C.
[025] Os elementos de retenção 46 têm apenas o propósito de reter a tampa C durante a fase de apanhamento, sem transmitirem o torque de rosqueamento. Assim, os elementos de retenção 46 são elasticamente pressionados para dentro com uma força fraca, que não implica em riscos de danos às tampas C. Além disso, as partes projetantes dos elementos de retenção 46 são arredondadas, de modo a engatarem-se à parede lateral 12 da tampa C sem o risco de danificarem o recartilhamento da tampa C.
[026] Depois de ter apanhado a tampa C, o mandril de colocação de tampa é posicionado acima de um recipiente, com o eixo A alinhado com o eixo do recipiente. O mandril de colocação de tampa 10 é acionado de acordo com um movimento helicoidal na direção A. Quando a rosca interna da tampa C se acopla à rosca externa do recipiente, a superfície de cabeça 14 da tampa C entra em contato com a parede de encosto 42 do anel de controle 38. O movimento de rosqueamento do mandril de colocação de tampa 10 faz a tampa C mover o anel de controle 38 para cima.
[027] O movimento para cima do anel de controle 38 coloca a primeira e a segunda superfícies de carne 32, 40 em contato mútuo. Continuando com o movimento para cima do anel de controle 38, as superfícies de carne 32, 40 cooperando mutuamente geram uma força radial direcionada para dentro sobre as mandíbulas 28, que pressionam as superfícies de agarramento 30 contra a superfície lateral externa 12 da tampa C. As mandíbulas 28 são pressionadas contra a superfície externa 12 da tampa C com uma força adequada para garantir a transmissão do torque de rosqueamento do mandril 10 para a tampa C. A compressão radial das mandíbulas 28 contra a superfície lateral externa 12 da tampa C ocorre sem nenhum movimento relativo entre as mandíbulas 28 e a tampa C, e por isso os riscos de danos à tampa C são evitados. Quanto maior for a força com a qual o mandril 10 é pressionado para baixo, maior será a compressão radial das mandíbulas 28 contra a superfície lateral externa 12 da tampa C, de modo que o torque de travamento da tampa C aumenta automaticamente à medida que a pressão vertical aumenta. A carga vertical fecha as mandíbulas 28 e a rotação permite o rosqueamento, mas não ela é utilizada para manter as mandíbulas 28 fechadas. Assim, o fechamento do mandril ocorre mesmo na ausência do movimento rotativo, mas somente pelo efeito da pressão vertical à qual o mandril é submetido.
[028] No final da fase de rosqueamento, o mandril 10 é levantado da tampa C já rosqueada no recipiente. Assim que o mandril de colocação de tampa 10 começa a se mover para cima, a força que pressiona o anel de controle 38 para cima cessa. Por conseguinte, o anel de controle 38 se move para a posição abaixada devido ao seu próprio peso. Dessa forma, as mandíbulas 28 ficam radialmente livres e se desengatam da superfície lateral externa 12 da tampa C sem exercer compressão sobre a tampa C. Também durante a fase de liberação, portanto, os riscos de danos à tampa C são evitados.
[029] Uma característica particularmente vantajosa é que o mandril de colocação de tampa 10, de acordo com a presente invenção, não requer elementos elásticos para aplicar o torque de rosqueamento ou para trazer as mandíbulas 28 de volta para a posição de liberação. Em qualquer caso, o dispositivo pode ainda ser equipado com molas e anéis elásticos para funções auxiliares com relação à aplicação da força de fechamento, tal como para amortecer a fase de reabertura, caso seja necessário.
[030] Nesta configuração, a ausência de elementos elásticos reduz os riscos de danos à tampa C, aumenta o tempo médio entre falhas (MTBF - Mean Time Between Failure^, e torna a lavagem mais eficaz. Além disso, os riscos de estagnação (acúmulo) do líquido de lavagem são evitados.
[031] O mandril de colocação de tampa de acordo com a presente invenção adapta-se automaticamente ao formato e ao tamanho das tampas C, e é capaz de apanhar as tampas sem danificá-las e retê-las adequadamente até a fase de rosqueamento. Durante o rosqueamento, o mandril 10 transmite o torque de rosqueamento para a tampa sem danificá-la e, no fim do rosqueamento, as mandíbulas desengatam-se da tampa sem danificá-la.
[032] As mandíbulas para agarrar as tampas exploram a carga vertical aplicada pelo cabeçote de colocação de tampa, e mecanismos de fechamento que podem afetar a confiabilidade do mandril são evitados. As mandíbulas são auto-ajustáveis a tampas de diferentes tipos, fornecidas por diferentes fabricantes, feitas de diferentes materiais, tendo um número diferente de recarti lha mentos e tendo diferentes formatos e tolerâncias de tamanho.
[033] O mandril de acordo com a invenção pode ser girado tanto no sentido horário como no sentido anti-horário, uma vez que o torque de aperto é independente da direção de rotação. Além disso, o mandril de acordo com a invenção pode ser montado indiferentemente em um pistão de um cabeçote de rosqueamento ou em qualquer outro dispositivo móvel, como por exemplo um braço de robô ou qualquer outro dispositivo capaz de aplicar uma carga vertical suficiente para mover radialmente as mandíbulas.
[034] O mandril de colocação de tampa de acordo com a presente invenção também pode ser equipado com um dispositivo para expelir as tampas em caso de falha da tampa rosqueada nos recipientes.
[035] Fazendo referência à fig. 6, é mostrada uma forma de incorporação variante das mandíbulas 28' que engatam respectivas guias 26 do elemento guia 24. As mandíbulas 28' são providas com respectivos pinos 34' que se engatam com respectivos recessos tangenciais 36 do elemento guia 24. Nesta forma de incorporação variante, os pinos 34', em vez de terem uma seção transversal substancialmente quadrada e axialmente afunilada, conforme ilustrado por exemplo na fig. 1, são cilíndricos, tendo seção transversal circular que, de preferência, é substancialmente constante ao longo do eixo de simetria. Os referidos pinos 34' possuem ainda uma extremidade dianteira com bordas periféricas chanfradas. O formato cilíndrico dos pinos 34', substancialmente sem facetas, auxilia os movimentos das mandíbulas 28' nas respectivas guias 26 durante a fase de adaptação do mandril 10 ao topo.
[036] Evidentemente, enquanto o princípio da invenção é mantido inalterado, os detalhes de construção e as formas de incorporação podem ser amplamente alteradas em relação ao que foi descrito e ilustrado, sem desse modo fugir do escopo da invenção conforme definido pelas reivindicações a seguir.
[037] Por exemplo, os formatos das superfícies de carne podem ser de diferentes tipos, por exemplo, planos, inclinados, arredondados, cilíndricos, cônicos, etc.. Também as superfícies de agarramento para apanhar as tampas C podem apresentar qualquer formato, por exemplo, cilíndrico, cônico, liso, sendo providas com um ou mais recartilhamentos de diferentes formatos, revestidas com qualquer material, ou providas com qualquer componente para facilitar a transmissão do torque para as tampas.

Claims (6)

1. Mandril de colocação de tampa para aplicar elementos de fechamento em recipientes, compreendendo: - um suporte (16) tendo um eixo longitudinal (A); - um elemento guia (24), fixado em relação ao suporte (16) e tendo uma pluralidade de guias (26); e - uma pluralidade de mandíbulas (28), que se engatam a respectivas guias (26) do dito elemento guia (24) e são móveis em relação ao suporte (16), entre uma posição de liberação e uma posição de agarramento, com as ditas mandíbulas (28) tendo superfícies de agarramento (30), para segurarem elementos de fechamento (C), e respectivas primeiras superfícies de came (32); o mandril sendo caracterizado por compreender um anel de controle (38) externo em relação às mandíbulas (28), móvel em relação ao suporte (16) ao longo do dito eixo longitudinal (A), entre uma posição abaixada e uma posição levantada, e tendo uma pluralidade de segundas superfícies de came (40) que cooperam com respectivas primeiras superfícies de came (32) das ditas mandíbulas (28), de modo que o movimento do anel de controle (38) a partir da posição abaixada para a posição levantada move as ditas mandíbulas (28) da posição de liberação para a posição de agarramento, com o anel de controle (38) tendo uma parede de encosto (42) disposta de modo a encostar-se em uma superfície de cabeça (14) de um elemento de fechamento (C), em que, durante um movimento do mandril ao longo do dito eixo longitudinal (A), o elemento de fechamento (C) move o anel de controle (38) da posição abaixada para a posição levantada.
2. Mandril de colocação de tampa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dito anel de controle (38) compreender uma pluralidade de orifícios radiais (44) dentro dos quais respectivos elementos de retenção (46) são móveis, tais elementos sendo elasticamente pressionados para dentro na direção radial e estando adaptados para engatarem-se à superfície lateral externa (12) de um elemento de fechamento (C) inserido no anel de controle (38).
3. Mandril de colocação de tampa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas guias (36) serem formadas por recessos radiais que estabelecem um acoplamento de guia com respectivas mandíbulas (28).
4. Mandril de colocação de tampa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as referidas mandíbulas (28) serem providas com pinos (34) que se engatam a respectivos recessos tangenciais (36) do referido elemento guia (24).
5. Mandril de colocação de tampa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser ausente de meios elásticos para aplicar a força de fechamento às mencionadas mandíbulas (28).
6. Mandril de colocação de tampa, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender meios elásticos para funções auxiliares à aplicação da força de fechamento às referidas mandíbulas (28).
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