ES2333127T3 - Un dispositivo y un metodo para sellar un envase. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para sellar un envase (10), que comprende una unidad de sellado (5a-b) y un apoyo (6) entre los que se dispone un número de capas de material para ser comprimidas, selladas y fusionadas entre sí, estando conectado el apoyo (6) a al menos un elemento alargado (14a-c) que se extiende en una dirección desde el apoyo (6) hacia la unidad de sellado (5a-b) y más allá de esta, estando dispuestos los elementos alargados (14a-c), más allá de la unidad de sellado (5a-b), para su conexión a al menos un primer elemento de accionamiento (13), y estando dispuesta una unidad de accionamiento (7a-b) para aplicar una fuerza entre la unidad de sellado (5a-b) y dicho primer elemento de accionamiento (13), de modo que estos se alejen entre sí, y de modo que el apoyo (6) y la unidad de sellado (5a-b) se desplacen el uno hacia el otro, caracterizado por el hecho de que la fuerza procedente de la unidad de accionamiento (7a-b) se aplica en la unidad de sellado (5a-b) mediante un segundo elemento de accionamiento (15, 16a-b) que comprende al menos un elemento de acoplamiento de limitación de fuerza (17a-d) que está dispuesto para limitar la fuerza entre el elemento de accionamiento (15, 16a-b) y la unidad de sellado (5a-b) y, de este modo, la fuerza entre el apoyo (6) y la unidad de sellado (5a-b), en el que la unidad de accionamiento (7a-b) está dispuesta, en una posición extrema nominal, para hacer converger la unidad de sellado (5a-b) y el apoyo (6) hasta un punto en el que se forma un intersticio entre estos, teniendo dicho intersticio una anchura que es inferior al grosor total de las capas de material a sellar y fusionar entre sí y, preferiblemente, inferior al grosor total de las capas de material a sellar y fusionar entre sí que se obtienen cuando la unidad de sellado (5a-b) y el apoyo (6) se desplazan de manera forzada el uno hacia el otro con una fuerza definida por el elemento de acoplamiento de limitación de fuerza (17a-d).
Description
Un dispositivo y un método para sellar un
envase.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo para sellar un envase, que comprende una unidad de
sellado y un apoyo entre los que se dispone un número de capas de
material para ser comprimidas y fusionadas entre sí. La presente
invención hace referencia además a un método para sellar un
envase.
Un método habitual y viable para sellar entre sí
elementos laminares de envasado basados en fibra, recubiertos de
plástico, consiste en la denominada soldadura por ultrasonidos.
Según esta tecnología, las capas de material a fusionar y sellar
entre sí son comprimidas entre un cabezal de ultrasonidos y un
apoyo. El cabezal de ultrasonidos hace vibrar el material y, debido
a los distintos tipos de pérdidas de histéresis en el material y en
la interfaz entre estos, dicho material se calienta, de modo que el
plástico se funde parcialmente y, gracias a la compresión, es
fusionado y soldado. No obstante, esta tecnología se utiliza de
manera habitual y resulta bien conocida por los expertos en la
técnica, de modo que no será descrita de manera más detallada en la
presente memoria.
El documento EP708022B1 da a conocer la
soldadura por ultrasonidos del cierre superior de un envase
denominado con tapa de pico. Según esta construcción, el material a
sellar es comprimido contra el apoyo mediante la ayuda del cabezal
de ultrasonidos. Esta publicación se centra en resolver un problema
inherente a los bordes libres vibrantes, que pueden producir la
aparición de polvo. Esto se soluciona mediante un brazo especial
que se extiende en paralelo con respecto al cabezal de ultrasonidos
y se apoya contra el borde libre, a efectos de reducir de este modo
las vibraciones de dicho borde libre.
El documento US 4.581.873 da a conocer otra
construcción para la soldadura por ultrasonidos del cierre superior
de un envase en forma de brick. En esta construcción, el cabezal de
ultrasonidos está soportado en un sistema de conexión complejo, que
es activado aplicando un momento de fuerza sobre un punto de
pivotamiento en un elemento de conexión. A su vez, el apoyo también
está soportado en un elemento de conexión con forma de Z, que es
activado a su vez aplicando otro momento de fuerza sobre otro punto
de pivotamiento en dicho elemento de conexión. La publicación se
centra en obtener un accionamiento independiente del cabezal de
ultrasonidos y del apoyo. Una vez que el cabezal de ultrasonidos y
el apoyo están en la posición correcta, se aplica una fuerza de
compresión sobre estos, gracias a la activación de un cilindro de
compresión. Este cilindro de compresión actúa mediante una unidad
que está conectada de manera fija al cabezal de ultrasonidos y a un
elemento de conexión, que acciona a su vez una parte de una unidad
conectada de manera fija al apoyo. De este modo, el cabezal de
ultrasonidos se desplazará gracias a que la totalidad del
dispositivo de soporte para el cabezal de ultrasonidos se desplaza
hacia el envase y el apoyo. Debido a que el primer elemento de
conexión está fijo, este movimiento del cabezal de ultrasonidos
será absorbido a su vez por un muelle, que, después de finalizar el
sellado, devolverá el cabezal de ultrasonidos a la posición en la
que dicho cabezal y el apoyo son accionados de manera independiente
entre sí.
El documento WO01/094234 da a conocer un cabezal
de ultrasonidos y un apoyo para sellar un elemento tubular inicial
de envase mediante un cierre denominado solapado. Un cierre de este
tipo se conforma mediante la creación de un tubo, sellando dos
bordes longitudinales entre sí, quedando dispuesto un borde en la
parte exterior del material, de manera adyacente al segundo borde.
A efectos de adaptarlo para sellar un tubo de este tipo, el cabezal
de ultrasonidos está dotado de un rebaje que está configurado para
alojar el grosor adicional del material presente en el cierre
solapado.
solapado.
El documento WO96/21595 da a conocer otro
sistema en el que el apoyo está dotado de un rebaje para alojar el
mayor grosor del material en la zona de unión solapada.
El documento US 4.484.977 da a conocer un
dispositivo que tiene dos mordazas de procesamiento para comprimir
y sellar una aleta superior de un recipiente. Las mordazas de
procesamiento están soportadas de manera móvil en unos elementos
elásticos, y pueden desplazarse de manera simétrica entre una
posición activa, en la que las mordazas están en contacto con la
aleta de cierre, y una posición inactiva, en la que las mordazas
están separadas de la aleta de
cierre.
cierre.
Los sistemas de sellado de los tipos mencionados
anteriormente están construidos normalmente a efectos de obtener un
sellado correcto de manera repetible. Estos mismos deben tener un
diseño y una construcción básicos sencillos, y deben ser capaces de
sellar envases correctamente, incluso si el material del envase y la
configuración o posición de dicho envase varían dentro de ciertos
límites. Además, frecuentemente, estos deben ser capaces de
conformar previamente el envase en combinación con la operación de
sellado, a efectos de obtener un cierre que se conforma después del
doblado final del envase. Los diseños y construcciones descritos
anteriormente no resultan totalmente satisfactorios según dichos
criterios. La primera construcción está adaptada para la
conformación determinada de un envase con tapa de pico, pero no para
conformar un envase en forma de brick, con solapas dobladas hacia
abajo en las esquinas. La segunda construcción es demasiado compleja
y, además, resulta difícil obtener una fuerza de compresión
correcta cuando se suministra aire comprimido al cilindro que debe
llevar a cabo la compresión del material del envase entre el cabezal
de ultrasonidos y el apoyo. Ambas construcciones descritas
anteriormente presentan el inconveniente de que el envase y su
cierre solapado deben alojarse en el rebaje del cabezal de
ultrasonidos y del apoyo, respectivamente, a efectos de obtener un
sellado correcto.
Por lo tanto, no existe ninguna solución
satisfactoria para los requisitos de construcción básicos
existentes. En consecuencia, un objetivo de la presente invención
es dar a conocer un dispositivo o un diseño y construcción básicos
que permitan satisfacer los requisitos de construcción mencionados
anteriormente y otros requisitos adicionales existentes de un
dispositivo de sellado del tipo descrito a título de
introducción.
Según la presente invención, los objetivos
mencionados anteriormente se obtienen mediante un dispositivo del
tipo descrito a título de introducción, que presenta las
características específicas consistentes en que el apoyo está
conectado a al menos un elemento alargado que se extiende en una
dirección alejada del apoyo, hacia la unidad de sellado y más allá
de esta, estando dispuestos los elementos alargados, más allá de la
unidad de sellado, para su conexión a al menos un primer elemento
de accionamiento, y estando dispuesto un elemento de accionamiento
para aplicar una fuerza entre la unidad de sellado y dicho primer
elemento de accionamiento, de modo que estos se alejan entre sí, y
de modo que el apoyo y la unidad de sellado se desplazan el uno
hacia el otro. Gracias a este diseño del dispositivo, es posible
realizar una construcción en la que solamente un número limitado de
componentes se extienden en la trayectoria de transporte por la que
son transportados los envases a sellar. Además, resulta sencillo
diseñar el sistema de manera que el apoyo y la unidad de sellado se
muevan el uno hacia el otro con unas velocidades proporcionales y,
si la unidad de accionamiento suministra la fuerza de manera
simétrica, el apoyo y la unidad de sellado se moverán simétricamente
el uno hacia el otro. Este movimiento simétrico es deseable en
numerosos casos, ya que, de este modo, se obtendrá automáticamente
un doblado simétrico del envase en combinación con la operación de
sellado. Además, esta construcción resulta deseable porque los
componentes que se mueven cerca de la trayectoria del envase pueden
estar diseñados como simples barras de tracción, mientras que la
unidad de accionamiento, que necesita una construcción ligeramente
más compleja, puede disponerse a cierta distancia de la trayectoria
de transporte del envase, lo que supone que será más fácil mantener
un nivel alto de higiene cerca del envase. Las barras de tracción
simples también resultan favorables en lo que respecta a la
posibilidad de utilizar un flujo de aire laminar para mantener un
elevado nivel de higiene, sin perturbar excesivamente dicho flujo de
aire. El aire puede consistir en aire estéril o, al menos, aire
purificado sin partículas.
Las realizaciones de la presente invención
resultan evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes
adjuntas.
Según una realización, el dispositivo comprende
al menos dos elementos alargados que se extienden en una dirección
alejada del apoyo, hacia la unidad de sellado y más allá de esta.
Gracias a la utilización de dos elementos alargados, resulta
sencillo garantizar que se obtenga el paralelismo deseado en el
movimiento y en la aplicación de fuerza. Debe observarse nuevamente
que la simplificación de la construcción (se evita la necesidad de
puntos de fijación rígidos mecánicamente, gracias a la aplicación
pareja de la fuerza de tracción) supone que es posible mantener un
nivel de higiene satisfactorio de manera más sencilla.
Preferiblemente, la fuerza se aplica en la
unidad de sellado desde la unidad de accionamiento, mediante un
segundo elemento de accionamiento que comprende al menos dos
elementos de acoplamiento de limitación de fuerza que están
dispuestos para limitar la fuerza entre el elemento de accionamiento
y el elemento de sellado y, de este modo, la fuerza entre el apoyo
y la unidad de sellado. De esta manera, es posible garantizar que
siempre se obtenga una fuerza de compresión correcta en la
ubicación en la que se lleva a cabo el sellado, incluso si el
material presenta una ligera desviación de grosor con respecto al
grosor previsto. Tal como se ha mencionado anteriormente, resulta
ventajoso que el elemento de limitación de fuerza esté situado en la
parte del mecanismo que no está situada en la zona del envase a
sellar. Otra ventaja adicional consiste en que, en el caso de que
se produzca algún fallo en la máquina, el elemento de acoplamiento
de limitación de fuerza puede contribuir a reducir el riesgo de que
la unidad de sellado, que es relativamente cara, resulte dañada
debido a que algún elemento quede retenido de manera incorrecta
entre dicha unidad de sellado y el apoyo. Por ejemplo, el elemento
de limitación de fuerza puede consistir en algún tipo de muelle
mecánico, cilindro neumático o hidráulico, membrana neumática o
hidráulica o similar, que permita obtener una fuerza máxima
determinada. Normalmente, un muelle mecánico tensado previamente
con un fuerza considerable suministra una fuerza en aumento incluso
después de haber sobrepasado la fuerza de tensado previo, aunque
este aumento de la fuerza, debido a una compresión adicional, puede
considerarse prácticamente despreciable mediante una selección y un
diseño correctos del muelle, del nivel de tensado previo y de la
estructura que lo rodea. Los sistemas neumáticos e hidráulicos
permiten obtener una fuerza máxima fija, que es igual incluso cuando
la unidad de accionamiento está en continuo movimiento.
Según una realización preferida, el segundo
elemento de accionamiento comprende al menos un primer y un segundo
componente, estando dispuesto el primer componente para rodear al
menos parcialmente el segundo componente y el elemento de
acoplamiento de limitación de fuerza, estando dispuesto el elemento
de acoplamiento para aplicar una fuerza entre los componentes de
modo que sean forzados a alejarse entre sí, y estando limitada
dicha fuerza de alejamiento por la parte del primer componente que
rodea el segundo componente y está dispuesta para apoyarse contra
el segundo componente. Gracias a esta construcción, con un tope
denominado "overshot", la unidad de sellado soportada por el
segundo elemento de accionamiento se moverá con el elemento de
accionamiento como si estuviese conectada de manera fija, hasta que
el apoyo y la unidad de sellado ejerzan presión entre sí con una
fuerza que exceda el nivel límite del elemento de acoplamiento de
limitación de fuerza. Una vez que ha sido alcanzada la posición
límite, la parte que soporta la unidad de sellado no se moverá,
incluso aunque la unidad de accionamiento siga moviéndose.
Ventajosamente, el elemento de acoplamiento
comprende una membrana cuya flexión hacia afuera está configurada
para ser accionada mediante un fluido a presión, tal como líquido o
gas. Tal como se ha mencionado anteriormente, un elemento de
acoplamiento de este tipo transmitirá una fuerza que es proporcional
a la superficie activa y a la presión en la membrana y que, de este
modo, será constante tan pronto se alcance el nivel límite.
Según una realización preferida, la unidad de
accionamiento comprende un elemento de interconexión que es
desplazable de manera sustancialmente transversal con respecto a la
dirección de movimiento de la unidad de sellado y del apoyo y que,
por un lado, está conectado a la unidad de sellado mediante un
primer elemento de conexión que está conectado de manera pivotante
al elemento de interconexión y al primer o segundo componente del
segundo elemento de accionamiento que no está conectado a la unidad
de sellado y, por otro lado, está conectado al primer elemento de
accionamiento mediante un segundo elemento de conexión que está
conectado de manera pivotante al elemento de interconexión y al
segundo elemento de accionamiento. De esta manera, el accionamiento
del elemento de interconexión en dirección transversal provoca un
movimiento relativo ventajoso entre el primer y el segundo elemento
de accionamiento a lo largo de los elementos alargados. Normalmente,
esta construcción se designa mecanismo de palanca, en el que el
elemento de interconexión se corresponde con la articulación de la
palanca o codo y los elementos de conexión se corresponden con el
brazo superior y el antebrazo. Una ventaja de una construcción de
este tipo es que, cuando los elementos de conexión forman un ángulo
agudo (en el inicio de la convergencia del apoyo y la unidad de
sellado), un movimiento mínimo del elemento de interconexión
producirá un desplazamiento relativamente grande del apoyo y de la
unidad de sellado y, cuando los elementos de conexión se extienden
para alinearse, cada uno en su dirección (al final del movimiento
de convergencia), solamente se obtendrá un ligero movimiento de la
unidad de sellado y del apoyo mediante el desplazamiento del
elemento de interconexión. Al final del movimiento, la relación de
transmisión del movimiento también supondrá que, con una fuerza
limitada aplicada en el elemento de interconexión, será posible
generar una compresión muy fuerte del apoyo y la unidad de
sellado.
Ventajosamente, la segunda unidad de
accionamiento está conectada de manera deslizante a dichos elementos
alargados. De esta manera, el sistema contribuirá automáticamente a
contrarrestar la flexión hacia afuera transversalmente con respecto
a los elementos alargados.
Preferiblemente, la unidad de accionamiento está
dispuesta, en una posición extrema nominal, para acercar la unidad
de sellado y el apoyo hasta un punto en el que se forma un
intersticio entre estos, teniendo dicho intersticio una anchura que
es inferior al grosor total de las capas de material a sellar entre
sí y, preferiblemente, inferior al grosor total de las capas de
material a sellar entre sí que se obtiene cuando la unidad de
sellado y el apoyo se desplazan de manera forzada el uno hacia el
otro con una fuerza definida por un elemento de acoplamiento de
limitación de fuerza.
De esta manera, se asegura que siempre es
posible obtener una compresión y un sellado correctos, al mismo
tiempo que, gracias a la utilización fiable de un intersticio, se
asegura que el apoyo y la unidad de sellado no entran en contacto
entre sí, lo que implica que, en este sentido, se elimina el riesgo
de que se produzcan daños en dicha unidad de sellado, que
normalmente es relativamente cara.
Según la presente invención, los objetivos
descritos anteriormente también se obtienen mediante un dispositivo
del tipo descrito a título de introducción, que presenta las
características consistentes en que el apoyo y la unidad de sellado
están conectados a una unidad de accionamiento común y están
dispuestos para acercarse el uno hacia el otro de modo que la
unidad de sellado y el apoyo se desplazan sustancialmente con el
mismo perfil de velocidad el uno hacia el otro, y el envase está
dispuesto para ser desplazado en una dirección transversal con
respecto a la dirección de movimiento de la unidad de sellado y del
apoyo. De esta manera, resulta sencillo obtener una compresión y
conformación simétricas del cierre. Al diseñar el sistema de modo
que el envase se desplace transversalmente con respecto a la
dirección de movimiento de la unidad de sellado y del apoyo, es
posible obtener un movimiento relativo opcional entre la unidad de
sellado y el apoyo, por un lado, y el envase, por otro lado, de
manera que es posible optimizar dichos movimientos a efectos de
obtener una conformación correcta de la parte a sellar del
envase.
Ventajosamente, el dispositivo funciona
inicialmente para desplazar el envase a una velocidad en dirección
transversal superior a la velocidad de la unidad de sellado y del
apoyo en sus direcciones de movimiento respectivas, funcionando
posteriormente el dispositivo para desplazar el envase a una
velocidad en dirección transversal inferior a la velocidad de la
unidad de sellado y del apoyo en sus direcciones de movimiento
respectivas, funcionando posteriormente el dispositivo para
desplazar el envase a una velocidad en dirección transversal
superior a la velocidad de la unidad de sellado y del apoyo en sus
direcciones de movimiento respectivas. De esta manera, se obtendrá
inicialmente un posicionamiento correcto del envase, tras lo cual
dicho envase queda comprimido hasta que solamente existe un espacio
limitado entre la unidad de sellado y el apoyo. En esta posición,
el envase, descrito a título de ejemplo en forma tubular, queda
comprimido, de modo que se conforma un cierre transversal
denominado "praying". A continuación, el dispositivo funciona
para desplazar el envase a una velocidad en dirección transversal
superior a la velocidad de la unidad de sellado y del apoyo en sus
direcciones de movimiento respectivas. De esta manera, se llevará a
cabo una compresión final de la parte a sellar del envase. Por
ejemplo, esta compresión resulta ventajosa en envases en los que las
partes más exteriores de la aleta de cierre deben doblarse hacia
adentro, debajo del fondo, o hacia abajo, en los lados. Estos
pliegues, denominados solapas de las esquinas, se encuentran en la
parte superior e inferior de los envases en forma de brick
comercializados por Tetra Pak, bajo la marca Tetra Brik®. Si el
mecanismo de palanca mencionado anteriormente se utiliza para esta
aplicación, se obtendrá además la ventaja inherente del cambio de
la relación de transmisión de la articulación de la palanca en su
movimiento. Si se activa en primer lugar el dispositivo de
elevación del envase y a continuación se inicia el movimiento del
mecanismo de palanca, se obtendrá inicialmente una velocidad de
elevación alta, y posteriormente una velocidad de convergencia
alta, debido a la relación de transmisión relativamente alta del
mecanismo de palanca. Al final del movimiento del mecanismo de
palanca, este tiene una relación de transmisión baja, lo que supone
que la velocidad de elevación será de nuevo relativamente alta. Es
posible complementar este cambio en la relación de transmisión y los
diferentes instantes de inicio con una reducción temporal de la
velocidad de elevación en la mitad del movimiento.
Ventajosamente, el apoyo está conectado a al
menos un elemento alargado que se extiende en una dirección alejada
del apoyo, hacia la unidad de sellado y más allá de esta, estando
dispuestos los elementos alargados, más allá de la unidad de
sellado, para su conexión a al menos un primer elemento de
accionamiento, y funcionando el elemento de accionamiento para
aplicar una fuerza entre la unidad de sellado y dicho primer
elemento de accionamiento, de modo que estos se alejan entre sí, y
de modo que el apoyo y la unidad de sellado se mueven el uno hacia
el otro. Gracias a este diseño del dispositivo, es posible realizar
una construcción en la que solamente un número limitado de
componentes se extienden en la trayectoria de transporte por la que
son transportados los envases a sellar. Además, resulta sencillo
diseñar el sistema de manera que el apoyo y la unidad de sellado se
muevan el uno hacia el otro con unas velocidades proporcionales y,
si la unidad de accionamiento suministra la fuerza de manera
simétrica, el apoyo y la unidad de sellado se moverán simétricamente
el uno hacia el otro. Este movimiento simétrico es deseable en
numerosos casos, ya que, de este modo, se obtendrá automáticamente
un doblado simétrico del envase en combinación con la operación de
sellado. Además, esta construcción resulta deseable porque aquellos
componentes que se mueven cerca de la trayectoria del envase pueden
estar diseñados como simples barras de tracción, mientras que la
unidad de accionamiento, que necesita una construcción ligeramente
más compleja, puede disponerse a cierta distancia de la trayectoria
de transporte del envase, lo que supone que será más fácil mantener
un nivel alto de higiene cerca del envase. Las barras de tracción
simples también resultan favorables en lo que respecta a la
posibilidad de utilizar un flujo de aire estéril laminar para
mantener un elevado nivel de higiene, sin perturbar excesivamente
dicho flujo de aire.
Según la presente invención, los objetivos
descritos anteriormente también se alcanzan mediante un dispositivo
del tipo que se da a conocer en la introducción, que presenta las
características específicas consistentes en que, en una posición
extrema nominal, la unidad de sellado y el apoyo se acercan hasta un
punto en el que se forma un intersticio entre estos, teniendo dicho
intersticio una anchura que es inferior al grosor total de las
capas de material a sellar entre sí y, preferiblemente, inferior al
grosor total de las capas de material a sellar entre sí que se
obtiene cuando la unidad de sellado y el apoyo se desplazan de
manera forzada el uno hacia el otro con una fuerza definida por un
elemento de acoplamiento de limitación de fuerza. De esta manera,
se asegura que siempre es posible obtener una compresión y un
sellado correctos, al mismo tiempo que, garantizando la creación de
un intersticio, también se asegura que el apoyo y la unidad de
sellado no entran en contacto entre sí, lo que implica que, en este
sentido, se elimina el riesgo de que se produzcan daños en dicha
unidad de sellado, que normalmente es relativamente cara.
Ventajosamente, el apoyo y la unidad de sellado
están conectados a una unidad de accionamiento común y están
dispuestos para acercarse el uno hacia el otro de modo que la unidad
de sellado y el apoyo se desplazan sustancialmente con el mismo
perfil de velocidad el uno hacia el otro, y el envase está dispuesto
para ser desplazado en una dirección transversal con respecto a la
dirección de movimiento de la unidad de sellado y del apoyo. De esta
manera, resulta sencillo obtener una compresión y conformación
simétricas del cierre. Al diseñar el sistema de modo que el envase
se desplace transversalmente con respecto a la dirección de
movimiento de la unidad de sellado y del apoyo, es posible obtener
un movimiento relativo opcional entre la unidad de sellado y el
apoyo, por un lado, y el envase, por otro lado, de manera que es
posible optimizar dichos movimientos a efectos de obtener una
conformación correcta de la parte a sellar del envase.
Ventajosamente, el dispositivo funciona
inicialmente para desplazar el envase a una velocidad en dirección
transversal superior a la velocidad de la unidad de sellado y del
apoyo en sus direcciones de movimiento respectivas, funcionando
posteriormente el dispositivo para desplazar el envase a una
velocidad en dirección transversal inferior a la velocidad de la
unidad de sellado y del apoyo en sus direcciones de movimiento
respectivas, funcionando posteriormente el dispositivo para
desplazar el envase a una velocidad en dirección transversal
superior a la velocidad de la unidad de sellado y del apoyo en sus
direcciones de movimiento respectivas. De esta manera, se obtendrá
inicialmente un posicionamiento correcto del envase, tras lo cual
dicho envase queda comprimido hasta que solamente existe un espacio
limitado entre la unidad de sellado y el apoyo. En esta posición,
el envase, descrito a título de ejemplo en forma tubular, queda
comprimido, de modo que se conforma un cierre transversal
denominado "praying". A continuación, el dispositivo funciona
para desplazar el envase a una velocidad en dirección transversal
superior a la velocidad de la unidad de sellado y del apoyo en sus
direcciones de movimiento respectivas. De esta manera, se llevará a
cabo una compresión final de la parte a sellar del envase. Por
ejemplo, esta compresión resulta ventajosa en envases en los que las
partes más exteriores de la aleta de cierre deben doblarse hacia
adentro, debajo del fondo, o hacia abajo, en los lados. Estos
pliegues, denominados solapas de las esquinas, se encuentran en la
parte superior e inferior de los envases en forma de brick
comercializados por Tetra Pak, bajo la marca Tetra Brik®.
Según la presente invención, los objetivos
mencionados anteriormente también se alcanzan mediante un método
para sellar un envase, que comprende las etapas de conformar un
elemento inicial laminar o en forma de banda en un tubo, en el que
dos bordes se fusionan o sueldan entre sí en una unión en la que un
borde está solapado con respecto al otro borde, orientar dicho tubo
de modo que dicha unión se hace girar para quedar enfrentada con
respecto a una unidad de soldadura por ultrasonidos, a efectos de
cerrar transversalmente el tubo, comprimir dicho tubo entre la
unidad de soldadura por ultrasonidos y un apoyo, activar la unidad
de soldadura por ultrasonidos antes de que esta y el apoyo se hayan
acercado y hayan comprimido el elemento inicial del envase hasta un
punto en el que se realiza un cierre en dicho elemento inicial del
envase, mediante la activación previa de la unidad de soldadura por
ultrasonidos, realizar una incisión en dicha unión, extendiéndose
dicha incisión, por un lado, a lo largo del cierre transversal y,
extendiéndose, por otro lado, al menos parcialmente a través de una
capa de material de dicha unión, y hacer converger adicionalmente la
unidad de soldadura por ultrasonidos y el apoyo a efectos de llevar
a cabo el cierre. De esta manera, es posible llevar a cabo cierres
de alta calidad, incluso si existen variaciones de grosor del
material, por ejemplo, debido a uniones o similares en la parte a
sellar. Activando la unidad de ultrasonidos antes de que el material
haya sido comprimido excesivamente, el cabezal de ultrasonidos
cortará el material y se obtendrá una incisión clara y definida, en
vez de una formación incontrolada de grietas, que se produce en
ciertos casos, debido a una presión de contacto excesivamente alta.
De este modo, al realizar un corte en la capa adicional de material,
la unidad de sellado y el apoyo comprimirán entre estos un grosor
de material sustancialmente uniforme a lo largo de la totalidad de
la anchura del cierre, obteniéndose una calidad uniforme del cierre
en toda la anchura.
A continuación, se describirá de manera más
detallada la presente invención, haciendo referencia a los dibujos
esquemáticos que se acompañan que, a título de ejemplo, muestran una
realización preferida actual de la presente invención. En los
dibujos que se acompañan:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
dispositivo para sellar dos envases de manera simultánea;
la figura 2 es una vista en perspectiva, a mayor
escala, de unos medios de accionamiento mostrados en la figura
1;
la figura 3 es una vista en perspectiva de los
mecanismos de accionamiento del dispositivo de sellado;
la figura 4 es una vista en alzado lateral del
dispositivo de sellado, del envase a sellar y del dispositivo de
elevación del envase, así como de los movimientos relativos de los
componentes incluidos;
la figura 5 muestra, a mayor escala, el
movimiento relativo entre el cabezal de soldadura por ultrasonidos y
el envase mostrado en la figura 4;
la figura 6 es una vista en perspectiva y en
sección parcial del tren de transmisión de potencia del dispositivo
de sellado entre los medios de accionamiento, por un lado, y la
unidad de ultrasonidos y el apoyo, por otro lado;
la figura 7 muestra, desde arriba, la
orientación del envase a sellar con respecto a la unidad de
ultrasonidos y el apoyo; y
la figura 8 muestra, desde arriba, la
configuración del envase cuando este es sellado entre la unidad de
ultrasonidos y el apoyo.
El dispositivo de sellado que se describirá de
manera más detallada a continuación está adaptado para sellar de
manera simultánea dos envases, aunque, naturalmente, la presente
invención es aplicable a dispositivos para sellar un envase o
varios envases a la vez. Tal como puede observarse en la figura 1,
el dispositivo de sellado comprende dos dispositivos de elevación
1a, 1b del envase que, mediante un soporte transversal 1, están
fijados a una correa de transmisión 3 que es accionada por un
servomotor 2. El soporte transversal 1 y, por lo tanto, los
dispositivos de elevación 1a, 1b del envase, se moverán hacia arriba
y hacia abajo cuando la parte de la correa 3 a la que está fijado
dicho soporte transversal 1 se mueve hacia arriba y hacia abajo,
mediante el servomotor 2. Los envases 10 están dispuestos para ser
elevados, de modo que la parte de estos que va a ser sellada queda
dispuesta entre un cabezal de ultrasonidos 5a, 5b y un apoyo 6 (ver
también la figura 4 y la figura 5). El numeral de referencia 4 de
la figura 1 indica una unidad de accionamiento que comprende el
dispositivo de accionamiento mecánico y el dispositivo de
accionamiento eléctrico del cabezal de ultrasonidos 5a, 5b.
La figura 2 muestra una sección de una parte de
los medios de accionamiento mecánicos. El dispositivo de
accionamiento comprende un servomotor eléctrico 7 que acciona un
husillo 8, que acciona a su vez una construcción en forma de tuerca
9 montada a través de un cojinete de bolas en dicho husillo, a
efectos de desplazarse hacia arriba y hacia abajo a lo largo del
husillo 8 cuando dicho husillo 8 gira. Una construcción de este
tipo, denominada normalmente husillo de bolas, está disponible
comercialmente y no se describirá de manera más detallada. Tal como
puede observarse más claramente en la figura 6, dicha construcción
en forma de tuerca 9 está conectada a una horquilla 11 que se
extiende hacia afuera desde la tuerca 9 y que la acompaña en su
desplazamiento hacia arriba y hacia abajo a lo largo del husillo 8.
En cada lado de la horquilla 11, y unidas de manera fija a esta,
están dispuestas dos construcciones tubulares 11a y 11b, deslizables
verticalmente a lo largo de dos barras 22a-b, cada
una con dos elementos de conexión 12a-b,
12c-d fijados de manera pivotante a cada
construcción tubular 11a-b respectiva.
\newpage
Los dos elementos de conexión 12b, 12d que están
dispuestos en el mismo lado de cada tubo 11a, 11b respectivo, están
fijados de manera pivotante por su otro extremo a una pieza extrema
13 común. Esta pieza extrema 13 está fijada a tres barras
14a-c y las interconecta, estando dispuestas dichas
tres barras para soportar el apoyo 6 con sus extremos opuestos a la
pieza extrema 13 (ver figura 4 y figura 6). Los otros dos elementos
de conexión 12a, 12c que están dispuestos en el otro lado de cada
tubo 11a, 11b respectivo están fijados a su vez de manera pivotante
a un carro de accionamiento 15 común, que es desplazable de manera
deslizante con respecto a las barras 14a-c. El
servomotor 7 está unido de manera fija con respecto a la parte
pertinente del bastidor de la máquina, lo que implica que, cuando
el servomotor 7 acciona el husillo 8, la construcción en forma de
tuerca 9 se moverá hacia arriba y hacia abajo, lo que implica a su
vez que el carro de accionamiento 15 y la pieza extrema 13 se
moverán acercándose y alejándose entre sí, respectivamente.
Asimismo, el carro de accionamiento 15 está conectado a las
unidades de ultrasonidos 5a, 5b y, tal como se ha mencionado
anteriormente, la pieza extrema 13 está conectada al apoyo 6 a
través de las barras 14a-c. Cuando el carro de
accionamiento 15 y la pieza extrema 13 se acercan entre sí, el
apoyo 6 y las unidades de ultrasonidos 5a, 5b se alejarán entre sí,
y viceversa.
Cada una de las unidades de ultrasonidos 5a, 5b
está soportada por unos carros 16a, 16b que están montados
individualmente y de manera deslizable en las barras
14a-c, y que están conectados individualmente al
carro de accionamiento 15, parcialmente a través de dos membranas
neumáticas 17a-d y parcialmente a través de unos
topes ("overshots") 16c-d (mostrados más
claramente en las figuras 3 y 4). Las membranas neumáticas
17a-b y 17c-d están conectadas en
pares a dos reguladores de presión 18 (solamente se muestra uno), de
modo que las membranas 17a-b y
17c-d que están conectadas al mismo carro 16a y 16b,
respectivamente, están conectadas al mismo regulador de presión 18.
De manera alternativa, es posible utilizar un regulador 18 que
regule la presión de todas las membranas 17a-d. Las
membranas 17a-d siempre están sometidas a una
presión aproximada de 2-4 bares, dependiendo de la
anchura del cierre a realizar. Debido a su disposición entre el
carro de accionamiento 15 y los dos carros 16a-b,
las membranas 17a-d los forzarán a alejarse hasta el
momento en el que dichos carros 16a-b no puedan
alejarse más con respecto a dicho carro de accionamiento 15, debido
a que los topes 16c-d limitan dicho movimiento.
Cuando el sistema no aplica ninguna fuerza de compresión sobre los
carros 16a-b con respecto al carro de accionamiento
15, estos tres carros se moverán con un único movimiento de
interconexión rígido. Cuando el carro de accionamiento 15 se aleja
con respecto al servomotor 7 y los carros 16a-b
quedan retrasados con una fuerza que excede la fuerza de las
membranas 17a-d a la presión pertinente (y con sus
superficies específicas), dichos carros 16a-b serán
forzados a desplazarse más cerca con respecto al carro de
accionamiento 15, contra la resistencia de las membranas
17a-d. Por lo tanto, las membranas
17a-d funcionarán como un elemento de limitación de
fuerza. Incluso si el carro de accionamiento 15 tiene suficiente
fuerza para presionar los carros 16a-b con una
fuerza que excede la fuerza de las membranas 17a-d,
no será posible mover dichos carros 16a-b hacia
adelante con una fuerza que excede la fuerza de dichas membranas
17a-d a la presión determinada. A continuación, se
explicará de manera más detallada la función práctica relacionada
con la operación de sellado.
A su vez, los carros 16a-b
soportan dos unidades de soldadura por ultrasonidos, cada una de las
cuales comprende un convertidor de energía 19a-b,
que convierte la corriente eléctrica alterna en oscilaciones
mecánicas, y un cabezal de soldadura 5a, 5b, que está dispuesto
para transmitir las oscilaciones mecánicas al envase 10 a sellar.
Cada uno de los convertidores de energía 19a-b está
conectado, a través de una conexión 20a-b, a algún
tipo de generador o similar que suministra energía eléctrica en
forma de tensión y corriente, con la frecuencia e intensidad
correctas. Dichas unidades están disponibles comercialmente y no se
describirán de manera más detallada en la presente solicitud.
Normalmente, el convertidor de energía 19a-b
comprende una agrupación de elementos denominados piezoeléctricos
que, en campos eléctricos alternos, adoptan formas diferentes.
En el presente párrafo se describirán de manera
más detallada los ciclos de inicio y de producción. En primer
lugar, la función mecánica debe calibrarse mediante un ajuste
correcto. A continuación, el servomotor 7 se hace funcionar hasta
una posición extrema, de modo que las construcciones tubulares
1a-b mencionadas anteriormente están en contacto
con una placa base 21. En esta posición, los elementos de conexión
12a-d estarán dispuestos de manera recta hacia
afuera, de modo que quedan situados en una línea paralela con
respecto a las barras 14a-c. Desde el punto de
vista de la transmisión de potencia, también resulta adecuado que
estos queden dispuestos en el plano en el que las tres barras
14a-c ejercen tensión. Cuando el sistema de
transmisión está en esta posición extrema, las unidades de
ultrasonidos 5a-b, y posiblemente también el apoyo
6, se ajustan de modo que estos se apoyen uno contra otro y sean
absolutamente paralelos entre sí. A continuación, se indica una
nueva posición extrema a los servomotores 7a-b. Esta
posición extrema debe estar situada ligeramente encima de la
posición extrema mecánica, a efectos de asegurar que las unidades de
ultrasonidos 5a-b y el apoyo 6 no entran en
contacto entre sí durante la producción si no existe ningún envase
en su posición y la máquina, por una u otra razón, falla al
registrar la no presencia de un envase. Debido a que el mecanismo de
palanca tiene una elevada relación de transmisión, cualquier
posible fallo del servomotor 7 en lo que se refiere a su parada en
la posición de detención correcta no supondrá ninguna diferencia
sustancial en la posición extrema de las unidades de ultrasonidos
5a-b. En el presente ejemplo, la posición de
detención nominal (entre las unidades de ultrasonidos
5a-b y el apoyo 6) se ajusta a 0,15 mm. El material
del envase tiene un grosor aproximado de 0,5 mm, lo que implica
que, en el sellado descrito, es necesario comprimir 1 mm de material
entre el cabezal de ultrasonidos 5a-b y el apoyo 6.
En el presente caso, el material del envase es comprimido con una
fuerza durante el sellado que implica que este es comprimido hasta
un grosor total aproximado de 0,4 mm (dos capas de 0,2 mm de grosor
cada una). Por lo tanto, en lo que respecta al sellado, la
compresión del material supone que dicho material alcanza un grosor
del orden de magnitud del 30-60% del grosor sin
cargas. Además, el intersticio de seguridad tiene un grosor del
orden de magnitud del 30-60% del grosor del material
comprimido del envase, o un grosor del orden de magnitud del
10-20% del grosor del material no comprimido del
envase. Mediante este conjunto de relaciones entre diferentes
grosores y posiciones extremas, se obtendrá un sistema que lleva a
cabo un sellado correcto de manera fiable, pero que, no obstante,
garantiza que las piezas de dicho sistema no sufren daños debidos a
colisiones entre estas.
Durante la producción, el envase 10 es
desplazado inicialmente de manera relativamente rápida hacia arriba,
hacia el espacio situado entre las unidades de ultrasonidos
5a-b y el apoyo 6. A una ligera distancia de dicho
movimiento, las unidades de ultrasonidos 5a-b y el
apoyo 6, en cambio, empiezan a moverse de manera relativamente
rápida con respecto al movimiento de elevación del envase. Esta
convergencia de las unidades de ultrasonidos 5a-b y
el apoyo 6 empieza a provocar la compresión entre estos del extremo
del tubo, de modo que dicho extremo quede conformado como una aleta
alargada. Al final del movimiento, el envase 10 será desplazado
nuevamente hacia arriba a una velocidad relativamente elevada,
doblándose los paneles 10a-b que conformarán la
parte superior o inferior de dicho envase, de modo que estos queden
dispuestos en ángulos sustancialmente rectos con respecto a la
dirección longitudinal principal 10c del envase. Este estado puede
obtenerse en un envase Tetra Brik convencional si las solapas de
las esquinas superiores son liberadas y dobladas hacia afuera, de
modo que estas se extiendan de manera recta hacia afuera, tras lo
cual se levanta la aleta de cierre, de modo que se extienda de
manera recta hacia arriba. Debido a que el apoyo 6 y las unidades de
ultrasonidos 5a-b se mueven a la misma velocidad,
el envase se conformará de la misma manera en cada lado de la aleta
de cierre. Las figuras 5 y 6 muestran la manera en la que un punto
de la unidad de ultrasonidos 5a-b y un punto del
envase 10 se mueven el uno con respecto al otro. El material del
envase a sellar es comprimido de manera fija entre las unidades de
ultrasonidos 5a-b y el apoyo 6, con una fuerza que
aumenta cuanto más desplaza el servomotor 7 los tubos
11a-b hacia abajo, en otras palabras, cuanto más
recto está dispuesto el mecanismo de palanca 12a-d,
hasta el momento en el que las membranas 17a-d no
pueden seguir transmitiendo una fuerza más grande. En esta
posición, debido a su conexión mecánica rígida con la palanca, el
apoyo 6 seguirá moviéndose una distancia corta, al mismo tiempo que
el material del envase y las unidades de ultrasonidos
5a-b serán presionados y se desplazarán hacia
atrás, hacia el carro de accionamiento 15, que seguirá su movimiento
nominal hacia el apoyo 6, ya que este también está conectado
rígidamente al mecanismo de palanca. Debido a que las membranas
17a-d tienen una presión interior que es controlada
por un regulador de presión 18, la fuerza de compresión sobre el
material del envase siempre será la suma total de la fuerza
procedente de las membranas 17a-d dividida por la
superficie de apoyo del cabezal de ultrasonidos 5a-b
sobre dicho material del envase, a pesar del ligero movimiento
adicional del apoyo 6 y del carro de accionamiento 15 el uno hacia
el otro.
Los envases 10 a sellar se disponen para ser
girados con su unión solapada longitudinal 10d orientada hacia el
cabezal de ultrasonidos 5a-b. Los cabezales de
ultrasonidos 5a-b están dispuestos para ser
activados antes de que el material sea comprimido hasta un punto en
el que la activación de dichos cabezales de ultrasonidos
5a-b da como resultado una soldadura y fusión del
envase. Esto supone que los cabezales de ultrasonidos
5a-b realizarán una incisión a través de la capa
adicional de material que tiene el envase 10 en la unión solapada
10d. Cuando los cabezales de ultrasonidos 5a-b han
cortado la capa adicional de material (que tiene una extensión
limitada a lo largo del lado frontal del cabezal de ultrasonidos) la
fuerza de compresión será transmitida a lo largo de la totalidad de
la anchura de los cabezales de ultrasonidos 5a-b, de
manera que la fuerza de dichos cabezales de ultrasonidos
5a-b dará como resultado una presión de contacto
considerablemente inferior sobre la superficie del material del
envase, lo que implica a su vez que el cabezal de ultrasonidos
5a-b no ejercerá una compresión con una fuerza que
provocará el corte de la superficie del material del envase.
Cuando el cabezal de ultrasonidos
5a-b y el apoyo 6 han sido forzados a acercarse
entre sí y llevan a cabo el sellado, el envase presenta la
configuración que se obtiene si se dispone un envase en forma de
brick convencional y las solapas de las esquinas se levantan desde
los lados o las solapas de las esquinas inferiores se doblan hacia
afuera desde el fondo, de modo que estas se extiendan hacia afuera
de manera recta, y de modo que la aleta se extienda desde el envase
de manera recta. La figura 8 muestra el aspecto del envase 10, visto
desde arriba. Los paneles superiores 10a-b y los
paneles de las esquinas 10e-f (ver figura 5) son
sustancialmente paralelos con respecto a las barras
14a-c
y son girados para quedar orientados hacia arriba, mientras que los paneles de las esquinas 10e-f son girados para quedar orientados hacia abajo.
y son girados para quedar orientados hacia arriba, mientras que los paneles de las esquinas 10e-f son girados para quedar orientados hacia abajo.
Claims (7)
1. Dispositivo para sellar un envase (10), que
comprende una unidad de sellado (5a-b) y un apoyo
(6) entre los que se dispone un número de capas de material para ser
comprimidas, selladas y fusionadas entre sí, estando conectado el
apoyo (6) a al menos un elemento alargado (14a-c)
que se extiende en una dirección desde el apoyo (6) hacia la unidad
de sellado (5a-b) y más allá de esta, estando
dispuestos los elementos alargados (14a-c), más allá
de la unidad de sellado (5a-b), para su conexión a
al menos un primer elemento de accionamiento (13), y estando
dispuesta una unidad de accionamiento (7a-b) para
aplicar una fuerza entre la unidad de sellado (5a-b)
y dicho primer elemento de accionamiento (13), de modo que estos se
alejen entre sí, y de modo que el apoyo (6) y la unidad de sellado
(5a-b) se desplacen el uno hacia el otro,
caracterizado por el hecho de que la fuerza procedente de la
unidad de accionamiento (7a-b) se aplica en la
unidad de sellado (5a-b) mediante un segundo
elemento de accionamiento (15, 16a-b) que comprende
al menos un elemento de acoplamiento de limitación de fuerza
(17a-d) que está dispuesto para limitar la fuerza
entre el elemento de accionamiento (15, 16a-b) y la
unidad de sellado (5a-b) y, de este modo, la fuerza
entre el apoyo (6) y la unidad de sellado (5a-b), en
el que la unidad de accionamiento (7a-b) está
dispuesta, en una posición extrema nominal, para hacer converger la
unidad de sellado (5a-b) y el apoyo (6) hasta un
punto en el que se forma un intersticio entre estos, teniendo dicho
intersticio una anchura que es inferior al grosor total de las capas
de material a sellar y fusionar entre sí y, preferiblemente,
inferior al grosor total de las capas de material a sellar y
fusionar entre sí que se obtienen cuando la unidad de sellado
(5a-b) y el apoyo (6) se desplazan de manera forzada
el uno hacia el otro con una fuerza definida por el elemento de
acoplamiento de limitación de fuerza (17a-d).
2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que la segunda unidad de accionamiento (15, 16a-b)
comprende al menos un primer (16a-b) y un segundo
(15) componente, estando dispuesto el primer componente
(16a-b) para rodear al menos parcialmente el segundo
componente (15) y el elemento de acoplamiento de limitación de
fuerza (17a-d), estando dispuesto el elemento de
acoplamiento (17a-d) para aplicar una fuerza entre
los componentes (15, 16a-b) de modo que estos sean
forzados a alejarse entre sí, y estando limitada dicha fuerza de
alejamiento por la parte (16c-d) del primer
componente (16a-b) que rodea el segundo componente
(15) y está dispuesta para apoyarse contra el segundo componente
(15).
3. Dispositivo, según la reivindicación 2, en el
que dicho elemento de acoplamiento (17a-d) comprende
una membrana cuya flexión hacia afuera está configurada para ser
accionada por un fluido a presión, tal como líquido o gas.
4. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de accionamiento
(7a-b) comprende un elemento de interconexión (11,
11a-b) desplazable de manera sustancialmente
transversal con respecto a la dirección de movimiento de la unidad
de sellado (5a-b) y del apoyo (6), estando conectada
la unidad de interconexión, por un lado, a la unidad de sellado
(5a-b) mediante un primer elemento de conexión (12a,
12c) que está conectado de manera pivotante al elemento de
interconexión (11, 11a-b) y al primer o segundo
componente del segundo elemento de accionamiento (15,
16a-b) que no está conectado a la unidad de sellado
(5a-b), y estando conectada, por otro lado, al
primer elemento de accionamiento (13) mediante un segundo elemento
de conexión (12b, 12d) que está conectado de manera pivotante al
elemento de interconexión (11, 11a-b) y al segundo
elemento de accionamiento (13).
5. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el segundo elemento de
accionamiento (15, 16a-b) está conectado de manera
deslizante a dicho elemento alargado (14a-c).
6. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el
que el apoyo (6) y la unidad de sellado (5a-b) están
conectados a la unidad de accionamiento común (7a-b)
y están dispuestos para converger el uno hacia el otro de modo que
la unidad de sellado (5a-b) y el apoyo (6) se
desplazan sustancialmente con el mismo perfil de velocidad el uno
hacia el otro y, al mismo tiempo, el envase (10) está dispuesto para
ser desplazado en una dirección transversal con respecto a la
dirección de movimiento de la unidad de sellado
(5a-b) y del apoyo (6).
7. Dispositivo, según la reivindicación 6, que
funciona inicialmente para desplazar el envase (10) a una velocidad
en dirección transversal superior a la velocidad de la unidad de
sellado (5a-b) y del apoyo (6) en sus direcciones de
movimiento respectivas, funcionando posteriormente el dispositivo
para desplazar el envase (10) a una velocidad en dirección
transversal inferior a la velocidad de la unidad de sellado
(5a-b) y del apoyo (6) en sus direcciones de
movimiento respectivas, funcionando posteriormente el dispositivo
para desplazar el envase (10) a una velocidad en dirección
transversal superior a la velocidad de la unidad de sellado
(5a-b) y del apoyo (6) en sus direcciones de
movimiento respectivas.
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