IT201600085761A1 - "Mandrino di tappatura auto-regolante per applicare elementi di chiusura su contenitori" - Google Patents

Description

"Mandrino di tappatura auto-regolante per applicare elementi di chiusura su contenitori"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale alle apparecchiature per la chiusura di contenitori e riguarda un mandrino di tappatura auto-regolante per applicare elementi di chiusura su contenitori.

La presente invenzione è stata sviluppata in modo particolare per avvitare capsule filettate su contenitori ma non è limitata a questo specifico campo di impiego. Infatti, l'invenzione può essere utilizzata in tutti i casi in cui si debbano applicare generici elementi di chiusura su contenitori, come ad esempio tappi o capsule applicati a pressione. L'invenzione si applica anche a elementi di chiusura con erogatori a pompa, provvisti o meno di pescante, con dosatori a pulsante, a grilletto, ecc...

Descrizione della tecnica relativa

Le apparecchiature per applicare elementi di chiusura su contenitori generalmente comprendono una struttura a giostra con una pluralità di teste di tappatura, ciascuna delle quali ha un pistone mobile lungo un asse longitudinale. Nel caso di apparecchiature per applicare capsule filettate il pistone è azionato con un movimento di avvitatura lungo l'asse longitudinale. Ciascuna testa di tappatura comprende un mandrino di tappatura fissato all'estremità inferiore del rispettivo pistone. I mandrini di tappatura sono muniti di ganasce atte ad afferrare le capsule o altri elementi di chiusura con una forza che permette di applicare la coppia di avvitatura o la forza di inserimento.

Gli elementi di chiusura utilizzati per la chiusura di contenitori spesso hanno diverse caratteristiche fisiche e geometriche. Gli elementi di chiusura possono avere qualsiasi forma (tonda, ovale, poligonale, conica, ecc.) e possono essere dotati o meno di pescante, di pompa per il dosaggio del prodotto, di leve o sistemi per l'azionamento della pompa di dosaggio del prodotto (grilletti, leve, pulsanti, ecc.).

Gli elementi di chiusura possono provenire da diversi produttori e possono essere realizzati con materiali e processi produttivi differenti. Quindi, accade frequentemente che gli elementi di chiusura abbiano diverse tolleranze dimensionali e deformazioni geometriche di vario tipo rispetto alla forma teorica.

In vista della variabilità delle caratteristiche geometriche e dimensionali degli elementi di chiusura, vi è la necessità di prevedere mandrini di tappatura autoregolanti che siano in grado di afferrare e applicare (avvitare, piantare e/o inserire) con la prescritta coppia/forza di applicazione elementi di chiusura con diverse caratteristiche. Nel caso delle capsule filettate un requisito particolarmente importante è che i mandrini di tappatura siano in grado di applicare la coppia di avvitatura senza danneggiare le capsule.

US2014/0311089 descrive un mandrino di tappatura comprendente una pluralità di ganasce premute da un anello elastico che mantiene le ganasce in condizione di riposo nella posizione di minimo diametro di presa. Durante la presa delle capsule le capsule devono essere inserite entro il mandrino mentre le ganasce sono premute elasticamente verso l'interno, vincendo la resistenza dell'anello elastico che preme elasticamente le ganasce verso l'interno. Al termine dell'avvitatura, durante il disimpegno delle ganasce dalla capsula, le superfici di presa delle ganasce ruotano sulla superficie zigrinata delle capsule mentre sono premute elasticamente verso l'interno. Una soluzione di questo tipo comporta dunque elevati rischi di danneggiamento delle capsule.

US7131245 descrive un mandrino di tappatura autoregolante comprendente una pluralità di ganasce articolate ad un supporto attorno a rispettivi perni. Ciascuna ganascia è associata ad una molla che spinge la rispettiva ganascia verso una posizione di contatto con la capsula. Il carico generato dalle molle deve essere molto elevato per garantire la trasmissione della coppia durante la fase di avvitatura. Al termine dell'avvitatura quando il mandrino di tappatura viene sollevato dal contenitore le porzioni dentate delle ganasce vanno a contatto con la zigrinatura della capsula mentre il mandrino si solleva dal contenitore con un movimento roto-traslatorio e tendono a danneggiare la zigrinatura delle capsule. Durante la fase di presa delle capsule le ganasce sotto l'azione delle molle si posizionano sul minimo diametro e la presa delle capsule deve avvenire comprimendo gli elementi elastici delle ganasce per far sì che la capsula possa alloggiarsi all'interno del mandrino. Dato che la forza elastica agente sulle ganasce è molto elevata, le capsule possono essere danneggiate anche durante la fase di prelievo.

US7322165 descrive un mandrino di tappatura autoregolante secondo il preambolo della rivendicazione 1, comprendente una pluralità di ganasce aventi rispettive superfici di presa e rispettive superfici a camma che cooperano con una superficie inclinata del supporto, in modo che le ganasce vengono compresse verso l'interno durante la fase di avvitatura. Le ganasce cooperano con molle che tendono a spingere le ganasce verso una posizione di apertura. Quando il mandrino si solleva dal contenitore le ganasce entrano in contatto con la zigrinatura esterna delle capsule mentre il mandrino ruota e si solleva dal contenitore. In questa fase esiste il rischio di danneggiamento della zigrinatura esterna delle capsule. Un ulteriore inconveniente di questa soluzione è che le molle che tendono a spingere le ganasce verso la posizione di rilascio non consentono il lavaggio accurato del mandrino e formano zone di ristagno di acqua.

Scopo e sintesi dell'invenzione

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire un mandrino di tappatura auto-regolante che superi i problemi della tecnica nota.

Più specificamente, l'invenzione si prefigge lo scopo di fornire un mandrino di tappatura che possa prelevare e applicare elementi di chiusura senza rischi di danneggiamento .

Secondo la presente invenzione, tali scopi sono raggiunti da un mandrino di tappatura auto-regolante avente le caratteristiche formanti oggetto della rivendicazione 1.

Le rivendicazioni formano parte integrante dell'insegnamento somministrato in relazione all'invenzione .

Come risulterà chiaro nel seguito della descrizione, una delle caratteristiche del mandrino secondo la presente invenzione è che il comando di chiusura avviene tramite un carico verticale assiale e la forza di chiusura è indipendente dalle componenti rotative e torsionali. Questo principio consente di suddividere le forze agenti sul mandrino evitando che le componenti torsionali possano danneggiare la capsula durante tutte le fasi di applicazione.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la figura 1 è una vista prospettica esplosa di un mandrino di tappatura auto-regolante secondo la presente invenzione,

- la figura 2 è una sezione esplosa secondo la linea II-II della figura 1,

la figura 3 è una vista prospettica della parte indicata dalla freccia III della figura 1, e

- le figure 4 e 5 sono sezioni assiali del mandrino di tappatura secondo la presente invenzione rispettivamente in posizione di rilascio e in posizione di presa.

Descrizione dettagliata

La descrizione che segue è fatta con specifico riferimento al caso di capsule filettate che vengono applicate mediante un movimento di avvitatura su rispettivi contenitori filettati. Si intende tuttavia che l'invenzione non è limitata a questo specifico esempio. Come indicato in precedenza l'invenzione è utilizzabile in generale per l'applicazione di elementi di chiusura di qualunque tipo, mediante avvitatura o pinataggio a pressione. Nel caso di tappi avvitati il mandrino sarà dotato di un movimento di rotazione combinato ad un movimento in direzione longitudinale mentre nel caso di tappi applicati a pressione il mandrino sarà movimentato soltanto in direzione longitudinale.

Con riferimento ai disegni, con 10 è indicato un mandrino di tappatura auto-regolante per avvitare capsule C su contenitori. Le capsule C hanno una parete laterale esterna 12, una superficie di testa 14 e una filettatura interna che è destinata ad essere avvitata sulla filettatura esterna di un contenitore, quale ad esempio una bottiglia. La superficie esterna 12 potrebbe essere dotata di una zigrinatura come illustrato nelle figure oppure potrebbe essere liscia o con qualunque altro tipo di finitura.

Il mandrino di tappatura 10 comprende un supporto 16 avente un gambo 18 e una sezione a forma di coppa 20 aperta inferiormente. Il supporto 20 ha un asse longitudinale A ed è destinato ad essere fissato all'estremità inferiore di un pistone 22 di una testa di avvitatura (non illustrata) che impartisce al supporto 18 un movimento di avvitatura lungo l'asse A.

Il mandrino di tappatura 10 comprende un elemento di guida 24 fisso rispetto al supporto 16 e avente una pluralità di guide 26. Nell'esempio illustrato nei disegni l'elemento di guida 24 è un corpo separato rispetto al supporto 16 ed è fissato al supporto, ad esempio mediante piantaggio con interferenza. In alternativa, l'elemento di guida 24 potrebbe essere formato in modo integrale con il supporto 16. Nell'esempio illustrato le guide 26 sono formate da recessi a forma di U orientati in direzione radiale rispetto all'asse A.

Il mandrino 10 comprende una pluralità di ganasce 28 che impegnano rispettive guide 26 dell'elemento di guida 24. Le ganasce 28 sono mobili indipendentemente fra loro nelle rispettive guide 26 lungo direzioni radiali rispetto all'asse A fra una posizione di rilascio e una posizione di presa. Le ganasce 28 hanno rispettive superfici di presa 30 atte a impegnare la superficie esterna 12 delle capsule C. Le superfici di presa 30 possono ad esempio essere dentate o gommate e possono avere una curvatura corrispondente al raggio della parete laterale 12 delle capsule C. Le ganasce 28 hanno rispettive prime superfici a camma 32 rivolte verso l'esterno. Nell'esempio illustrato le prime superfici a camma 32 sono superfici piane inclinate rispetto all'asse A. Nell'esempio illustrato le ganasce 28 sono provviste di rispettivi perni 34 che impegnano rispettivi recessi tangenziali 36 dell'elemento di guida 24 in modo che le ganasce 28 sono vincolate rispetto all'elemento di guida 24 nella direzione dell'asse longitudinale A.

Il mandrino 10 comprende un anello di comando 38 mobile rispetto al supporto 16 lungo l'asse A fra una posizione abbassata (figura 4) e una posizione sollevata (figura 5). L'anello di comando 38 ha una pluralità di seconde superfici a camma 40 che cooperano con rispettive prime superfici a camma 32 delle ganasce 28. Nell'esempio illustrato le seconde superfici a camma 40 sono superfici piane inclinate rispetto all'asse A aventi la stessa inclinazione delle prime superfici a camma 32 delle ganasce 28. Le prime e le seconde superfici a camma 32, 40 sono disposte in modo tale che il movimento dell'anello di comando 38 dalla posizione abbassata verso la posizione sollevata muove le ganasce 28 in direzione radiale verso l'interno dalla posizione di rilascio alla posizione di presa. L'anello di comando 38 ha una parete di appoggio 42 che è destinata ad appoggiare sulla superficie di testa 14 di una capsula C inserita nel mandrino 10. Nell'esempio illustrato la parete di appoggio 42 è una parete radiale interrotta in corrispondenza delle seconde superfici a camma 40. L'anello di comando 38 ha una pluralità di fori 44, ciascuno dei quali è disposto fra due seconde superfici a camma 40. I fori 44 ricevono rispettivi elementi di ritegno 46 aventi la forma di perni o sfere e che sporgono parzialmente dalla superficie laterale interna dell'anello di comando 38. Un anello elastico 48, costituito ad esempio da un o-ring, spinge elasticamente gli elementi di ritegno 46 in direzione radiale verso l'interno.

Il mandrino di tappatura 10 comprende inoltre un anello di chiusura 50 fissato all'estremità inferiore della porzione a forma di coppa 20 del supporto 16 e avente un bordo radiale 52 sul quale appoggia l'anello di comando 38 nella posizione abbassata.

Nella posizione di prelievo delle capsule il mandrino di tappatura 10 si trova nella configurazione illustrata nella figura 4. In questa posizione l'anello di comando 38 è in posizione abbassata e appoggia sul bordo radiale 52 dell'anello di chiusura 50. Le ganasce 28 sono libere di muoversi in direzione radiale lungo le rispettive guide 36. In questa condizione, il mandrino di tappatura 10 viene abbassato su una capsula C con un movimento in direzione verticale dall'alto verso il basso. Durante questo movimento, la capsula C si inserisce all'interno dell'anello di comando 38. Le pareti laterali della capsula C interferiscono con gli elementi di presa 46 che sporgono dalla superficie interna dell'anello di comando 38. La capsula C viene trattenuta all'interno del mandrino 10 degli elementi di ritegno 46 premuti elasticamente contro la superficie laterale 12 della capsula C.

Durante l'inserimento della capsula C all'interno dell'anello di comando 38 le ganasce 28 sono libere di muoversi in direzione radiale verso l'esterno cosicché le superfici di presa 30 si adattano automaticamente alla superficie laterale esterna 12 della capsula C. Durante l'inserimento della capsula C all'interno dell'anello di comando 38 non vi sono rischi di danneggiamento della capsula C poiché le ganasce 28 non ssoonnoo preemmuuttee ccoonnttrroo la capsula C.

Gli elementi di ritegno 36 hanno unicamente la funzione di trattenere la capsula C durante la fase di presa e non devono trasmettere la coppia di avvitatura. Pertanto, gli elementi di ritegno 46 sono spinti elasticamente verso l'interno con una forza debole che non comporta rischi di danneggiamento delle capsule C. Inoltre, le parti sporgenti degli elementi di ritegno 46 sono arrotondate in modo da impegnare la parete laterale 12 della capsula C senza rischi di danneggiamento della zigrinatura della capsula C.

Dopo il prelievo della capsula C il mandrino di tappatura viene posizionato al di sopra di un contenitore, con l'asse A allineato all'asse del contenitore. Il mandrino di tappatura 10 viene azionato con un movimento elicoidale nella direzione A. Quando la filettatura interna della capsula C impegna la filettatura esterna del contenitore la superficie di testa 14 della capsula C entra in contatto con la parete di appoggio 42 dell'anello di comando 38. Il movimento di avvitatura del mandrino di tappatura 10 fa sì che la capsula C muove verso l'alto l'anello di comando 38.

Il movimento verso l'alto dell'anello di comando 38 porta le prime e le seconde superfici a camma 32, 40 in contatto reciproco. Continuando il movimento verso l'alto dell'anello di comando 38 le superfici a camma mutuamente cooperanti 32, 40 generano una forza radiale verso l'interno sulle ganasce 28, che preme le superfici di presa 30 contro la superficie laterale esterna 12 della capsula C. Le ganasce 28 vengono premute contro la superficie esterna 12 della capsula C con una forza tale da garantire la trasmissione della coppia di avvitatura del mandrino 10 alla capsula C. La compressione radiale delle ganasce 28 contro la superficie laterale esterna 12 della capsula C avviene senza movimento relativo fra le ganasce 28 e la capsula C per cui si prevengono rischi di danneggiamento della capsula C. La compressione radiale delle ganasce 28 contro la parete laterale esterna 12 della capsula C è tanto maggiore quanto più alta è la forza con cui il mandrino 10 viene premuto verso il basso, per cui la coppia di serraggio della capsula C aumenta in modo automatico con l'aumentare della pressione verticale. Il carico verticale chiude le ganasce 28 e la rotazione permette l'avvitatura, ma non serve a tenere chiuse le ganasce 28. Pertanto, la chiusura del mandrino avviene anche senza il movimento di rotazione ma solo per effetto della pressione verticale a cui è sottoposto il mandrino.

Al termine della fase di avvitatura il mandrino 10 viene sollevato dalla capsula C avvitata sul contenitore. Appena il mandrino di tappatura 10 inizia il movimento verso l'alto, cessa la forza che spinge verso l'alto l'anello di comando 38. Quindi, l'anello di comando 38 si porta nella posizione abbassata sotto il proprio peso. Quindi, le ganasce 28 sono libere in direzione radiale e si disimpegnano dalla parete laterale esterna 12 della capsula C senza esercitare una compressione sulla capsula C. Anche durante la fase di disimpegno si prevengono dunque rischi di danneggiamento delle capsule.

Un aspetto particolarmente vantaggioso è che il mandrino di tappatura 10 secondo la presente invenzione non necessita di elementi elastici per applicare la coppia di avvitatura o per riportare le ganasce 28 in posizione di rilascio. In ogni caso il dispositivo può anche essere dotato di molle ed anelli elastici per funzioni accessorie rispetto all'applicazione della coppia di chiusura, come ad esempio per ammortizzare la fase di riapertura, se ve ne fosse la necessità.

In questa configurazione, l'assenza di elementi elastici riduce i rischi di danneggiamento delle capsule C, allunga il tempo medio fra i guasti (MTBF) e rende più efficace il lavaggio. Si evitano inoltre rischi di ristagno del liquido di lavaggio.

Il mandrino di tappatura secondo la presente invenzione si adatta automaticamente alla forma e alle dimensioni delle capsule C ed è in grado di prelevare le capsule senza danneggiarle e di trattenerle correttamente sino alla fase di avvitatura. Durante l'avvitatura il mandrino 10 trasferisce la coppia di avvitatura alla capsula senza danneggiamenti e al termine dell'avvitatura le ganasce si disimpegnano dalla capsula senza danneggiare la capsula.

Le ganasce per la presa delle capsule sfruttano il carico verticale applicato dalla testa di avvitatura e si evitano meccanismi di chiusura che possono compromettere l'affidabilità del mandrino. Le ganasce si auto-regolano a capsule di diversa tipologia, provenienti da produttori diversi di materiali diversi con diverso numero di zigrinature e con diverse tolleranze di forma e di dimensione.

Il mandrino secondo l'invenzione può essere azionato in rotazione sia in senso orario sia in senso antiorario in quanto la coppia di presa è indipendente dal senso di rotazione. Inoltre, il mandrino secondo l'invenzione può essere montato indifferentemente su un pistone di una testa di avvitatura oppure su qualunque altro organo di movimentazione, come ad esempio su un braccio di un robot o su qualsiasi altro dispositivo in grado di applicare un carico verticale sufficiente a muovere radialmente le ganasce.

Il mandrino di tappatura secondo la presente invenzione può anche essere dotato di un dispositivo di espulsione delle capsule in caso di mancata avvitatura delle capsule sui contenitori.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione così come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Ad esempio, le forme delle superfici a camma potranno essere di vario tipo, ad esempio piane, inclinate, tonde, cilindriche, coniche, ecc.. Anche le superfici di presa per l'accoppiamento con le capsule C potranno essere di qualsiasi forma, ad esempio cilindrica, conica, liscia, dotate di una o più zigrinature di qualsiasi forma, rivestite di qualsiasi materiale o dotate di qualsiasi componente per facilitare la trasmissione di coppia alle capsule.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Mandrino di tappatura per applicare elementi di chiusura su contenitori, comprendente: - un supporto (16) avente un asse longitudinale (A), - un elemento di guida (24) fisso rispetto al supporto (16) e avente una pluralità di guide (26), e - una pluralità di ganasce (28) che impegnano rispettive guide (26) di detto elemento di guida (24) e mobili rispetto al supporto (16) fra una posizione di rilascio e una posizione di presa, in cui dette ganasce (28) hanno rispettive superfici di presa (30) per la presa di elementi di chiusura (C) e rispettive prime superfici a camma (32), caratterizzato dal fatto che comprende un anello di comando (38) mobile rispetto al supporto (16) lungo detto asse longitudinale (A) fra una posizione abbassata e una posizione sollevata e avente una pluralità di seconde superfici a camma (40) cooperanti con rispettive prime superfici a camma (32) di dette ganasce (28), in modo che il movimento dell'anello di comando (38) dalla posizione abbassata alla posizione sollevata muove dette ganasce (28) dalla posizione di rilascio alla posizione di presa, in cui l'anello di comando (38) ha una parete di appoggio (42) atta ad appoggiare su una superficie di testa (14) di un elemento di chiusura (C) in modo che durante un movimento del mandrino lungo detto asse longitudinale (A) l'elemento di chiusura (C) muove l'anello di comando (38) dalla posizione abbassata alla posizione sollevata.
2. 2. Mandrino di tappatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto anello di comando (38) comprende una pluralità di fori radiali (44) entro i quali sono mobili rispettivi elementi di ritegno (46) spinti elasticamente in direzione radiale verso l'interno e atti a impegnare la superficie laterale esterna (12) di una capsula (C) inserita nell'anello di comando (38).
3. 3. Mandrino di tappatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette guide (36) sono formate da recessi radiali che stabiliscono un accoppiamento di guida con rispettive ganasce (28).
4. 4. Mandrino di tappatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette ganasce (28) sono munite di perni (34) che impegnano rispettivi recessi tangenziali (36) di detto elemento di guida (24).
5. 5. Mandrino di tappatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che non comprende mezzi elastici per applicare la la forza di chiusura a dette ganasce (28).
6. 6. Mandrino di tappatura secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi elastici per funzioni accessorie all'applicazione della forza di chiusura a dette ganasce (28).