DESCRIZIONE DI INVENZIONE INDUSTRIALE
di bottiglie o contenitori preformati.
STATO ATTUALE DELL’ARTE: Attualmente le linee utilizzate per il riempimento di contenitori o recipienti con collo o foro di entrata stretto, si compongono di 3 unità: sciacquatrice, riempitrice e tappatrice. Tipicamente si tratta di tre unità rotative con movimento continuo e stelle di sincronizzazione che passano il contenitore da un’unità all’altra. La tecnica di disinfezione più diffusa prevede di sciacquare il contenitore con soluzioni di acido peracetico-perossido d’idrogeno (metodo a umido) seguita da un lavaggio con acqua sterile per eliminare i residui di disinfettante. Normalmente una pinza afferra il contenitore per il collo, lo capovolge in senso radiale in corrispondenza dell’ugello spruzzatore e lo riporta in posizione verticale per le successive fasi di lavorazione. La riempitrice è dotata di un serbatoio che viene caricato e mantenuto a livello costante. Dal serbatoio il prodotto viene erogato ai contenitori tramite appositi rubinetti, il cui numero varia in base alla velocità da raggiungere (maggiore è la velocità, maggiore è anche il numero di posizioni e rubinetti necessario). I contenitori vengono sollevati in modo che la loro bocca si appoggi agli ugelli dei rubinetti che, scorrendo verticalmente, creano tenuta tra serbatoio ed i contenitori da riempire. A questo punto inizia la fase di riempimento tramite apertura del rubinetto. Il riempimento avviene sostanzialmente per gravità, l’aria presente nel contenitore, man mano che questo si riempie di prodotto, esce attraverso un tubo di sfiato coassiale aH’ugello di riempimento. La misurazione del prodotto all'interno del contenitore, viene determinata dalla lunghezza del tubo di sfiato. Quando il contenitore è riempito, vengono chiusi i rubinetti, il contenitore abbassato e trasferito tramite le stelle rotative di sincronizzazione alla successiva unità di tappatura. Esistono varie tecniche di dosatura o misurazione del prodotto all’interno del contenitore: sistema a flussimetri magnetici accoppiati con valvole di dosaggio che vengono aperte e chiuse in base alla fase della macchina ed al volume dosato misurato; sistema a peso, in cui la quantità dosata viene misurata da celle di carico poste sotto al contenitore; sistema di riempimento elettronico a cannuccia corta con sonda per la definizione del livello di riempimento di prodotti conduttivi; sistema volumetrico che prevede una serie di pistoni di dosaggio che prelevano il prodotto dalla campana posta al centro della riempitrice e lo dosano all’interno del contenitore. L’unità di tappatura riceve il contenitore dall'unità di riempimento tramite le stelle rotative di sincronizzazione. Ruotando, i contenitori passano sotto ad una stella che preleva i tappi da uno scivolo di alimentazione. Delle opportune teste trasferiscono il tappo sul collo del contenitore e lo avvitano con una coppia di chiusura determinata da una frizione magnetica. In alternativa, per dare il movimento di avvitatura, può essere previsto un servomotore per ogni posizione, con controllo della forza di chiusura di tipo elettronico. Tutti i sistemi sopra descritti presentano vari svantaggi: Fase di sciacquatura: per raggiungere un’elevata produttività, l’unità di disinfezione / sciacquatura è piuttosto complessa ed ingombrante con conseguente aumento di costi e complessità nella gestione e manutenzione deirimpianto. La tecnica di disinfezione e sciacquatura normalmente utilizzata comporta un notevole consumo d’acqua sterile con una conseguente quantità di acqua allo scarico da gestire, inoltre risulta difficile eliminare tutte le tracce del liquido di sciacquatura. Fase di riempimento: i sistemi a caduta, indipendentemente dalle tecniche di misurazione, devono riempire con un flusso molto lento per evitare turbolenze e sbattimenti del fluido all'interno del contenitore ed evitare, quindi, la formazione di schiuma. Di conseguenza, per raggiungere alti livelli di produttività, si deve avere un numero elevato di posizioni di riempimento con relativo aumento di costi, spazi e complessità sia di gestione che di manutenzione dell’impianto. Ma il punto più critico di questi sistemi è la pulizia e l’igienicità, essendo il lavaggio molto laborioso, dato l’elevato numero di componenti che richiedono lunghi cicli di lavaggio chimico ed una accurata manutenzione per evitare contaminazioni. Inoltre le tecniche di riempimento sopra descritte permettono di confezionare una gamma limitata di prodotti escludendo, ad esempio, prodotti semidensi e con pezzi o fibre in sospensione. SCOPO DELL’INVENZIONE: Scopo dell’invenzione è di realizzare una macchina che integra le tre funzioni di disinfezione, riempimento e tappatura in un’unica unità compatta, sfruttando un concetto di macchina lineare ed una disposizione delle stazioni sui due lati longitudinali. Il sistema di riempimento applicato permette di confezionare qualsiasi tipo di prodotto liquido o semidenso anche con pezzi o fibre in sospensione, riducendo al minimo la formazione di schiuma. La stazione di tappatura è dotata di dispositivi elettronici che permettono di controllare i parametri di chiusura ed assicurare la qualità di produzione. La macchina riempie anche bottiglie, nel qual caso, a parità di geometria del collo, non è richiesta alcuna operazione di adattamento in caso di cambio formato. DESCRIZIONE: Con riferimento alla Tav.1 , la macchina è un monoblocco su cui è montato un sistema di trasporto dei contenitori (1) con opportune forcelle (2) di alloggiamento del contenitore. Nel caso in cui il contenitore sia una bottiglia con opportuna geometria del collo, questa viene tenuta dal collo stesso in modo da evitare ogni operazione di adeguamento in caso di formati diversi. La macchina è di tipo intermittente, la velocità dipende dalla multiplazione delle stazioni: Il layout Tav.1 si riferisce ad una macchina che lavora su 6 contenitori simultaneamente in ogni stazione. A completamento della fase di lavoro, il pignone (3) provvede a movimentare la catena di trasporto (1 ) di “n” passi nel minor tempo possibile, compatibilmente con la viscosità del prodotto, al fine di evitare la fuoriuscita di questo dal collo per effetto dell’inerzia. Le fasi di disinfezione, asciugatura, riempimento e tappatura avvengono all’interno di un tunnel (42), mantenuto in sovrappressione con aria sterile. I contenitori vuoti sono alimentati dalla linea a monte tramite un sistema di trasporto (4), anche del tipo “nastro ad aria”. Durante la fase di avanzamento di “n" passi della catena di trasporto (1), le forcelle (2) agganciano il contenitore (14), che viene inserito nell’alloggiamento da una guida fissa (5). Durante l'inserimento, il collo viene leggermente compresso nella zona sotto la baga per poi essere tenuto nell’alloggiamento con leggera interferenza. Con riferimento alla Tav.2, la forcella (2) è fissata a dei perni (15) guidati da un blocchetto (16), a sua volta fissato al sistema di trasporto (1 ). Durante le fasi di disinfezione, asciugatura e riempimento il contenitore (14) viene sollevato da una barra (17) per permettere ai rispettivi ugelli di entrare nel contenitore e consentire la corretta circolazione dei flussi d’aria all'interno, anche in presenza di colli stretti. In caso di cambio formato è sufficiente sfilare la forcella (2) ed i perni (15) dal blocchetto (16) e sostituirli con quelli dedicati al nuovo tipo di contenitore. Dopo il carico in macchina, il contenitore viene posizionato sotto la stazione di disinfezione (6). La disinfezione è ottenuta con il metodo “a secco”, tramite dosatura di soluzione di perossido di idrogeno concentrato al 35%, vaporizzato. Il dispositivo di vaporizzazione del perossido d’idrogeno (Tav.3) e composto da un nebulizzatore (18) che crea una “nebbia” di aria compressa sterile e particelle liquide di soluzione di perossido d’idrogeno in sospensione. Il flusso di aria e soluzione, così ottenuto, passa attraverso un vaporizzatore (19) dotato di termo-resistenza. Con il sollevamento del contenitore, l’ugello di dosatura (20) entra nel collo in modo da permettere una condensazione uniforme del vapore così ottenuto sulla superficie del contenitore. La temperatura del flusso viene regolata tramite la lettura di una termocoppia (21) installata all’uscita del vaporizzatore (19). Nei due step successivi (Tav. 1) (7), (8), il contenitore viene asciugato tramite aria calda sterile, in modo da garantire un residuo di perossido di idrogeno inferiore a 0.5ppm. Anche durante queste fasi il contenitore viene sollevato. La stazione di dosatura (Tav.1) (9) è composta da una vasca prodotto (Tav. 4) (22) sulla quale sono fissati i cilindri di dosatura (23), il prodotto viene aspirato e pompato alle valvole di riempimento (24), collegate aH’ugello di dosatura (25). Il contenitore viene sollevato con il dispositivo illustrato sulla Tav.2, in modo che l’ugello (25) sia ad alcuni millimetri di distanza dal fondo. Durante la fase di riempimento i contenitori vengono abbassati in modo da mantenere il livello del liquido sempre a pochi millimetri di distanza daH’ugello (25), consentendo un trasferimento del prodotto senza sbattimenti ed evitando così la formazione di schiuma eccessiva. I Pistoni di dosatura (Tav.5) (28) sono azionati tramite aste (30) collegate ad un traverso (Tav. 4) (26) attuato da un servomotore, che permette di gestire flessibilmente i parametri del processo di dosatura in funzione del prodotto. Coassiale con il pistone di dosatura (Tav.5) (28) si trova la valvola di aspirazione (31), azionata pneumaticamente da attuatori (Tav.4) (27) installati sulla barra (26) di movimentazione. Sulla Tav.5 vengono rappresentate le posizioni di aspirazione con valvola (31) aperta (a sinistra) e di pompaggio verso il contenitore con valvola (31) chiusa (a destra). Questo sistema permette di dosare in condizioni igieniche perfette poiché le guarnizioni di pistoni (29) e valvole sono immerse da entrambi i lati nel prodotto; non vi è quindi nessuna possibilità di contatto tra ambiente esterno e prodotto, eliminando quindi il rischio di contaminazione. Le aste (30) lavorano all’interno della vasca sterile, passano attraverso una camera stagna (47)(Tav.4) di lavaggio posta sul coperchio (48) della vasca (22) e la parte di queste, bagnata dal prodotto non esce mai dal coperchio (48). La parte mobile delle aste (Tav.5) (30) che esce dal coperchio (48)(Tav.4) della vasca è protetto da opportuni soffietti (46), all’interno dei quali viene mantenuta una sovrappressione di aria sterile. Il sistema descritto permette di dosare prodotti liquidi, semidensi anche con pezzi e fibre in sospensione, poiché sia la valvola di aspirazione (Tav.5) (31), sia quella di scarico (Tav.4) (24) sono in grado di tagliare i pezzi. Le stazioni successive (Tav.1) (10) (11) sono quelle di sigillatura del contenitore. Queste possono avvenire in due fasi, saldatura di capsula di alluminio o film plastico (10) e tappatura (11 ), oppure con la sola tappatura, nel qual caso questa verrà posizionata subito dopo il riempimento (9) nella stazione (10). La stazione di tappatura (Tav.6) è azionata da servomotori (33). I vantaggi rispetto agli azionamenti meccanici utilizzati normalmente consistono nella definizione e nel controllo della coppia tramite pannello operatore. È inoltre possibile programmare preventivamente e memorizzare anche le variazioni di velocità dovute alle differenze di passo della filettatura e del numero di filetti dei tappi. Se l’impostazione della coppia presenta deviazioni per eccesso o per difetto, il pezzo viene identificato per l’eventuale espulsione. Il movimento è trasmesso alle teste di tappatura (35) da un albero (34), con un accoppiamento (43) che ne permette lo scorrimento verticale relativo. In questo modo, il gruppo di movimentazione con i servomotori (33) ed alberi di trasmissione (34) viene fissato al telaio della macchina, al di fuori del tunnel (42) di riempimento. Le teste (35), mosse verticalmente da un servomotore tramite le colonne (40), (41), prelevano il tappo selezionato dal cassetto (37) e lo posizionano sopra al collo del contenitore. Durante l’operazione di tappatura, il collo della bottilgia viene bloccato da un cilindro (36), per evitare che il contenitore ruoti durante l’avvitatura. Nel caso in cui un tappo si incastri nella testa (35) un piolino solidale all’albero (34) espelle il tappo dalla testa (35) durante la salita di queste. Ogni testa (35) è dotata di un sistema di compensazione elastico indipendente allo scopo di evitare collisioni nel caso in cui il tappo si presenti fuori posizione. La disinfezione dei tappi avviene prima di arrivare al cassetto di selezione (37). I tappi, provenienti da un sistema di orientamento (44), scorrono in una guida (32). Lunga tale guida (32) sui tappi viene spruzzato perossido d’idrogeno nebulizzato e vaporizzato tramite apposito dispositivo (45), (Tav.3); successivamente vengono asciugati tramite generatore di aria calda (48) distribuita con appositi ugelli (49), al fine di eliminarne i residui e portarli al di sotto dei limiti ammessi di 0.5ppm. Le fasi di disinfezione dei tappi avvengono all’interno di una scatola chiusa (46) alla quale è applicato un aspiratore (47) dei vapori di perossido d’idrogeno. Un selettore (38) provvede a distribuire i tappi in un numero di colonne pari al numero di contenitori da tappare (nel caso illustrato su Tav.6, 6 bottiglie). Dopo la sigillatura dei contenitori, questi vengono estratti (Tav.1) (12) dalla catena di trasporto. La corsa dell’estrazione (12) non cambia al variare del tipo di contenitore, a parità di geometria del collo. I contenitori così estratti lateralmente dalla macchina vengono spostati su di un nastro trasportatore (13) per il collegamento con la linea a valle. Montebelluna (TV), 28/07/2009