SISTEMA PARA EL LLENADO Y CERRADO DE CARTUCHOS
QUE CONTIENEN FLUIDO
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención: La invención se refiere a un sistema para llenar y cerrar cartuchos que contienen fluido y, más particularmente, a un sistema para llenar cartuchos que contienen un concentrado reutilizable, del tipo usado en un contenedor de dilución y distribución, para combinar al menos dos componentes separados de un sistema de múltiples componentes, como se ilustra y describe en la patente de EE.UU., No. 6,290,100, a nombre de R. Bruce Yacko y Edward L. Mué11er.
Descripción de la Técnica Anterior: El proceso de llenado generalmente incluye proporcionar un suministro de contenedores a lo largo de un transportador, llenar los contenedores en la posición de llenado y cerrar estos contenedores en la posición de cerrado y rematado. Este proceso puede producirse por máquinas de llenado y rematado, separadas y distintas, o puede incluir una sola máquina o monobloque, la cual transporta, llena y remata. Dependiendo de la estructura, el sistema de transporte puede ser un transportador lineal o puede ser una combinación de un transportador lineal con un transportador circular o torreta. En el sistema de torreta, los contenedores se colocan en las estaciones de llenado y rematado a lo largo de esta torreta. El método de llenado y transporte es generalmente una función del tipo y tamaño del contenedor, al igual que el producto de llenado. Para líquidos en contenedores de boca ancha, el derrame durante el transporte es un problema, el cual debe ser resuelto. Existen muchas soluciones en la técnica anterior para dirigir este problema y ellas incluyen generalmente diferentes ciclos de aceleración y desaceleración, al igual que de velocidad, ya que los contenedores se mueven entre las varias estaciones. Algunos productos se llenan desde el fondo a la parte superior; otros se llenan desde la parte superior hacia abajo. Así, la posición ' vertical de la boquilla de llenado debe ser ajustada continuamente para el tipo de producto que se va a llenar. Similarmente , las posiciones verticales de la boquilla de llenado, al igual que la posición vertical del elemento de remate, se deben ajustar para varias alturas de contenedores. Puesto que la técnica anterior usa impulsores mecánicos para el llenado y la unidad de cubierta usa levas y otras articulaciones, una cantidad considerable de tiempo es necesaria para reajustar la máquina para diferentes tipos del producto de llenado y los contenedores. El sistema de transporte también incluye levas, articulaciones mecánicas, para determinar la posición de los contenedores en . el transportador. En el sistema de transporte de torreta, la industria ha usado un indicador que señala doce posiciones alrededor de los 360° de rotación de la torreta. Así, si más bolsas de contenedores se van a incluir en la torreta, la posición de llenado y remate tiene que ser ajustada con respecto a la torreta, o el diámetro de esta torreta tiene que ser aumentado para acomodar la colocación de las bolsas adicionales. De nuevo, esta modificación mecánica requerida de la máquina para las ubicaciones de las bolsas, en dependencia del número de bolsas o el tamaño de las bolsas. Así, cuando la configuración o el diámetro del contenedor cambia, la propia torreta o la ubicación de los dispositivos de remate y llenado tienen que ser ajustados mecánicamente. Otras estaciones pueden ser provistas a lo largo de la trayectoria, que incluye un dispositivo de inserción de tapón, al igual que un dispositivo que aprieta la tapa. La patente de EE.UU., No. 5,301,488 describe una máquina de llenado y remate, la cual puede acomodarse y ajustarse por sí misma para varios contenedores y llenar el producto sin una modificación mecánica sustancial. La máquina incluye una torreta, controlada por computadora, que tiene una pluralidad de bolsas para la colocación de una pluralidad de contenedores a cuando menos una posición de llenado y una posición de rematado, a lo largo de la trayectoria de la torreta. El controlador coloca programablemente la torreta en esas posiciones para las variaciones de las ubicaciones de las bolas en la torreta. Esto acomoda las variaciones en el tamaño y número de las bolsas del contenedor. El controlador también opera programablemente la torreta a velocidades predeterminadas para variaciones en el tipo del producto de llenado y el tipo de contenedores. Este controlador también controla la posición de la unidad de llenado para el tipo del producto de llenado, al igual que controla la colocación de la unidad de llenado y la unidad de remate para variaciones en el tipo del contenedor. Este controlador usa servomotores para colocar la torreta, la unidad de llenado y la unidad de cubierta o remate. Preferiblemente, la posición vertical de la unidad de llenado y la unidad de remate se controlan por servomotores. Las posiciones angulares de la unidad de remate para recuperar las tapas desde una posición de captura a una posición de remate se controla por un motor de fluido. Símilármente, una unidad de obturación puede ser incluida y operada similarmente a la unidad de remate, en que el controlador proporciona un servomotor para el movimiento vertical para la unidad de obturación, y un motor de fluido para girar esta unidad de obturación desde su posición de toma del obturador a su posición de obturación. Una unidad de apretamiento de la tapa puede también ser provista a loo largo de la trayectoria de la torreta, para apretar las tapas inicialmente comenzada por la unidad rematadora. Esta unidad apretadora se controla verticalmente por un primer motor y la posición de torcido por un segundo motor. El primer motor es de fluido y el segundo motor es un servomotor. El sensor de torsión es provisto para controlar la torsión del servomotor. La unidad de cubierta incluye un segundo motor para torcer la tapa durante el viaje vertical de la unidad de cubierta. Un dispositivo de vacío se usa para retener y liberar la tapa y el tapón. Los servomotores se conectan a la unidad de llenado y la unidad de cubierta por impulsores de bola y tornillo. Este servomotor para el transportador se conecta a través de un engranaje reductor, para extender la finura de la colocación y el intervalo de velocidades de la colocación de la torreta.
Es un objeto de la presente invención producir un sistema para el llenado y cerrado de cartuchos que contienen fluido . Otro objeto de la invención es producir un sistema para el llenado de cartuchos reutilizables con concentrado de fluido, cerrar los cartuchos llenados y descargar dichos cartuchos llenados. Otro objeto de la presente invención es producir un sistema para llenar y cerrar cartuchos que contienen fluido, en que el llenado y cerrado de los cartuchos es automáticamente y se logra simultáneamente. Los objetos anteriores se pueden lograr típicamente por un sistema para el llenado y cerrado de cartuchos que contienen fluidos, que comprende un depósito de suministro de cartuchos, que tiene un interior hueco, y un cierre que se puede mover entre una posición abierta y otra cerrada, ; una estación de llenado que incluye medios para el transporte del material fluente desde una fuente remota y descargar este material fluente en el interior del cartucho; una estación de sellado, que incluye elementos para causar que el cierre del cartucho se mueva desde una posición abierta a una posición cerrada; una estación de descarga, que incluye recursos para guiar los cartuchos llenos y sellados a un unto de descarga del sistema; y elementos de transporte, para transportar en secuencia los cartuchos desde un depósito de suministro a la estación de llenado, con el cierre del cartucho en una posición abierta, transportando así los cartuchos llenos con el material fluente a la estación de sellado y causando que el cierre sea movido a una posición cerrada, sellando así este material fluente. y finalmente transportar los cartuchos sellados a la estación de descarga.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los objetos y ventajas anteriores de la invención llegarán a ser fácilmente evidentes a los expertos en la materia de la lectura de la siguiente descripción detallada de una modalidad preferida de la invención, cuando se considera a la luz de los dibujos acompañantes, en los cuales : la Figura 1 es una vista de planta superior de un sistema para llena y cerrar cartuchos que contienen fluidos, el cual incorpora las características de la presente invención; la Figura 2 es una vista fragmentaria en despectiva, agrandada, del sistema ilustrado en la Figura 1, con una porción parcialmente recortada para ilustrar más completamente la estructura del cartucho que se procesa la Figura 3 es una vista en sección, agrandada, tomada a lo largo de la línea 3-3 de la Figura 1; y las Figuras 4, 5, 6 y 7 son vistas en sección, agrandadas, tomadas a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 1, que ilustran la secuencia de operación de la operación de cerrado de los cartuchos procesados por el sistema de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA
DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia a los dibujos y particularmente a las Figuras 1 y 2, se ilustra un sistema para el llenado y cerrado de un cartucho 10. La estructura del cartucho 10 se ilustra y describe en la patente de EE.UU., No. 6,290,100, intitulada CARTUCHO DE CONCENTRADO PARA UN CONTENEDOR DE DILUCIÓN Y DISTRIBUCIÓN, expedida el 18 de septiembre del 2001 a nombre de R. Bruce Yacko y Edward L. Mueller. El sistema comprende una estación de suministra, la cual incluye un transportador 12 de entrada, de tipo tornillo, para transportar los cartuchos 10 desde un suministro 14 a una torreta de carga o elemento estrella 16, y así a una torreta central o elemento de estrella 18. Esta torreta central 18, en la modalidad ilustrada, incluye dos elementos espaciados, sustancialmente idénticos, como se ilustran en la Figura 3, por ejemplo. La torreta 16 de carga es provista con una pluralidad de bolsas 20, espaciadas, dispuestas circun erencialmente, adaptadas para recibir contenedores individuales 10, los cuales se alimentan típicamente desde el suministro 14 y son guiados para viajar a lo largo de una trayectoria lineal, entre un riel de guía 22 y la pared externa rosada del transportador 12 de tornillo. Esta pared externa roscada del transportador 32 de tornillo está en la forma de una hélice, en que el espaciamiento entre las hélices individuales del transportador 12 determina el espaciamiento entre los contenedores 10, conforme estos contenedores 10 se presentan en las bolsas 20 espaciadas de la torreta 16 de carga. Se apreciará que el transportador 12 es impulsado, en la modalidad ilustrada, por un motor de impulso 24, por ej emplo . Se debe además apreciar que los cartuchos 10 dejan el suministro 14 en la posición erecta abierta, la cual se ilustra en la Figura 2, y son luego transferido en secuencia por medio del transportador 12 de tornillo a las bolsas individuales 20 de la torreta 16 de carga. Sincronizando la rotación de la torreta 16 de carga y la torreta 18 central, los cartuchos 10 son transferidos desde las bolsas 20 de la torreta 16 de carga a las bolsas correspondientes, formadas en el borde circunferencial periférico de la torreta central 18. Con el fin de asegurar que los cartuchos 10 se mantengan en una posición erecta, conforme ellos se transportan por las torretas 16 y 18, una placa 30 de guía es provista en una posición vertical espaciada, arriba de una base universal 32. El fondo de los cartuchos 10 hacen contacto con la superficie superior de la base 32, conforme estos cartuchos 10 se transportan a través del sistema. La placa 10 se forma con un borde 34 de costado semicircular, el cual está espaciado desde una porción de la circunferencia de la torreta 16 de carga. El borde externo de la torreta 18 con las bolsas 20, se adapta para girar en sincronismo con la rotación del borde externo de la torreta interna 18, con las bolsas 26, de modo que las bolsas respectivas 20 y 26 correspondan entre sí para asegurar el transporte constante de los cartuchos 10 hacia la estación de llenado. La estación de llenado incluye una palca 36 de guía anular, la cual tiene un borde interno en una relación espaciada frontal desde el borde periférico exterior de la torreta central 18. la placa de guía anular 36 coopera con la torreta central 18 para mantener los cartuchos 10 en una posición erecta, conforme ellos se causa sean transportados en una dirección en sentido del reloj , por la rotación de la torreta interna 18. La estación de llenado además incluye una pluralidad dé boquillas 38 de llenado, individuales, espaciadas, (siete en la modalidad ilustrada) . Estas boquillas de llenado 18 están espaciadas a lo largo de una trayectoria arqueada, definida por el bode interno de la placa 36 y están espaciadas igualmente como el espaciamiento de las bolsas 26 de la torreta central 18. Cada una de las boquillas 38 comunica con una fuente 40 de concentrado fluido a través del colector 42 y una línea 44 de suministro. Este colector 42 contiene conjuntos de válvula 46, accionados individualmente, que comunican a través de líneas de descarga 48 con las boquillas de descarga respectivas 38. Los conjuntos de válvula 48 son efectivos para medir el flujo del concentrado a las boquillas 38 de descarga desde los depósitos 40 de suministro. Un riel de montaje anular 50, para soportar las boquillas 38 de descarga, se monta a la base 32 por medio de al menos dos conjuntos de poste 52, montados en forma espaciada. Cada una de las boquillas individuales 38 puede ser montad selectivamente al riel 50 por sujetadores roscados 54 ajustables. Estos sujetadores roscados 54 facilitan el ajuste final de las boquillas 38 de descarga, para dirigir el flujo del concentrado dentro de los cartuchos 30 que se llena, como será explicado después en mayor detalle. Una celda fotoeléctrica 40 está montada sobre la superficie superior de la placa 36 de guía. La fotocelda 50 se adapta para emitir un haz de luz 62 dirigido hacia un contenedor 10, como se ilustra claramente en las Figuras 2 y 3. Esta fotocelda 60 es capaz de emitir un haz de luz 52 y la lectura del haz de luz reflejado desde el haz de luz 62 que choca, para determinar si un contenedor 10 está presente. Para llenar el contenedor 10, la fotocelda 60 debe detectar la presencia de un contenedor. Esta porción de la operación del sistema será explicado en mayor detalle en la siguiente descripción. La siguiente estación del sistema se refiere como la estación de cierre o selladora. Una zanja o ranura 64 se forma en la base universal 32 debajo del espacio entre la pared periférica que mira al exterior, de la torreta central 18 y el borde interno frontal de la palca 36. La zanja 64 se forma sustancialmente con el mismo radio como el borde externo de la torreta central 18 y el borde interno de la placa 36. El ancho y la profundidad de la zanja 64 son suficientes para recibir la porción de tubo interna hueca del cartucho 10 y, al mismo tiempo, los bordes externos superiores de la zanja 64 soportan el borde inferior del cuerpo tubular del contenedor 10. En ciertos casos, los extremos de los cartuchos 10 están soportados por los bordes externos superiores de la zanja 54 y forman bridas al exterior y así facilitan el soporte y estabilidad de los cartuchos 10, conforme ellos se transportan a través del sistema . Se entenderá que el extremo de entrada de la zanja 64, más adyacente al extremo de salida de la estación de llenado, se inclina gradualmente hacia abajo, para así permitir el cierre del cartucho llenado 10, como será ilustrado y explicado. Además, la estación selladora incluye una pluralidad de módulos selladores 70, espaciados. Puesto que los módulos selladores 70 son sustancialmente idénticos entre sí, para fines de simplicidad, sólo uno será explicado en detalle. Por lo tanto, los módulos selladores 70 están espaciados a lo largo de la trayectoria arqueada, definida por la zanja 64 y están espaciados igualmente como el espaciamiento de las bolsas 25 de la torreta central 18. Cada uno de los módulos 70 de sellado individuales, incluye un collar hueco 72, que tiene un extremo abierto definido por la pared de extremo 74, ahusada al interior. El extremo opuesto del collar 72 es provisto con una abertura anular para recibir deslizantemente un cuello reducido 76 de un émbolo 78. Este émbolo 78, en el extremo opuesto del cuello 76, está provisto con una superficie convexa 80, curvada al exterior. El cuello 76 del émbolo 78 está roscado internamente para recibir la espiga roscada externa de un conector 82. El extremo opuesto de un conector 82 es recibido roscadamente entro del extremo roscado internamente de una armadura 84 de un motor 86 accionado por fluido a presión. El motor 86 incluye un cilindro 88 que aloja un pistón 90, conectado a la armadura 84 y los acoplamientos del fluido a presión, 92 y 94, que se acoplan a las válvulas, no mostradas, para controlar el movimiento recíproco del pistón 90 y la armadura 84. La válvula de control se emplea para regular el flujo del fluido a presión al motor 86 desde una fuente remota. Una tuera 96 de trabado se puede emplear para asegurar el conector roscado 82 a la armadura 84. Una tuerca 100 de trabado, ajustable por rosca, es efectiva en limitar la carrera recíproca de la armadura 84. Cada uno de los módulos selladores 70 se monta sobre un extremo de una viga 102, dispuesta horizontalmente , mientas el extremo opuesto de la viga 102 está soportado en un elemento base 104, dispuesto adecuadamente. En la modalidad ilustrada de la invención, las vigas 103 se montan a la base 104 por un sujetador roscado, diseñado adecuadamente, ilustrado esquemáticamente en las Figuras 1 y 2. Estos sujetadores pueden proporcionar el ajuste vertical y de pivote de los módulos selladores asociados 70, con respecto a los cartuchos 10 que actúan sobre ellos. La zanja 64 termina en la salida de la estación selladora por medio de una rampa inclinada hacia arriba, que causa que los cartuchos llenados y sellados sean soportados y se deslizan sobre la superficie de suministro de la base 32. En este punto, los cartuchos 10 se mueven por la torreta central 18, en combinación con el borde arqueado interno de la placa de guía externa 36. Una estación de descarga se dispone inmediatamente adyacente a la estación selladora y se diseña para recibir y transportar los cartuchos 10 llenados y sellados, conforme estos cartuchos 10 salen de la estación selladora. La estación de descarga incluye una torreta de descarga o elemento estrella 106, provisto con un arreglo de bolas espaciadas, dispuestas anularmente, que se causan sean sincronizadas con las bolsas 26 de la torreta central 18, para continuar efectivamente la transferencia de los cartuchos 10, conforme ellos salen de la estación selladora. Se apreciará que la torreta 106 de descarga será impulsada para girar en una dirección en contra el sentido del reloj .
Así, los cartuchos 10 son recibidos en secuencia por las bolsas 106 y, en cooperación con las bolsas 26 de la torreta central 18, que se mueve en sentido del reloj, transportará los cartuchos 10 en cooperación con el borde frontal de la placa 30 a través de una trayectoria anular, hasta que los cartuchos 10 sen causados entren en secuencia en el espacio entre los rieles de guía, 110 y 112, espaciados. En resumen, la operación de la modalidad ilustrada y descrita del sistema para llenar cartuchos con material fluente y cerrar los cartuchos llenados, se logra en la siguiente manera. Inicialmente , los cartuchos 10 son cargados dentro del suministro 14 con sus elementos de cierre integrales en una posición abierta, como ilustra claramente la Figura 2. Impulsos de motor adecuados, no mostrados, son causados para accionar las torretas 16, 18 y 106 en una manera sincronizada, de modo que los cartuchos abiertos 10 sean causados se transporten a una posición tal que el extremo de descarga de las boquillas de descarga 38 sean recibidos dentro de ciertos cartuchos respectivos 30. En seguida, los conjuntos de válvula 46 se accionan por cualquier medio adecuado, tal como, por ejemplo, neumático, hidráulico, eléctrico o manual, para permitir que el flujo del material fluente, desde la fuente 40, fluya al colector 43 a través de la línea 44 de suministro. Desde el colector 42, el material fluente fluya a través délas líneas 48 de descarga y dentro de los cartuchos 10 a través de las boquillas 38. Cuando el nivel deseado del material fluente es alcanzado dentro de los cartuchos 10, el nivel es detectado por la fotocelda 60, que produce una señal capaz de cerrar las válvulas 46 y así prevenir cualquier flujo ulterior del material fluente dentro de los cartuchos 10. El sistema es luego impulsa las torretas 15, 18 y 108, de modo que los cartuchos llenados 10 sean ajustados a la estación selladora, en que cada contenedor llenado 10 es movido en alineamiento con módulos selladores respectivos 70 de la estación selladora. Simultáneamente, los cartuchos abiertos vacíos 10 son ajustados a las posiciones para ser llenados por boquillas 18 de descarga respectivas. Los módulos selladores 70 son operados típicamente por la admisión del fluido a presión (neumático o hidráulico) al motor 86 de fluido dentro del cilindro 88, a través del acoplamiento 92 de entrada para mover hacia abajo del pistón 90 y la armadura 84. Durante el movimiento, el acoplamiento 94 es causado se abra para prevenir cualquier presión que actúe contra el movimiento hacia abajo del pistón 90. En la carrera hacia arriba del movimiento del pistón 90, la función de la entrada / salida 92 se invierte.
El movimiento hacia abajo de la armadura 84, como se ilustra en la Figura 4, la pared de extremo 74 del collar 72 se acerca al elemento de cierre del cartucho 10. La Figura 5 ilustra el movimiento hacia abajo continuado del collar 72, como el contacto entre el collar 72 y la porción superior del cartucho 30. Inicialmente, la pared 74 del extremo ahusado del collar 72, hace contacto y asegura el extremo superior de la pared externa cilindrica del cartucho 30. Luego el émbolo 78 se fuerza hacia abajo, como se ilustra en la Figura 6, para causar que su superficie curvada inferior haga contacto con el extremo superior del miembro de cierre, dispuesto centralmente, deslizable, del cartucho 10, sea empujado hacia abajo dentro de una posición cerrada y sellada, contra el extremo superior del cuerpo externo cilindrico del cartucho 10, mientras el extremo inferior final del cierre central del contenedor 10 se hace entrar dentro de la zanja 64. El sellado del material fluente dentro del cartucho 10 es ahora completado. La etapa final en la operación el sistema es ajustar las torretas 16, 18 y 106 a las posiciones ilustrada en las Figuras 1 y 2, en que todas las estaciones de la estación de llenado y la estación selladora están ocupadas. Por lo tanto, durante la siguiente secuencia de operación del sistema, siete cartuchos vacíos 10 son llenados, siete cartuchos llenados 10 son sellados, y siete cartuchos llenados y sellados 10 se descargan del sistema. Se entenderá que mientras la modalidad ilustrada de la invención muestra siete cartuchos 10 que se van a llenar, sellar y descargar simultáneamente, el sistema puede ser diseñado fácilmente para manejar diferentes elementos de los contenedores sin apartarse del espíritu de la invención. Igualmente, será evidente que el sistema es útil para el proceso de un número de materiales fluentes diferentes, tal como jabones líquidos, por ejemplo. El mecanismo de impulso particular empleado para impulsar las torretas 16, 18 y 106, puede accionar eléctricamente los servomotores al igual que otros medios de impulso, capaces de sincronizar la rotación délas torretas, al igual que el transportador 12. De acuerdo con las provisiones de los estatutos de patentes, la presente . invención se ha descrito en lo que se considera representa su modalidad preferida. Sin embargo, se debe entender que la invención puede ser practicada de otra manera de la ilustrada y descrita específicamente, sin apartarse de su espíritu o ámbito.