ES2223765T3 - Cabezal de encapsulado con esterilizador de mandril. - Google Patents

Abstract

Equipo de encapsulado automático provisto de sistema de esterilización, dotado de por lo menos un cabezal de roscado (10) capaz de enroscar una cápsula (19) en la boca de un envase (9) alimentado en la parte inferior de dicho cabezal (10), donde dicho cabezal de roscado (10) trabaja en una zona estéril (23) del equipo (1) y está sostenido por un árbol de soporte de deslizamiento (12) destinado a realizar un movimiento alternado, con sistemas de calentamiento asociados a cada árbol de soporte (12), caracterizado por el hecho de que los sistemas de calentamiento (25) están asociados a cada árbol de soporte (12) en correspondencia con un órgano de trabajo (12a) que está cerca de la zona estéril (23) y son capaces de ejercer una acción de calentamiento localizado en dicho órgano de trabajo (12a) de cada arbol (12) para mantenerlo a una temperatura que garantice la condición estéril de manera que la parte restante de cada árbol (12) prácticamente no reciba calor del sistema de calentamiento (25).

Description

Cabezal de encapsulado con esterilizador de mandril.

La presente invención concierne a los equipos automáticos de encapsulado en general.

Los equipos automáticos de encapsulado son máquinas que permiten cerrar herméticamente cápsulas roscadas o tapones en la boca de recipientes a envasar, por ejemplo aquellos destinados a contener productos alimenticios como las bebidas. Muchos equipos de encapsulado sólo pueden cerrar un envase a la vez, pero también existen encapsuladoras, conocidas como máquinas de mesa giratoria, capaces de aplicar simultáneamente varias cápsulas en envases que siguen un recorrido circular.

En lo específico, esta invención se refiere a un equipo de encapsulado automático dotado de sistema de esterilización, que comprende por lo menos un cabezal de roscado giratorio capaz de enroscar una cápsula en la boca del envase que pasa por debajo del mismo, donde el cabezal de roscado trabaja en una zona estéril del equipo y está sostenido por un árbol de deslizamiento, destinado a realizar movimientos alternados, con sistemas de calentamiento asociados a cada árbol de soporte. Una encapsuladora parecida se halla descrita en la patente US - A - 3350839.

Cuando el equipo de encapsulado se utiliza para envasar productos alimenticios sujetos a la contaminación que resulta del contacto con el ambiente externo, como bebidas a base de zumos de fruta o conservas de verdura, especialmente en caso de productos que no contienen aditivos conservantes, la operación de cierre de los envases que contienen el producto a envasar debe realizarse en condiciones estériles.

Anteriormente, esto se lograba calentando el producto a envasar a una temperatura que permitiera su pasteurización para garantizar su esterilidad.

Sin embargo, sabemos que el calentamiento de productos alimenticios por encima de una cierta temperatura puede alterar los mismos, disminuyendo su calidad y sus características nutricionales.

Para eliminar este inconveniente, es preferible usar equipos de envasado en "frío" donde el producto a envasar se somete a un calentamiento breve, seguido por un enfriamiento, con el fin de mantener inalteradas sus características nutricionales.

Esto es debido al hecho que la alimentación de los recipientes que contienen el producto a envasar se realiza en una zona de atmósfera controlada, presurizada con aire estéril y previamente higienizada con sustancias desinfectantes como una solución de ácido peracético al 2%.

El cabezal de roscado se introduce en esta atmósfera controlada, que suele estar situada en la parte inferior del equipo de encapsulado, a fin de mantenerla en condiciones estériles. Sin embargo, el árbol de soporte del cabezal de roscado, debido a su movimiento alternado, puede arrastrar hacia la zona estéril impurezas que provienen de la parte superior del equipo (que no se encuentra en la atmósfera controlada) donde están situados los dispositivos mecánicos que controlan los cabezales de roscado y los grupos eléctricos y electrónicos que gestionan el sistema. Al entrar en la zona estéril donde se cierran los recipientes, dichas impurezas pueden alterar la esterilidad e integridad del producto a envasar.

Por eso, se ha creado un equipo que comprende un sistema de presurización capaz de suministrar vapor a una temperatura de unos 120ºC en correspondencia con los árboles de soporte a fin de mantener los mismos bajo condiciones estériles para evitar que las impurezas procedentes de otras zonas de la máquina y arrastradas por el movimiento alternado del árbol de soporte entren en la zona estéril donde se cierran los envases, contaminando la misma.

Los equipos de encapsulado dotados de este sistema de suministro de vapor, que requiere la presencia de un generador de vapor y de tubos que lo transporten a las zonas que deben esterilizarse, tienen una estructura bastante compleja, que conlleva altos costes de producción. Además, al salir de los tubos, el vapor presurizado que se utiliza para calentar el árbol de soporte no permanece en el lugar donde se encuentran las partes del árbol que entran en la zona estéril, sino que se dispersa hacia otras partes del equipo. En lo específico, después de calentar los árboles, el vapor entra en las zonas que contienen los dispositivos de accionamiento mecánico y los grupos de control, calentando los mismos.

Dicho calentamiento provoca la expansión térmica de los órganos mecánicos del equipo, que puede llevar a la deformación de los mismos causando una reducción de la fiabilidad operativa del equipo y la necesidad de realizar operaciones de mantenimiento más frecuentes que conllevan costes de producción adicionales.

La presente invención se propone eliminar los inconvenientes recién citados y esto se consigue mediante el equipo al que se refiere, caracterizado por contener las reivindicaciones expuestas a continuación y sobre todo por el hecho de que los sistemas de calentamiento están asociados a cada árbol de soporte en correspondencia con una parte que está cerca de la zona estéril y pueden llevar a cabo una acción de calentamiento localizada en dicha zona para mantenerla a una temperatura que garantice la condición de esterilidad y de manera que la parte restante de cada árbol prácticamente no sea calentada por el sistema de calentamiento.

A diferencia de las tecnologías anteriores donde el vapor calentaba toda la torre, la presente invención concentra el calor en la zona a proteger, permitiendo que se apliquen en la torre misma sistemas electrónicos de control de la operación de encapsulado, que por ejemplo consienten la expulsión automática de cualquier botella incorrectamente encapsulada.

Gracias a estas características, es posible garantizar, de manera simple y fiable, una esterilidad efectiva de la zona del equipo donde se encapsulan los envases, sin que otros elementos del sistema provoquen efectos indeseados en dicha operación.

Ventajosamente, estos sistemas de calentamiento comprenden por lo menos un órgano resistivo que puede conectarse a una fuente de energía eléctrica.

Preferiblemente, también deben comprender sistemas con sensores de temperatura, donde los sistemas de calentamiento y el sensor de temperatura están asociados a sistemas de control capaces de regular la alimentación de energía eléctrica del órgano resistivo, de acuerdo con la temperatura detectada por el sistema de sensores.

De esta manera, la temperatura de la parte del árbol que sostiene el cabezal de roscado y entra en contacto con la zona estéril del equipo, puede controlarse de la mejor manera posible para mantenerse dentro de un límite establecido, suficiente para garantizar su esterilidad. Gracias a este control que permite optimizar la cantidad de calor suministrada a cada árbol, no se genera calor excesivo, que además de constituir un desecho que conlleva costes indeseados, podría transmitirse a otras partes del equipo causando daños en las mismas.

Estas y otras características se manifiestan con mayor claridad en la siguiente descripción que ilustra una configuración hipotética del equipo, con propósitos puramente indicativos, mediante una serie de dibujos donde:

- la Figura 1 muestra una perspectiva con vista frontal seccionada de un equipo automático de encapsulado con mesa giratoria de acuerdo con la invención,

- la Figura 2 muestra una vista ampliada de la parte indicada con la flecha II en la Figura 1,

- la Figura 3 muestra una vista ampliada de la pieza indicada con la flecha III en la Figura 2, y

- la Figura 4 muestra un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente los elementos principales de un sistema para el control del equipo de acuerdo con la invención y sus relaciones de funcionamiento.

Haciendo referencia a las Figuras 1, 2 y 3, el número 1 siempre indica un equipo de encapsulado de acuerdo con la invención.

Aunque las figuras adjuntas y la descripción que les sigue toman en consideración un equipo de encapsulado con mesa giratoria, es decir un equipo capaz de mover simultáneamente varios envases por un recorrido circular para cerrarlos con cápsulas mediante fases de cierre alternadas, esta invención también puede aplicarse a equipos de encapsulado más simples, capaces de cerrar un solo envase a la vez, que se alimenta individualmente.

El equipo 1 comprende una base fija 2 dotada de soportes 4. Entre los soportes 4 hay un montante tubular 6 capaz de girar alrededor de una guía cilíndrica 7 cuyo eje 3 constituye el eje principal del equipo 1. La rotación del montante 6 está controlada por un grupo de motorización que por ser bien conocido no se ilustra en la presentación.

El montante 6 está asociado a órganos 8 para el agarre y soporte de numerosos envases 9, por ejemplo botellas, que se alimentan al equipo 1 de manera tradicional, normalmente mediante una cinta transportadora y un alimentador de sinfín. También es posible una configuración en la que los envases 9 bajan a una plataforma giratoria que no se ilustra en las figuras.

El montante 6 también está asociado a numerosos cabezales de roscado 10 (de los cuales sólo dos pueden verse en la Figura 1) de manera que éstos puedan girar junto al montante 6 en un recorrido circular concéntrico con el eje 3.

Cada cabezal de roscado 10 está sostenido por el órgano de trabajo inferior 12a de un árbol de soporte 12, también llamado pistón, capaz de moverse alternadamente como resultado de la rotación del montante 6. Por este motivo la parte superior 12b de cada árbol de soporte 12, opuesta al relativo cabezal de roscado 10, está dotada de un rodillo 14 capaz de girar alrededor de un eje perpendicular al del árbol del soporte relativo 12. El rodillo 14 activa una vía de levas 15 formada en un cuerpo cilíndrico fijo 16 según un plano inclinado con respecto al eje 3 de manera que presente una parte en descenso y otra en ascenso con respecto a un plano horizontal perpendicular al eje 3.

Cada árbol 12, que gira junto a su relativo cabezal de roscado 10, también puede girar alrededor de su propio eje aplicando así un movimiento giratorio al cabezal de roscado 10 correspondiente. Normalmente, el movimiento giratorio de cada árbol 12 deriva del movimiento giratorio del montante 6 con respecto a la base 2 que se realiza mediante órganos de transmisión de engranajes ya conocidos.

La base 2 también está asociada a un dispositivo 18 de alimentación de cápsulas 19 entre cada cabezal de roscado 10 y su respectivo envase 9. Como resultado del movimiento de bajada de cada cabezal de roscado 10, que así se dirige hacia su respectivo envase 9, y de la rotación del cabezal de roscado 10 alrededor de su propio eje, las cápsulas 19 alimentadas por el dispositivo 18 se enroscan en la boca de los envases.

Para permitir que cada árbol 12 realice movimientos alternados y gire simultáneamente alrededor de su propio eje, en el montante 6 se hallan instaladas una brida anular superior 21a y otra inferior 21b, dotadas de agujeros pasantes alineados por pares en correspondencia con los árboles 12. Las bridas 21a y 21b están asociadas a casquillos de guía que dirigen el deslizamiento y la rotación de los árboles 12.

Debajo de la brida inferior 21a hay una zona 23, prácticamente aislada del ambiente externo, donde se introduce una agente esterilizante (por ejemplo una solución que contenga un 2% de ácido peracético, también conocida como "Oxonia", a una temperatura de unos 40ºC) durante la fase de esterilización, y se introduce aire estéril durante las fases de producción, a fin de crear una atmósfera controlada que mantenga en condiciones estériles el ambiente que entra en contacto con el producto contenido en los envases 9 durante el cierre de las cápsulas 19.

La parte del equipo 1 que queda sobre la brida 21a no se introduce en la atmósfera controlada presente en la zona 23, ya que por el movimiento alternado de los árboles 12, las impurezas presentes en la parte del equipo situada sobre la brida 21a podrían arrastrarse hacia la zona estéril 23, contaminando la misma.

Para evitar que esto ocurra, entre las bridas, y por lo tanto cerca de la zona 23, se han asociado sistemas de calentamiento fijos 25 a cada árbol 12, donde dichos sistemas de calentamiento tienen la función de realizar un calentamiento localizado sólo en la parte 12a del árbol que está cerca del cabezal de roscado, es decir la parte que entra alternadamente en la zona 23, con el fin de mantenerla a una temperatura que garantice su esterilidad.

Para cada árbol 12 estos sistemas de calentamiento 25 tienen un grupo que comprende un manguito metálico 26 que rodea una zona de la parte 12a y está fijado, por ejemplo, a la brida anular 21a. El manguito 26 está conectado externamente con un órgano resistivo 27 dotado de por lo menos un elemento de resistencia eléctrica. Preferiblemente, cada órgano de resistencia 27 debe tener forma de brazalete e incluir dos secciones semicirculares arqueadas y articuladas en un mismo eje paralelo al eje general del manguito 26, ambas dotadas de un elemento de resistencia. Las dos secciones arqueadas pueden acercarse entrando en contacto con la superficie externa del manguito 26, o bien pueden alejarse permitiendo quitar el órgano resistivo en forma de brazalete 27 del manguito 26 de manera transversal con respecto al eje del árbol 12.

Una vez conectado mediante conductores 27 a una fuente de energía eléctrica, cada elemento de resistencia del órgano resistivo 27 tiene una potencia térmica en salida de unos 140W, de manera que la potencia térmica suministrada a cada parte 12a de un árbol 12 es de aproximadamente 280W, lo suficiente para mantener dicha parte a una temperatura incluida entre 100ºC y 140ºC, durante las operaciones normales.

El calor suministrado por cada órgano resistivo 27, que se transfiere a la parte 12a por medio del manguito 26, permanece principalmente localizado en correspondencia con la parte 12a del árbol correspondiente 12, de manera que la parte restante del árbol 12 prácticamente no recibe, o bien recibe muy poco, el calor producido por el órgano resistivo 27.

El manguito 26 debe extenderse por una longitud prácticamente igual, o poco mayor, que la carrera del árbol 12. Su función es trabajar como elemento de difusión térmica para que el calor suministrado por el órgano resistivo 27 se distribuya casi uniformemente en la parte 12a del árbol 12.

Las puntas axiales de cada árbol 12, cerca de las bridas 21a y 21b, están asociadas a cabezales de aislamiento térmico 28, que pueden estar hechos de un material termoplástico capaz de soportar altas temperaturas, conocido con el nombre comercial de "TekaPeek".

Entre el árbol 12 y su relativo manguito 26 se obtiene un espacio tubular donde se halla presente un entrehierro. En este entrehierro se introduce la punta sensitiva de un termopar termostático o la sonda 29 de un sensor montado en el manguito 26 de manera que lo atraviese.

La información del calor medido por cada sonda 29 se transfiere mediante conductores 29a a una unidad de control electrónico 36 (ilustrada en la Figura 4) para verificar si el calor generado supera el valor de umbral, en cuyo caso la unidad de control electrónico 36 ordena la apertura de un dispositivo de conmutación, descrito más adelante, situado entre los órganos resistivos 27 y una fuente de energía eléctrica, hasta que la temperatura regrese a un valor inferior al del umbral, ejerciendo sobre la temperatura una acción reguladora de realimentación.

La Figura 4 presenta, como ejemplo, un diagrama de bloques que ilustra esquemáticamente los elementos principales de un sistema destinado a controlar la temperatura de los árboles 12 en equipos de encapsulado con mesa giratoria 1 dotados de diez cabezales de roscado 10.

Cada cabezal de roscado 10 tiene, por un lado, un órgano resistivo 27 y, por el otro, un sensor termostático 29.

La información sobre la temperatura medida por cada sensor 29 se recoge mediante uno o varios módulos de salida para termopares 30, que funcionan como un colector, y se envía a un módulo adaptador 32, por ejemplo de tipo bus, con diez entradas y diez salidas digitales. Mediante un módulo de distribución giratorio 34, que suele ser del tipo con mercurio y ocho polos, las señales se transfieren de la parte giratoria del equipo 1 a la unidad de control electrónico 36, del tipo con PLC, asociada a la parte fija del equipo. Las señales que entran en la unidad de control electrónico 36 se procesan, por ejemplo comparando los valores de temperatura medidos por los sensores 29 con un valor de umbral preconfigurado, a fin de generar señales digitales de control que se transmiten al módulo adaptador 32, siempre mediante el módulo de distribución giratorio 34, para luego enviarse a los módulos 40 que contienen los dispositivos de conmutación. Los dispositivos de conmutación comprenden relés estáticos que reciben electricidad, por ejemplo a 24V, de una fuente 38 de corriente eléctrica directa, que como sabemos también alimenta el módulo de adaptador 32.

Los relés estáticos de los módulos 40 están situados entre los órganos resistivos 27 y una fuente de energía eléctrica 44, que suele ser del tipo con corriente alterna a 220V, conectada a los módulos 40 mediante un módulo de distribución giratorio 42 del tipo con cepillos y anillos.

Los módulos 40 que contienen los relés estáticos pueden ser cuatro en caso de equipos de roscado como éste con diez cabezales de roscado 10, cada uno de los cuales está asociado a dos o tres órganos resistivos 27. Gracias a la posibilidad de regular su umbral mínimo de corriente, cada uno de los relés estáticos de los módulos 40 también puede generar una señal de alarma en caso de funcionamiento defectuoso de alguno de los órganos resistivos 27.

Claims (10)

1. Equipo de encapsulado automático provisto de sistema de esterilización, dotado de por lo menos un cabezal de roscado (10) capaz de enroscar una cápsula (19) en la boca de un envase (9) alimentado en la parte inferior de dicho cabezal (10), donde dicho cabezal de roscado (10) trabaja en una zona estéril (23) del equipo (1) y está sostenido por un árbol de soporte de deslizamiento (12) destinado a realizar un movimiento alternado, con sistemas de calentamiento asociados a cada árbol de soporte (12),

caracterizado por el hecho de que los sistemas de calentamiento (25) están asociados a cada árbol de soporte (12) en correspondencia con un órgano de trabajo (12a) que está cerca de la zona estéril (23) y son capaces de ejercer una acción de calentamiento localizado en dicho órgano de trabajo (12a) de cada arbol (12) para mantenerlo a una temperatura que garantice la condición estéril de manera que la parte restante de cada árbol (12) prácticamente no reciba calor del sistema de calentamiento (25).

2. Equipo según la reivindicación 1, caracterizado por tener mesa giratoria e incluir varios cabezales de roscado (10) montados de manera que puedan girar alrededor del eje principal (3) del equipo (1) distanciado de los ejes de los árboles de soporte (12) de los cabezales de roscado (10), donde cada cabezal (10) es capaz de enroscar una cápsula (19) en la boca de un envase (9) puesto en rotación alrededor del eje principal (13) en sincronía con un cabezal de roscado (10).

3. Equipo según la reivindicación 1 ó 2, donde el sistema de calentamiento tiene para cada árbol (12) un grupo de calentamiento (25), fijo con respecto a su relativo árbol (12).

4. Equipo según la reivindicación 3, donde dichos grupos de calentamiento (25) comprenden por lo menos un órgano resistivo (27) que puede conectarse a una fuente de energía eléctrica (44).

5. Equipo según la reivindicación 3 ó 4, donde cada árbol (12) está asociado a un sistema con sensor de temperatura (29) en correspondencia o cerca de su órgano de trabajo (12a).

6. Equipo según la reivindicación 4 ó 5, donde los sistemas de calentamiento (25) y los sistemas con sensor de temperatura (29) están asociados a sistemas de control (36, 40) capaces de ejercer una acción reguladora de realimentación sobre la fuente de energía eléctrica (44) que alimenta los órganos resistivos (27), en función de la temperatura medida por el sistema con sensor (29).

7. Equipo según la reivindicación 6, donde los sistemas de control mencionados comprenden una unidad de control (36) a la que se conectan el sistema con sensor (29) y un dispositivo de conmutación (40) situado entre cada órgano resistivo (27) y la fuente de energía eléctrica (44), donde cada dispositivo de conmutación (40) puede gestionarse mediante la unidad de control (36).

8. Equipo según cualquiera de las reivindicaciones 3, 4, 5, 6 ó 7, donde cada grupo de calentamiento (25) comprende un manguito metálico (26) que rodea su respectivo árbol (12), funcionando como elemento de difusión térmica.

9. Equipo según la reivindicación 8, donde los sistemas con sensor de temperatura comprenden para cada árbol de soporte (12) una sonda termostática (29) que atraviesa el manguito (26) y está dotada de una punta sensitiva que se introduce en un entrehierro situado entre cada manguito (26) y su respectivo árbol de soporte (12).

10. Equipo según la reivindicación 8 ó 9, donde cada órgano resistivo (27) puede extraerse en dirección prácticamente transversal con respecto al eje de su respectivo árbol de soporte (12) y consta de dos secciones arqueadas articuladas en un eje paralelo al eje general de su respectivo manguito (26), cada una de ellas dotada de un elemento de resistencia.