ES2300857T3 - Generador estatico de aire comprimido caliente para el suministro a dispositivos de utilizacion de funcionamiento ciclico. - Google Patents

Abstract

Generador estático de aire comprimido caliente para el suministro a dispositivos de utilización de funcionamiento cíclico, destinados, por ejemplo, a operaciones de calentamiento, cierre o corte de elementos laminares o láminas termoplásticos, del tipo que comprende, por lo menos, una fuente de calor consistente habitualmente en una resistencia eléctrica controlada mediante sondas de temperatura (3) para calentar un flujo de aire o de otro gas a presión, que es forzado a circular por dicho generador y es dirigido a continuación al dispositivo de utilización, en el que la resistencia eléctrica está alojada en un cuerpo compuesto fabricado de un material que es un buen conductor del calor, mecanizado de cualquier forma, de modo que comprenda, por lo menos, dos canales interiores separados y desviados (4, 5) que tienen características dimensionales idénticas y que tienen áreas superficiales de contacto con la resistencia esencialmente iguales y coeficientes de transmisión de calor esencialmente iguales, caracterizado por el hecho de que: - dicho cuerpo compuesto que aloja la resistencia eléctrica está aislado exteriormente, de manera que no deja escapar calor al entorno exterior, - los canales están dotados de las respectivas aberturas de entrada (112, 113) y de las respectivas aberturas de salida (118, 119), pudiendo estar conectadas las aberturas de entrada de manera selectiva, según se requiera, a través de medios de válvulas de conmutación (16) a la fuente (17) que suministra el aire comprimido para el calentamiento.

Description

Generador estático de aire comprimido caliente para el suministro a dispositivos de utilización de funcionamiento cíclico.

En las máquinas para el envasado de productos alimenticios frescos en elementos laminares termoplásticos, es una práctica conocida la utilización de generadores de aire caliente que es suministrado a continuación, por ejemplo, a máquinas cerradoras o selladoras que unen entre sí dos bordes superpuestos de elementos laminares para realizar, por ejemplo, los denominados cierres longitudinales, o bien el aire caliente puede ser suministrado a unidades de calentamiento para mejorar las propiedades físicas del elemento laminar durante la formación del envase o incluso en el envase acabado. Por ejemplo, en los documentos WO 03051715 y WO 2004009450 se da a conocer una máquina envasadora que cumple con estos requisitos y es utilizada para el envasado de productos frescos colocados en bandejas con un elemento laminar estirable que, de manera opcional, tiene un efecto barrera. Esta máquina comprende generadores de aire caliente que utilizan resistencias eléctricas controladas por termostatos y detectores de presión a través de las cuales el aire u otro gas es forzado a circular, de modo que cuando entra en contacto con dicha resistencia se caliente y es canalizado hacia los dispositivos de utilización que se caracterizan por ser accionados de forma cíclica. Si se precisa aire caliente para realizar uniones herméticas longitudinales para el cierre del envase, el mismo aire caliente producido por el generador estático es canalizado mediante un tubo flexible hasta un cabezal de cierre montado en unos medios que normalmente lo mantienen próximo al elemento laminar durante la fase activa de cierre, pero que lo desplazan alejándolo del elemento laminar durante las fases del ciclo en las que se detiene temporalmente el envasado para realizar un estirado longitudinal. En el momento apropiado, cuando el dispositivo de cierre es alejado del elemento laminar de envasado, intervienen medios tales como, por ejemplo, un chorro de aire frío, u otros medios, para desviar la corriente de aire caliente dirigido hacia el elemento laminar. Con este planteamiento, una corriente de aire choca continuamente contra la resistencia eléctrica que funciona con carga fija, de modo que siempre que el dispositivo de cierre se eleva está siempre en condiciones de trabajo óptimas. Por otra parte, este planteamiento no se ha considerado satisfactorio debido a la presencia de dichos medios para desplazar el dispositivo de cierre hacia atrás y hacia adelante, pudiendo averiarse dicho accionamiento con el transcurso del tiempo debido al desgaste, porque puede adquirir roces e inercias no tolerables y porque el operario puede chocar accidentalmente con estos
medios.

Si el aire caliente producido por el generador debe ser suministrado a puestos de trabajo en los que el elemento laminar de envasado es acondicionado térmicamente, se instalan medios de válvulas más abajo del generador para dirigir la corriente de aire caliente a dichas estaciones de envasado cuando estas últimas deban estar actuando, mientras que desvían la corriente de aire caliente en otra dirección cuando estas estaciones deban estar inactivas; todo ello de tal manera que, una vez más, como en la aplicación al dispositivo de cierre, la resistencia eléctrica del generador está en una corriente de aire constante y no queda dañada por resultar calentada excesivamente. En este planteamiento, existen problemas de equilibrado de los caudales en las dos situaciones diferentes de envío de aire caliente a los dispositivos de utilización o a la evacuación, y con el tiempo, se presentan problemas de fiabilidad del sistema de desviación que actúa sobre la corriente de aire caliente. Otro problema encontrado en las soluciones conocidas comentadas anteriormente, es el hecho de que la resistencia eléctrica está en contacto directo con el flujo de aire a calentar. Esto significa que las pequeñas gotas de agua u otras impurezas contenidas en el aire dañan de manera inevitable la resistencia y ponen fuera de servicio todos los dispositivos de utilización conectados al generador de aire.

El documento USA 4 465 922 A da a conocer un generador estático de fluido caliente, del tipo que comprende una fuente de calor consistente en una resistencia eléctrica controlada mediante sondas de temperatura, para calentar un flujo de aire que es forzado a circular a través de dicho generador y es dirigido a continuación al dispositivo de utilización en donde está alojada la resistencia eléctrica en un cuerpo compuesto fabricado de un material que es un buen conductor del calor, mecanizado de cualquier forma, de tal manera que comprende interiormente, por lo menos, dos canales separados y desviados que tienen características dimensionales idénticas y que tienen áreas de contacto con la resistencia esencialmente iguales y coeficientes de transmisión de calor esencialmente iguales.

Según la invención, el cuerpo compuesto está aislado exteriormente de modo que no pierda calor hacia el entorno, y los canales están dotados de las respectivas aberturas de entrada y de salida, pudiendo ser conectadas de manera selectiva, según se precise, las aberturas de entrada mediante medios de válvulas de conmutación a la fuente para suministrar el aire comprimido para su calentamiento. Las aberturas de salida están conectadas, una al dispositivo de utilización de la máquina, por ejemplo, a la cerradora o selladora, o a la estación de acondicionamiento térmico, o a una estación de corte (ver más adelante), mientras que la otra está conectada a un conducto de evacuación que finaliza en cualquier posición adecuada de la máquina de envasado. Es obvio que alimentando uno u otro de dichos canales a través de los medios de válvulas que actúan sobre el chorro de aire frío y que, por consiguiente, son muy fiables, es posible suministrar el aire caliente producido por el generador al dispositivo de utilización o a dicho conducto de evacuación con la seguridad de que las condiciones de intercambio de calor entre la resistencia y la corriente de aire permanecerán sin modificaciones, independientemente de la trayectoria seguida por el propio aire, debido a la identidad estructural y a un coeficiente de intercambio de calor idéntico de dichos canales. En una realización preferente de la invención, dichos canales interiores del generador de aire caliente que impiden el contacto directo entre el aire y la resistencia eléctrica, están conformados como espiras cilíndricas adyacentes, de manera similar a las roscas de un tornillo de dos entradas.

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Otras características de la invención y las ventajas consiguientes, quedarán más claras en el transcurso de la siguiente descripción de una realización preferente de la invención, ilustrada únicamente a modo de ejemplo no restrictivo en las figuras de la hoja de dibujos adjunta, en la cual:

- la figura 1 ilustra el generador de aire comprimido caliente en una sección por el eje longitudinal;

- la figura 2 ilustra detalles del extremo superior del generador de aire comprimido caliente, en la versión utilizable en la fabricación de una máquina cerradora continua o de una unidad de corte para elementos laminares termoplásticos.

En la figura 1 puede apreciarse que el generador comprende un cuerpo central (1) fabricado, por ejemplo, de aluminio o de sus aleaciones, de forma cilíndrica y sección transversal circular con una cavidad axial ciega (2) que aloja, por lo menos, una resistencia eléctrica, preferentemente blindada, alojada adyacente a la cual existen asimismo sondas de temperatura (3) que controlan el funcionamiento del aparato. Excepto en el caso de las pequeñas partes extremas (101) y (201), el resto del cuerpo (1) está mecanizado con unos rebajes en la superficie lateral exterior, de tal forma que queda rodeado, como la rosca de un tornillo de dos entradas, por dos canales adyacentes de forma cilíndrica helicoidal (4) y (5) que tienen características dimensionales idénticas y que tienes iguales coeficientes de transmisión de calor en la dirección de dicho asiento (2) de la resistencia eléctrica. Dichos canales (4) y (5) se comunican a través de sus extremos opuestos con los conductos respectivos (104), (204) y (105), (205) que tienen características dimensionales idénticas, formados en dichas partes extremas (101), (201) del cuerpo (1) y dispuestos paralelos al eje de este cuerpo. El cuerpo (1) está recubierto exteriormente con una ligera interferencia, mediante una camisa (6), por ejemplo, de acero inoxidable o de cualquier otro material adecuado.

Las tapas (7) y (8) están conectadas en contacto íntimo con los extremos de dicho cuerpo (1), estando dichas tapas fabricadas en cualquier material adecuado con un grado elevado de aislamiento del calor y, por ejemplo de forma cilíndrica, mecanizables mediante máquinas herramientas, estando sujetas, por ejemplo, mediante tornillos (9), (109) o con cualquier otro método adecuado, a los extremos de una camisa tubular (10) de cualquier material adecuado, de un diámetro adecuado mayor que el de la camisa interior (6), estando relleno el espacio (11) entre las dos camisas de cualquier material adecuado con características elevadas de aislamiento del calor, de tal manera que el presente aparato no tiene pérdidas de calor al exterior o éstas son mínimas.

La tapa (7) contiene conductos interiores (112) y (113) que por una parte están conectados a los conductos (104) y (105) respectivos, y por otra parte están sujetos a los conectores (12) y (13) los cuales, mediante tuberías (14) y (15) y medios de válvulas de conmutación (16) pueden ser conectados de manera alternativa y rápida a una tubería (17) que suministra el aire comprimido, por ejemplo a temperatura ambiente. La tapa opuesta (8) contiene los conductos interiores (118) y (119) conectados a los conductos (204) y (205) respectivos, estando conectado el conducto (119) mediante un conector a una tubería de descarga (19), mientras que el conducto (118) está conectado a través de uno o varios conectores (18) a una o varias tuberías (20) que suministran aire a la unidad de trabajo (21) de la máquina que expulsa el aire comprimido caliente y que se caracteriza por un funcionamiento cíclico.

El aparato tal como ha sido descrito, funciona de la manera siguiente. Cuando la unidad (21) debe suministrar el aire caliente a la máquina de envasado, los medios de válvula (16), conectan el circuito (12), (112), (104), (4), (204), (118), (18), (20), (21) al conducto (17), suministrando aire a temperatura ambiente. El aire a temperatura ambiente es calentado a medida que pasa por el canal helicoidal (4), mediante la resistencia eléctrica situada en el interior del asiento (2), pero sin entrar en contacto directo con esta resistencia, y sale al exterior a la temperatura requerida a través de los conductos (204), (118), (18), (20) alcanzando finalmente el dispositivo de utilización (21). Las características estructurales y dimensionales de todo el circuito son tales que garantizan que existe suficiente tiempo de contacto entre el aire y la fuente de calor para elevar el aire a la temperatura constante deseada. Cuando, por otra parte, el dispositivo de utilización (21) no debe emitir aire caliente, los medios de válvula (16) son conmutados en el momento correcto para interrumpir el suministro de aire comprimido a través de la tubería (14) de manera que lo desvía a la tubería (15) y a lo largo del circuito siguiente (13), (113), (105), (5), (205), (119), (19) que descarga el aire en cualquier zona de la máquina de envasado donde el aire caliente puede ser liberado libremente o puede ser utilizado para mejorar determinadas fases del ciclo operativo de la máquina de envasado.

Las ventajas que proporciona la solución expuesta anteriormente son obvias. Una ventaja es que, debido a que el aire a calentar no choca directamente con la resistencia eléctrica como en la técnica anterior, sino que actúa en contacto con la superficie metálica del cuerpo (1) y sus ranuras (4) ó (5), incluso si lleva gotas pequeñas de agua u otras impurezas, éstas no dañarán la resistencia que, tal como se ha indicado anteriormente, preferentemente está blindada, ya que es más resistente a las puntas de temperatura. Una segunda ventaja se debe al hecho de que los medios de válvulas de conmutación (16) actúan en la corriente de aire a temperatura ambiente en vez de en la corriente de aire caliente, de lo cual resulta una mayor fiabilidad de funcionamiento de estos medios a lo largo del tiempo, debido a que funcionan bajo tensiones menores. Otra ventaja se debe al hecho de que los dos circuitos que conducen el aire comprimido de manera alternativa y que incluyen los canales helicoidales (4) y (5) pueden estar fabricados fácilmente idénticos en lo que se refiere a longitud, área de la sección transversal y más generalmente en lo que se refiere a forma y dimensiones, de tal manera que la cantidad de calor proporcionado por la resistencia al aire es siempre constante y las condiciones de trabajo de la resistencia eléctrica no varían. De esta forma puede controlarse con mucha seguridad el funcionamiento de la resistencia eléctrica únicamente mediante las sondas (3) de temperatura (preferentemente dos, para mayor seguridad), las cuales cortan o estrangulan el suministro a la resistencia cuando detectan valores de la temperatura que superan los límites establecidos. Esto hace superfluo subordinar el funcionamiento de la resistencia eléctrica a un detector de presión que en la técnica anterior comprueba que existe una corriente de aire adecuada a través de las resistencias eléctricas.

Otra ventaja importante del generador de aire caliente dado a conocer, está representada por la completa ausencia de pérdidas de calor. Esto es lo que permite que el generador esté situado de manera estática en la proximidad inmediata del dispositivo de utilización (21) y del elemento laminar de envasado o estar realmente incorporado en el dispositivo de utilización tal como se ilustra, por ejemplo en la figura 2 (ver más adelante), que en este ejemplo particular muestra la construcción de una lámina de cierre por aire caliente para realizar un cierre longitudinal a lo largo de los bordes superpuestos del elemento laminar (F) de envasado, la cual se desplaza en contacto con una parte del mandril (M) para convertir el elemento laminar en un tubo. El generador está dispuesto en ángulo recto con respecto a los elementos laminares (F), de manera que la tapa (8) con los conductos de salida del aire caliente están adyacentes al mismo, y está guiada a través de la camisa exterior (10) mediante los medios verticales fijos de guía (22), a los cuales está acoplada, por ejemplo, una tuerca (23) que se acopla con un tornillo vertical (24) con un pomo de regulación (124) en su extremo inferior mientras que su extremo superior está conectado axialmente y puede girar libremente en un saliente (25) integrado en dicha camisa (10), estando dispuesto el conjunto de tal manera que mediante el tornillo (24) es posible regular con precisión la distancia entre el aparato actual y el elemento laminar (F) dependiendo de las características de este elemento laminar. Un resorte (26) puede estar situado entre el saliente (25) y la tuerca (23) con el objeto de empujar el generador de aire caliente en sentido ascendente con una fuerza, por lo menos, aproximadamente igual al peso de dicho generador, con el objeto de facilitar el giro del tornillo de regulación (24). Asimismo, en la figura 2, puede apreciarse que la tapa superior (8) tiene una protuberancia central (108) cónica en sentido ascendente, situada separada a una corta distancia del elemento laminar (F) a cerrar y que tiene una ranura vertical recta (27) que se comunica con una cámara interior (28) dentro de la tapa (8), comunicándose a su vez la cámara con el orificio (204) conectado al canal (4) que alimenta el dispositivo de utilización, todo ello de tal manera que cuando este canal conduce el aire comprimido, aparece por dicha ranura (27) una lámina de aire caliente necesaria en el ejemplo presente para cerrar los bordes superpuestos (F) del elemento laminar de envasado.

Debe entenderse que en vez de una ranura (27) pueden existir dos o más ranuras adyacentes, o que en vez de esta ranura con su abertura continua puede haber una fila de orificios de un diámetro adecuado. En vez de la ranura (27) o de sus orificios sustitutivos, puede haber una ranura fabricada con precisión o un orificio o tobera de un diámetro adecuado y el aparato puede estar diseñado con una capacidad de calentamiento tal que emita un chorro en forma de lápiz o una lámina de aire comprimido capaz de cortar elementos laminares u hojas de plástico manteniendo el generador estacionario o desplazándolo con respecto a la superficie a cortar, por ejemplo, por medio de carros con un sistema de desplazamiento basado en ejes cartesianos o un brazo robótico. En esta versión, el generador puede ser utilizado, por ejemplo, para realizar cortes longitudinales de separación o de apertura en los elementos laminares cuando salen del ciclo de fabricación, o para realizar los denominados cortes móviles o configurados como una alternativa a las habituales operaciones de separación mecánica o de corte.

Claims (7)

1. Generador estático de aire comprimido caliente para el suministro a dispositivos de utilización de funcionamiento cíclico, destinados, por ejemplo, a operaciones de calentamiento, cierre o corte de elementos laminares o láminas termoplásticos, del tipo que comprende, por lo menos, una fuente de calor consistente habitualmente en una resistencia eléctrica controlada mediante sondas de temperatura (3) para calentar un flujo de aire o de otro gas a presión, que es forzado a circular por dicho generador y es dirigido a continuación al dispositivo de utilización, en el que la resistencia eléctrica está alojada en un cuerpo compuesto fabricado de un material que es un buen conductor del calor, mecanizado de cualquier forma, de modo que comprenda, por lo menos, dos canales interiores separados y desviados (4, 5) que tienen características dimensionales idénticas y que tienen áreas superficiales de contacto con la resistencia esencialmente iguales y coeficientes de transmisión de calor esencialmente iguales,

caracterizado por el hecho de que:

-

dicho cuerpo compuesto que aloja la resistencia eléctrica está aislado exteriormente, de manera que no deja escapar calor al entorno exterior,

-

los canales están dotados de las respectivas aberturas de entrada (112, 113) y de las respectivas aberturas de salida (118, 119), pudiendo estar conectadas las aberturas de entrada de manera selectiva, según se requiera, a través de medios de válvulas de conmutación (16) a la fuente (17) que suministra el aire comprimido para el calentamiento.

2. Generador, según la reivindicación 1, caracterizado porque los canales interiores (4, 5) de dicho generador, que conducen alternativamente la corriente de aire a calentar y que impiden el contacto directo entre el aire y la resistencia eléctrica, están conformados como espiras cilíndricas adyacentes, como las roscas de un tornillo de dos entradas.

3. Generador, según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende un cuerpo central (1) fabricado, por ejemplo, en aluminio o sus aleaciones, de forma cilíndrica y sección circular redonda con una cavidad axial (2) que puede alojar, por lo menos, una resistencia eléctrica blindada, adyacente a la cual están alojadas asimismo sondas de temperatura (3) que controlan el funcionamiento del generador en relación con unos límites de temperatura predeterminados, estando mecanizado dicho cuerpo (1) con rebajes en la superficie lateral exterior de tal manera que queden enrolladas como las roscas de un tornillo de dos entradas mediante dos canales adyacentes de forma helicoidal cilíndrica (4, 5) que tienen características dimensionales idénticas y que tienen iguales áreas superficiales e iguales coeficientes de transmisión de calor con la resistencia eléctrica en la dirección de dicho asiento (2), comunicándose estos canales (4, 5) por medio de sus extremos opuestos con unos orificios respectivos (104, 204, y 105, 205) que tienen características dimensionales idénticas, situados en las partes extremas sin mecanizar (101, 201) del cuerpo central (1) y dispuestos paralelos al eje del cuerpo con una interferencia reducida mediante una camisa tubular (6) de cualquier material adecuado, tapas (7, 8) que están conectadas en estrecho contacto con los extremos de dicho cuerpo central (1), estando fabricadas dichas tapas de cualquier material o aleación de materiales adecuada, con un grado elevado de aislamiento del calor y, por ejemplo, mecanizables de forma cilíndrica mediante máquinas herramientas, estando sujetas por ejemplo, mediante tornillos (9, 109) u otro método adecuado a los extremos de una camisa tubular (10) de cualquier material adecuado de un diámetro apropiadamente mayor que el de la camisa interior (6) y estando ocupado el espacio (11) entre las dos camisas por cualquier material adecuado con elevadas características de aislamiento del calor que impide cualquier pérdida de calor al exterior, conteniendo una de dichas tapas (7) conductos interiores (112, 113) los cuales por un lado están conectados a los respectivos conductos extremos (104, 105) de dichos canales helicoidales, y por el otro lado están sujetos a los conectores (12, 13) que, a través de tuberías (14, 15) y medios de válvulas de conmutación (16) pueden ser conectados de manera rápida y alternativa a una tubería (17) que suministra el aire comprimido al generador, por ejemplo, a temperatura ambiente, conteniendo la tapa opuesta (8) conductos interiores (118, 119) conectados por un extremo a los respectivos otros conductos extremos (204, 205) de dichos canales helicoidales (4, 5) y pudiendo estar conectado por el otro extremo el conducto (119) por medio de un conector a una tubería de descarga (19) mientras que el conducto (118) está conectado a través de uno o varios conectores (18) a una o varias tuberías (20) que alimentan la unidad de trabajo o el dispositivo de utilización (21) que expulsa el aire comprimido caliente y que está caracterizado por un funcionamiento cíclico.

4. Generador, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho generador incorpora el dispositivo de utilización al cual está suministrando el aire caliente.

5. Generador, según la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora un dispositivo de cierre que proyecta por lo menos, una lámina de aire caliente, teniendo la tapa (8) con los conductos de salida de aire caliente una protuberancia central cónica (108) que sobresale hacia arriba y que contiene, por lo menos, una ranura vertical recta (27) formada mediante una fisura continua o mediante una línea de orificios, que comunica con una cámara interior (28) en el interior de dicha tapa (8), comunicándose la cámara a su vez con el orificio (204) conectado al canal helicoidal (4) que alimenta el dispositivo de utilización, todo ello de tal forma que, cuando se suministra el aire comprimido a este canal, la lámina de aire caliente emerge de dicha ranura (27).

6. Generador, según la reivindicación 5, caracterizado porque está guiado en toda la camisa exterior (10) mediante medios de guiado verticales fijos (22) que lo soportan directa o indirectamente, y a los cuales está sujeta una tuerca (23) que se acopla a un tornillo vertical (24) con un pomo de regulación (124) en su extremo inferior mientras que su extremo superior está conectado axialmente y puede girar libremente con respecto a un saliente (25) integrado, por ejemplo, en la camisa exterior (10), estando dispuesto todo el conjunto de tal manera que mediante dicho tornillo (24) es posible regular de manera exacta la distancia entre el aparato y el elemento laminar (F) a cerrar, dependiendo de las características de este elemento laminar, estando situado un resorte (26) entre dicho saliente (25) y la tuerca (23) con el objeto de empujar el generador de aire caliente en sentido ascendente con una fuerza, por lo menos, aproximadamente igual a la fuerza del peso de dicho generador con el objeto de facilitar el giro de dicho tornillo (24) de regulación.

7. Generador, según la reivindicación 4, caracterizado porque incorpora una unidad para cortar elementos laminares u hojas de plástico y con este objeto proyecta un chorro en forma de lápiz o lámina de aire a la presión y temperatura correctas, estando la tapa (8) con los conductos de salida del aire caliente junto a esta superficie que tiene una protuberancia central cónica (108) que sobresale en sentido ascendente y que contiene una incisión, o un orificio, o una tobera, realizados con precisión, que comunica con una cámara interior (28) en el interior de dicha tapa (8), comunicándose a su vez esta cámara con el orificio (204) conectado con el canal helicoidal (4) que alimenta el dispositivo de utilización, todo ello de tal forma que cuando este canal es suministrado con aire comprimido, la lámina o el lápiz de aire caliente comprimido utilizado para cortar la hoja o el elemento laminar de plástico próximo, emerge de dicha incisión, orificio o tobera realizados con precisión.