ES2298984T3

ES2298984T3 - Metodo y dispositivo para troquelar un material filtrante.

Info

Publication number: ES2298984T3
Application number: ES05405211T
Authority: ES
Inventors: Heinz-Josef Tuns
Original assignee: Nestec SA
Current assignee: Nestec SA
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2005-02-25
Publication date: 2008-05-16
Anticipated expiration: 2025-02-25
Also published as: ATE383930T1; EP1914048A8; PT1568451E; EP1914048A2; DK1568451T3; EP1568451B1; DE502005002533D1; EP1568451A1; PL1568451T3; EP1914048A3

Abstract

Procedimiento para troquelar inserciones (39) a partir de una banda de material para inserciones (26) no tejido, de tal modo que, en una primera etapa, la banda de material (26) se coloca entre una matriz de corte (20) -que presenta una abertura de troquelado (45)- y una cuchilla (16) -que presenta una superficie de corte (44)- situada en la zona de troquelado y que concurre con la abertura de troquelado (45) y, en una segunda etapa, la matriz de corte (20) y la cuchilla (16) se colocan en una dirección esencialmente perpendicular a la superficie de la banda de material (26) y de tal modo la una respecto a la otra que la cuchilla (16) se introduce parcialmente en la abertura de troquelado (45) de la matriz de corte (20) y la banda de material (26) que queda situada entre medias se separa al formarse la inserción (39), de tal modo que la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (20) se mantienen a una temperatura tal que tiene lugar una fusión -al menos parcial- del material de la inserción, caracterizado por el hecho de que la cuchilla (16) está diseñada como cuchilla anular, presentando una abertura en la superficie de corte (44) a través de la cual se introduce un punzón (17) perpendicular a la banda de material (26)y, en un tercer paso, el punzón (17) desplaza la inserción (39) a través de la abertura de troquelado (45) de tal modo que queda depositada sobre una segunda banda de material (27).

Description

Método y dispositivo para troquelar un material filtrante.

Ámbito técnico

El presente invento hace referencia a un método y a un dispositivo para troquelar inserciones a partir de una banda de material no tejido. El invento comprende, en concreto, la fabricación de cápsulas de café con inserciones de un no tejido de poliuretano.

Estado de la técnica

Sobre todo en la industria de los alimentos, es frecuente que los recipientes cuenten con inserciones que desempeñan las más diversas funciones. Así pues, por ejemplo, recipientes que contienen un polvo sensible a la humedad están previstos de una inserción que absorbe la misma y que mantiene el polvo seco. Los recipientes que contienen líquidos, por otro lado, pueden estar dotados de inserciones de estanqueidad automática, las cuales impiden que el contenido escape al exterior aunque el recipiente haya sufrido daños. Otra función de las inserciones puede consistir en liberar una sustancia en el espacio tras ser activadas, como sucede en cápsulas y recipientes de agua potable en los que, tras recibir una punzada o estímulo similar, se desprende un líquido desinfectante en una dosis controlada.

Las inserciones de estanqueidad automática también pueden utilizarse en las cápsulas de café en polvo, donde habitualmente se sitúan en la base de las mismas. Cuando se prepara el café, la base de las cápsulas -en el interior de la máquina- se punza con una aguja o 3 cuchillas de modo que entra agua en las mismas, atravesando el polvo de café. Una vez que el café está listo y se ha extraído la aguja, las cápsulas siguen siendo estancas gracias a las inserciones de estanqueidad automática. Esto evita que los restos de agua caliente se escapen y puedan herir al usuario cuando éste retire la cápsula, impidiendo asimismo que la cámara para cápsulas de la cafetera se ensucie.

Los recipientes se forman a partir de una banda de material, por ejemplo una banda de aluminio. Se cortan a partir de dicha banda y posteriormente se terminan mediante moldeo por soplado o embutición profunda. Las propias inserciones se troquelan a partir de una banda de material antes de ser selladas sobre una banda de aluminio. El troquelado y la producción de las inserciones conlleva una serie de dificultades técnicas: las inserciones de estanqueidad automática presentan una alta elasticidad frente a los esfuerzos de tracción, de tal modo que cuando la pared del recipiente y la inserción son perforadas, ésta última pueda sellar inmediatamente el orificio gracias a su elasticidad. Además, las superficies de este tipo de inserciones de estanqueidad automática presentan una cierta capacidad de adhesión, de forma que los bordes del orificio permanecen unidos cuando ésta se perfora, lo cual refuerza el sellado del sistema. Por un lado, la elevada elasticidad del material de la inserción tiene como consecuencia que la banda de material sólo pueda moverse lentamente, es decir, las fuerzas de tracción que actúan sobre el material son de pequeña magnitud; por otro, dicha elasticidad -junto con otras propiedades del material- provoca que el proceso de troquelado sea costoso si se desea garantizar la limpieza de la operación de corte, especialmente si la velocidad de producción es elevada.

No obstante, el proceso de producción sólo puede llevarse a cabo a alta velocidad y bajo coste si se dota a los recipientes de inserciones.

A partir de la patente DE-100.32.458-A1, se conoce una troqueladora para cortar piezas fabricadas en material termoplástico que en su parte frontal presenta una cuchilla, que en la carrera de avance presenta una placa de corte engranable, de modo que la pieza queda situada entre la cuchilla y la placa de corte, y que cuenta con un punzón localmente térmico que actúa penetrando en la dirección de corte cuando se realiza la perforación; dicho punzón de la troqueladora es un punzón cortador térmico de una pieza, que cuenta con una cuchilla -cuyo perfil de corte es en forma de V- a lo largo de su cara frontal. El punzón puede, opcionalmente, encajarse en la rotura cónica que se va ampliando en la dirección opuesta a la placa de corte, de modo que la pieza de troquelado se expulsa fácilmente a través de dicha rotura.

Presentación del invento

El objetivo del invento es desarrollar un método -y el dispositivo correspondiente- que permita alcanzar velocidades de troquelado elevadas y fiables, incluso cuando se corten inserciones a partir de una banda de material no tejido que sea difícil de tratar.

Dicho objetivo se alcanza del siguiente modo: durante el proceso, en una primera etapa, la banda de material se coloca entre una matriz de corte -que presenta una abertura de troquelado- y una cuchilla que presenta una superficie de corte situada en la zona de troquelado y que concurre con la abertura de troquelado. En una segunda etapa, la matriz de corte y la cuchilla se colocan en una dirección esencialmente perpendicular a la superficie de la banda de material y de tal modo la una respecto a la otra que la cuchilla se acopla parcialmente a la abertura de troquelado de la matriz y la banda de material que queda situada entre medias se separa al formarse la inserción, de tal modo que la cuchilla y/o la matriz de corte se mantienen a una temperatura tal, que tiene lugar una fusión -al menos parcial- del material de la inserción.

Por tanto, el núcleo del invento consiste en apoyar el proceso de troquelado mecánico mediante la aplicación de altas temperaturas, de modo que el método clásico -tradicionalmente de carácter exclusivamente mecánico- resulte más sencillo y eficiente. Según el estado de la técnica actual, esta clase de inserciones se troquelan habitualmente mediante una cuchilla de cabeza esférica, la cual debe girarse en el interior de la matriz de corte para cortar materiales prensados, ya que en caso contrario no se genera suficiente efecto de ruptura. Además, según el estado de la técnica actual, se requiere una gran fuerza de troquelado para ejercer el efecto deseado sobre el material. La aplicación adicional de calor al proceso permite reducir dicha fuerza de troquelado, ya que las fibras más pequeñas se funden.

Un procedimiento de esta clase resulta especialmente adecuado cuando la banda de material es de un no tejido de poliuretano, preferentemente un poliuretano termoplástico de base poliéster o poliéter, en cuyo caso resulta especialmente favorable que la temperatura de la cuchilla y/o la matriz de corte se encuentre entre los 75ºC y los 90ºC. En el ámbito de la producción de cápsulas de café, el no tejido de poliuretano posee una permeabilidad al aire superior a
300 l/m^{2}/s y un tamaño de poros de entre 10 y 40 \mum, preferentemente con un grosor que oscila entre los 0,1 y
0,3 mm. El método propuesto resulta asimismo muy adecuado para troquelar muy eficientemente un material de este tipo.

Según una primera (y preferente) forma de realización del invento, el método se lleva a cabo utilizando una matriz de corte, la cual cuenta con una abertura de troquelado esencialmente cilíndrica -preferentemente una corona cilíndrica-, de modo que la superficie de corte de la cuchilla forma con el eje del cilindro un ángulo agudo, preferentemente de entre 30 y 60º (idealmente de 45º). Preferentemente, la cuchilla se diseña de tal modo que cuando la superficie de corte entra en contacto con la matriz de corte apenas se introduce unas pocas décimas de mm en la abertura de troquelado de la matriz, por ejemplo 1/10 mm.

Especialmente en el ámbito de la fabricación de cápsulas de café -aunque no exclusivamente-, resulta ventajoso
-según otra forma de realización preferente del invento- diseñar la cuchilla anular de tal forma que presente una abertura en la superficie de corte. A través de dicha abertura se introduce un punzón perpendicular a la banda de material; en un tercer paso, el punzón conduce la inserción a través de la abertura de troquelado y, preferentemente, la conduce de tal modo que entre en contacto con una segunda banda de material. Por tanto, la inserción es empujada a través de la abertura de troquelado y entra en contacto con otra banda de material y, preferentemente, la inserción queda unida a ella. Este método puede utilizarse, por ejemplo, en la fabricación de cápsulas de café (así como en otros ámbitos): en efecto, la inserción queda unida a la segunda banda de material en un proceso de unión térmico; preferentemente, se situará una fuente de calor en el lado de la segunda banda de material opuesto al de la inserción. Dicha fuente de calor se mantendrá a una temperatura concreta y activará el material de unión situado en la cara de la segunda banda de material que está en contacto directo con la inserción.

Según otra forma de realización preferente, resulta adecuado calentar la cuchilla y/o la matriz de corte de manera inductiva. No obstante, también es posible emplear otros métodos de calentamiento: eléctricos, ópticos y similares. El calentamiento debe ser tal que, como muy tarde en el momento en que entran en contacto la cuchilla y/o la matriz de corte, se haya alcanzado la temperatura deseada, que oscila preferentemente entre 50 y 150ºC, idealmente entre 75 y 100ºC. Mantener la cuchilla a una temperatura constante favorece asimismo el proceso.

Según otra forma de realización preferente, se trata de un proceso para fabricar recipientes en forma de copa (especialmente cápsulas de café) provistos de una inserción, caracterizado por el hecho de que las inserciones se troquelan antes de darle la forma definitiva al recipiente; por el hecho de que las inserciones se sitúan en aquellos lugares del recipiente que sufrirán un proceso de acabado en una etapa posterior; por el hecho de que finalmente los recipientes se troquelan a partir de una banda de material y sufren un proceso de transformación en el que adquieren forma de copa, de modo que, preferentemente, en una sola etapa se troquelan entre 6 y 12 inserciones, e idealmente 8. Preferentemente, las inserciones se troquelan a partir de una banda de material; dicha banda y la banda de material del recipiente se ponen en contacto de tal modo que las inserciones, tras su troquelado, se sitúen directamente sobre o bajo la banda de material (del recipiente) y queden unidas a la misma. En esta etapa, se ha comprobado que resulta beneficioso troquelar las inserciones (y unirlas a la segunda banda) a partir de al menos dos bandas de material alternativamente, de modo que la segunda banda debe moverse hasta la zona de trabajo para proceder a su troquelado.

En las reivindicaciones dependientes se describen otras formas de realización preferentes del procedimiento según el invento.

Como ya se ha comentado, el presente invento también hace referencia a un dispositivo para realizar el proceso descrito anteriormente. El dispositivo está diseñado para troquelar inserciones a partir de una banda de material no tejido; dispone de una matriz de corte con una abertura de troquelado y de una cuchilla: entre ambas piezas se corta la banda de material. El dispositivo se caracteriza especialmente por el hecho de que la cuchilla posee una superficie de corte que en el área de troquelado concurre hacia la abertura de troquelado; por el hecho de que la matriz de corte y la cuchilla están situadas en una dirección esencialmente perpendicular a la superficie de la banda de material (para inserciones); por el hecho de que ambas piezas pueden acercarse mutuamente, de tal modo que la cuchilla, al menos parcialmente, puede engranarse en la abertura de troquelado de la matriz, por lo que la banda de material que queda situada entre ambas se separa cuando se forma la inserción; y por el hecho de que se proporcionan medios para mantener la cuchilla y/o la matriz de corte a una temperatura tal que, al menos parcialmente, se funde el material de las inserciones.

Preferentemente, la matriz de corte presenta una abertura esencialmente cilíndrica -idealmente una corona cilíndri-
ca- y la superficie de corte de la cuchilla (16) forma un ángulo agudo con el correspondiente eje del cilindro, preferentemente entre 30º y 60º, idealmente de alrededor de 45º.

Según otra forma de realización preferente, para permitir el desplazamiento -es decir, la transferencia- de la inserción sobre un segundo medio, resulta adecuado diseñar la cuchilla con forma anular; dicha cuchilla presenta una abertura en la superficie de corte a través de la cual se introduce un punzón perpendicular a la superficie de la banda de material (para inserciones). El punzón se diseña de tal modo que empuje la inserción a través de la abertura inmediatamente después del proceso de troquelado; preferentemente, la evacuación tiene lugar mediante un movimiento lineal (p.ej., paralelo a la dirección de movimiento relativo entre la cuchilla y la matriz de corte) y sitúa la inserción sobre una segunda banda de material; idealmente, se prevé algún medio -p.ej., un proceso de sellado térmico- para unir la inserción a la banda. Si se trata de un medio de unión térmico, resulta especialmente recomendable situar el foco de calor en el lado de la segunda banda de material opuesto a la inserción; además, el foco de calor se mantendrá a una temperatura tal que posibilite la activación del material de unión, que estará situado bien en el lado de la segunda banda de material en contacto directo con la inserción, bien en la propia inserción.

Como ya se mencionó anteriormente, el dispositivo propuesto puede emplearse especialmente en la fabricación de recipientes en forma de copa dotados de una inserción, como es el caso de las cápsulas de café en polvo. El dispositivo incluye una banda de material para las inserciones, una banda de material para los recipientes -que se superpone con la primera en el área de trabajo- y una troqueladora situada en el área de trabajo; mediante estos tres elementos, las inserciones se troquelan en las posiciones de troquelado -definidas previamente mediante un patrón- y se colocan sobre los puntos -predeterminados asimismo por el patrón- de la banda de material para los recipientes, de tal modo que, preferentemente, se dispone de un dispositivo de avance gracias al cual la troqueladora y la banda de material (para inserciones) son impulsados el uno hacia el otro y de manera móvil -al menos durante una parte de la trayectoria de desplazamiento- esencialmente en transversal a la dirección de la banda de material.

En relación con este proceso, se hace referencia explícita a él en la notificación suiza CH-0739/03 del día 25-04-2003 así como en la correspondiente solicitud de patente europea.

De acuerdo con otra forma de realización preferente del dispositivo según el invento, el punzón está dotado con medios -especialmente con medios para generar presiones negativas (p.ej., tubos de vacío con aberturas en el lado superior del punzón, de modo que el vacío -dependiendo del ciclo de troquelado- sólo actúa cuando tiene lugar el transporte hacia la segunda banda de material)- para que la inserción se mantenga unida a él entre el troquelado y la deposición sobre la segunda banda de material.

Especialmente en lo que respecta a la fabricación de cápsulas de café, resulta conveniente situar la matriz de corte en un primer plano estacionario (en un soporte), situando por encima de él la segunda banda de material (p.ej., la banda para recipientes) y, por encima de la segunda banda, el foco de calor (para fijar las inserciones a la segunda banda de material). Por debajo del primer plano estacionario se sitúa una cuchilla -preferentemente anular y diseñada para engranarse parcialmente en la matriz de corte- perpendicular a dicho plano y móvil respecto a él; además, se tiene un punzón térmico en la cuchilla que puede desplazarse axialmente respecto al mismo. De este modo, cuando la banda de material (para inserciones) se coloca entre la cuchilla y la matriz de corte, se troquela en primer lugar la inserción (entre la cuchilla y la matriz de corte) y, acto seguido y sin almacenamiento intermedio y sin un enorme desplazamiento o efecto similar, mediante un simple movimiento lineal de elevación se coloca la inserción directamente sobre la segunda banda de material situada por encima, a la que queda unida gracias al proceso de sellado térmico. Finalmente, la banda de material con inserciones puede transformarse para adquirir la forma deseada, por ejemplo de cápsula de café, lo que tiene lugar en combinación con otro proceso de troquelado de la segunda banda de material.

Si se desea fabricar eficazmente y en paralelo un gran número de inserciones y sus respectivas cápsulas de café, puede resultar conveniente distribuir múltiples matrices de corte en un primer plano, colocar en un segundo plano la correspondiente cantidad de cuchillas y mover ambos planos de manera sincronizada durante el proceso de troquelado.

Otras formas de realización preferentes del dispositivo según el invento se describen en las reivindicaciones dependientes.

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Breve descripción de las figuras

A continuación, el invento se describirá en mayor detalle gracias a los ejemplos de realización ilustrados en las figuras siguientes:

En la figura 1 se muestra una sección axial (y parcial) de una troqueladora según el invento; en la mitad derecha, la troqueladora se representa en estado abierto, mientras que en la izquierda en estado cerrado; simultáneamente, la inserción se fija sobre una segunda banda de material;

En la figura 2 se muestra una sección axial (y parcial) análoga a la figura 1 de otro ejemplo de realización de una troqueladora;

En la figura 3 se muestra una vista esquemática de una troqueladora según la figura 1 ó 2, de tal modo que se han dispuesto varios dispositivos de troquelado en paralelo;

En la figura 4 se muestra una vista esquemática según la figura 3, donde el patrón de troquelado y las acotaciones se representan en detalle.

Realización del invento

En la figura 1 se muestra una sección axial (y parcial) de una troqueladora según un primer ejemplo de realización. La troqueladora está situada sobre una placa base 1, de la que surgen dos columnas guía 2. Normalmente, una troqueladora cuenta con cuatro de dichas columnas 2, aunque muchas de ellas pueden ser estructuradas con tan sólo 1 del grupo de cuatro columnas guía 2 (compárese con las figuras 3 y 4). Instalados en una posición fija respecto a la placa base 1 y las columnas guía 2 se encuentran tanto la placa de cubierta 4 como el soporte de la matriz 11, situada por debajo de ésta última. La placa de cubierta 4 y el soporte de la matriz 11 pueden fijarse a las columnas guía 2, aunque también pueden estar fijadas a otros dispositivos de fijación.

La troqueladora descrita en el marco del presente ejemplo de realización ha sido proyectada, entre otras cosas, para troquelar, en un primer paso, una inserción 39 a partir de una banda de material 26 y, a continuación, depositarla directamente sobre la banda de material (para recipientes) 27. Para garantizar dicha transferencia directa, la banda de material 27 se sitúa por encima del soporte de la matriz 11, sobre el cual se apoya en cierto modo. Bajo el soporte de la matriz se coloca la banda de material (para inserciones) 26.

Al fin y al cabo, de lo que se trata es de colocar inserciones sobre la banda de material (para recipientes) y 20 para a continuación, en un proceso de acabado independiente del troquelado anterior, fabricar cápsulas de café a partir de la banda de material (para recipientes) en un proceso de transformación.

Los elementos móviles de la troqueladora están situados bajo el soporte de la matriz 11. Para poder representar los pasos individuales del proceso en una única figura, la troqueladora se ha representado en la parte derecha en estado abierto y en la parte izquierda en estado cerrado, colocando directamente la inserción sobre la lámina 27, es decir, sobre la banda de material (para recipientes). Los elementos móviles de las troqueladoras incluyen un soporte inferior 5, el cual puede desplazarse verticalmente a lo largo de las columnas guía 2 gracias a la palanca acodada 24.

El siguiente elemento móvil que debe mencionarse es el soporte superior 6 que, análogamente, puede deslizarse verticalmente a lo largo de las columnas guía 2. Además, el soporte superior 6 sólo puede moverse hasta cierto punto respecto a la posición del soporte inferior 5, siendo dicha movilidad relativa entre ambos elementos de crucial importancia para el funcionamiento del proceso de troquelado.

El soporte superior 6 está unido de forma móvil con el soporte 5 mediante una barra central 10. Dicha barra central 10, situada en paralelo a las columnas guía 2, está fijada al soporte superior 6 y, mediante un soporte guía 7 -en el que hay instalado un cojinete liso 9- se une al soporte 5 de manera móvil. La máxima distancia entre el soporte superior 6 y el soporte inferior 5 viene determinada por la tuerca 30. Dicha distancia máxima viene forzada por, como mínimo, un muelle de compresión 23. En otras palabras, el plano superior 6 sólo puede acercarse al plano inferior 5 actuando contra la fuerza del mecanismo del muelle 23. Dicho acercamiento, además, está limitado: el tope se alcanza cuando la barra central 10 -o la tuerca 30- entra en contacto con la superficie del soporte 5.

En la cara superior del soporte 6 se ha instalado un aislamiento 12, sobre el cual descansa un cuerpo de bobina 13. Dentro de éste se sitúa una bobina eléctrica 14, la cual sirve para atraer inductivamente la cuchilla anular 16 situada por encima del cuerpo de bobina 13. Para controlar la temperatura de la cuchilla anular 16 se añade un sensor de temperatura 29. La cuchilla anular 16 está unida al cuerpo de bobina 13 mediante una junta de unión 15.

La cuchilla anular 16 se ha diseñado, a grandes rasgos, como una corona cilíndrica cuya superficie exterior situada frente a la matriz de corte, la superficie de corte 44, está diseñada de forma cónica, es decir, formando una especie de "punta de corte". La superficie de corte 44 forma con el eje de la cuchilla anular 16 un ángulo de 30-45º. La punta de corte de la cuchilla anular 16 se ajusta al diámetro interior de la matriz de corte 20 fijada al soporte de matriz 11. La matriz de corte 20, al igual que la cuchilla anular 16, está fabricada con un metal endurecido; además, es sustituible y se ha diseñado en forma de corona circular. La matriz de corte 20 cuenta asimismo con una abertura cilíndrica central, cuyo diámetro es aproximadamente 2/10 mm mayor que el diámetro de la punta de corte de la cuchilla anular 16. Cuando la cuchilla anular 16 y la matriz de corte 20 se aproximan entre sí, la primera se introduce ligeramente en la segunda, de modo que el material que debe cortarse y separarse se ve sometido, por un lado, a la acción de la punta de corte y, por otro, queda fijada entre la superficie de corte 44 y el borde interior de la matriz de corte 20, por lo que puede ser separada.

En el interior de la cuchilla anular 16, es decir, en el diámetro central de la troqueladora, se sitúa asimismo un punzón de plástico 17 y un pistón 21, el cual también es móvil en dirección vertical. En su lado inferior, el pistón 21 está encajado en el cojinete liso del soporte guía 7 del soporte inferior 5. Apoyándose en el tope de la tuerca 25, el pistón 21 está arriostrado hacia arriba mediante el muelle de compresión 22, es decir, el pistón 21 sólo puede ser empujado hacia abajo venciendo la fuerza del muelle de compresión 22 y contra el soporte 25. En la zona de la cuchilla anular 16, concretamente en la cabeza del pistón, se sitúa el punzón 17, el cual está unido de forma fija al pistón 21. El punzón 17 cuenta con un resalte en la zona de la cuchilla anular 16 que encaja con el correspondiente resalte formado por el cuerpo de la bobina 13 y la cuchilla 16, de tal modo que la unidad formada por el punzón 17 y el pistón 21 sólo puede desplazarse hacia arriba hasta que alcanza dicho resalte en el soporte superior 6. En la configuración abierta de la troqueladora mostrada en la mitad derecha de la figura, el punzón 17 se ajusta con la tuerca 25 de tal manera que el plano superior del punzón 17 coincide aproximadamente en un mismo plano con la punta de corte de la cuchilla 16.

En el interior del pistón 21 y, especialmente, en el interior del punzón 17, se prevé un sistema de conducciones que, gracias a la conexión de vacío 28 situada en el lado inferior del pistón 21, actuará como sistema de vacío. Las conducciones de vacío desembocan en la superficie interna (superior) del punzón 17, concretamente en pequeños orificios, que sirven para sujetar la inserción troquelada 39 durante su transporte hacia la banda de material 27 (para recipientes), situada más arriba.

Directamente por encima de la matriz de corte 20 y entre el soporte de la matriz 11 y la placa de cubierta 4 se sitúa el foco de calor 18, coaxial a los elementos móviles de la troqueladora ya descritos y situados más abajo. Dicho foco de calor 18 está fijado a la placa de cubierta 4 mediante un aislante 19. Esencialmente, el foco de calor 18 está diseñado como un punzón cilíndrico que se mantiene eléctricamente a una temperatura tal que permite la unión de la inserción 39 y la banda de material 27. El foco de calor 18 se sitúa por encima de la banda de material 27, de tal modo que ambas piezas distan 1/2 mm aproximadamente.

Los elementos individuales soporte inferior 5, soporte superior 6, así como el pistón 21 -con el punzón 17 fijado a él- son, en otras palabras, ajustables entre sí y móviles los unos respecto a los otros; dicha movilidad se describirá a continuación en base a la descripción del modo de funcionamiento durante un proceso de troquelado.

Tal y como ya se ha mencionado, en la parte derecha de la figura se representa una troqueladora en estado abierto. En dicho estado abierto, la cuchilla anular 16 está separada de la matriz de corte 20.

Entre ambos elementos se sitúa la banda de material 26 (para inserciones), preferentemente de modo que no esté en contacto ni con la matriz de corte 20 ni con la cuchilla 16. La banda de material en este caso será una banda de no tejido de poliuretano de Estane® con una masa superficial de 50 gramos por metro cuadrado.

Por encima del soporte de la matriz 11 se introduce una lámina de sellado 27 sobre la banda de material (para recipientes). Se trata de una banda metálica, por ejemplo de aluminio, que ya cuenta con un revestimiento que permite colocar y fijar simultáneamente las inserciones 39 sobre la banda de material 27 gracias a un sencillo calentamiento local (normalmente, el revestimiento es un lacre sensible al calor de base acrílica).

El revestimiento debe estar disponible, al menos, sobre el lado de la banda de material (para recipientes) 27 opuesto al foco de calor 18. La banda de material 27 se sitúa a una cierta distancia del foco de calor 18, concretamente a una distancia de al menos 1/2 mm.

Una vez la banda de material para recipientes 27 y la banda de material para inserciones 26 han alcanzado las posiciones deseadas, toda la unidad se eleva gracias a la palanca acodada, tal y como se representa en la parte derecha de la figura 1. Tras el correspondiente desplazamiento, en primer lugar entrarán en contacto la cuchilla anular 16 (y, en su caso, la superficie del punzón de sellado 17) y la banda de material (para inserciones) 26. Dado que la banda de material 26 es flexible, a medida que el punzón 17 y la cuchilla 16 se siguen desplazando, la banda se ve presionada hacia arriba y finalmente contra la matriz de corte 20. En el momento en el que la banda de material (para inserciones) 26 queda presionada entre la cuchilla 16 y la matriz de corte 20, tiene lugar una separación de la banda de material por formación de la inserción 39. Dicha separación tiene lugar, por un lado, debido al efecto mecánico de separación entre la cuchilla 16 (respectivamente, la superficie de corte 44) y la matriz de separación 20. Por otro lado, y según el invento, existe otro efecto que contribuye a la separación: el calentamiento de la cuchilla anular 16. Al menos en el momento del troquelado, la cuchilla anular 16 debe mantenerse a una temperatura de entre 75 y 90ºC (o superior); análogamente, las fibras finas que no pueden separarse suficientemente mecánicamente, lo hacen mediante la acción del calor.

Tras haberse consumado el contacto entre la cuchilla 16 y la matriz de corte 20, el soporte superior 16 queda en una posición fija respecto al soporte de la matriz 11. Dado que ahora la palanca acodada 24 sigue presionando hacia arriba al soporte 5 en contra de la fuerza del muelle 23, el pistón 21, así como el punzón de sellado 17 situado en su extremo -sobre el cual está fijada la inserción 39 ya despegada-, son desplazados a través de la abertura central de la cuchilla anular 16 y a través de la abertura central de la matriz de corte 20 hacia la banda de material (para recipientes) 27. Ésta es presionada contra el foco de calor 18 gracias a la fuerza del punzón 17, momento que se representa en la parte izquierda de la figura 1. El foco de calor 18, que se mantiene a una temperatura de aproximadamente 160ºC -aunque depende del punto de fusión del material de sellado-, comienza a ejercer sus efectos: se presiona y calienta la inserción situada entre el punzón 17 y la banda de material para recipientes 27 -y el foco de calor 18-, de tal modo que el revestimiento sobre la banda de material 27 comienza a fundirse, al menos parcialmente, generando una unión fija entre la inserción y la banda de material para recipientes 27. La presión necesaria viene determinada por el muelle de compresión 22. En esta posición, la palanca acodada está extendida y una rotación adicional provoca de nuevo un movimiento de separación de la troqueladora. Así pues, la banda de material para recipientes 27 y la banda para inserciones 26 pueden desplazarse hasta la siguiente posición solicitada.

Otro ejemplo de realización de un dispositivo troquelador se muestra en la figura 2, en la que se han mantenido las denominaciones de las piezas. Por este motivo, sólo se comentarán las diferencias existentes entre las configuraciones de ambas figuras. En este caso, el soporte de matriz 11 y la placa de cubierta 4 no están fijados a las columnas guía 2, sino a otras columnas de soporte 33. Las columnas guía 2 están limitadas en su parte superior por una placa de cubierta 34, sobre la que habitualmente se coloca la banda de material 26. Como ya se comentó anteriormente, la cuchilla anular 16 y la matriz de corte 20 han sido diseñadas para poder ser sustituidas en caso de desgaste. La placa de cubierta 4 y el soporte de matriz 11 son basculantes alrededor de los ejes de rotación 31 y 32, respectivamente. De este modo facilitan, por un lado, la sustitución de la cuchilla 16 y la matriz de corte 20 y, por otro, permite ajustar la colocación de la banda de material (para inserciones) 26.

En la figura 3 se muestra una vista de un dispositivo en el que se troquelan simultánea y sincronizadamente 8 inserciones 39 a través de 8 dispositivos troqueladores (troqueladoras como las representadas en las figuras 1 y 2). En la figura 3 puede observarse el modo en que la banda de material (para recipientes) 27 es transportada en una primera dirección de avance 35 principal; también se observa que la banda de material (para inserciones) 36 se mueve en una segunda dirección de avance 36 principal, la cual es perpendicular a la primera dirección de avance 35. Además, dos bandas de material (para inserciones) 40 y 41 se introducen paralelas entre sí y se recogen según un determinado patrón (véase la figura 4). En relación con el procedimiento para el tratamiento secuencial de las posiciones de troquelado individuales en la banda de material (para inserciones) 40, remítase al procedimiento descrito en detalle en el documento CH-0739/03. En la figura 3 también puede observarse el correspondiente diámetro 38, que al final del proceso de transformación conduce a la formación de las cápsulas de café. Una vez se ha procesado una parte de la primera banda de material 40, ambas bandas de material para inserciones se trasladan a una segunda posición, de tal modo que la banda de material 41 situada directamente bajo ella queda lista para la siguiente secuencia de troquelado, mientras que la primera banda de material 42, situada en una posición superior, puede desplazarse en la dirección 36.

Las particularidades de este procedimiento se representan esquemáticamente en la figura 4. En la parte superior puede verse la banda de material (para recipientes) 27, completamente recubierta con inserciones 39; la banda de material 27, con una anchura de aproximadamente 469 mm, puede cubrirse con un máximo de 39 inserciones cuando la utilización de la superficie es máxima (el diámetro 38 es de 63,5 mm). Esto se consigue a través del patrón de desplazamiento, indicado mediante la sucesión de cifras señalada en la banda de material (para inserciones) 43 y, simultáneamente, la utilización óptima del material de la banda para inserciones 43. Los centros de las inserciones 39 en la banda de material para inserciones 43 están separados entre sí una distancia g = 24,75 mm en la dirección de avance 35 y una distancia d = 28,58 mm en la dirección de avance 36. Los ejes de cada dispositivo troquelador están separados una distancia f = 99 mm en la dirección de avance 35 y una distancia e = 114,32 mm en la dirección de avance 36; los dispositivos troqueladores están distribuidos simétricamente. Las bandas de material para inserciones tienen una anchura de b = 204 mm, mientras que la anchura c disponible para ambas bandas 42 y 43 es de 706,25 mm.

El procedimiento empleado permite realizar 85 operaciones de troquelado por minuto.

Lista de símbolos

1.: Placa base

2.: Columna guía

3.: Conducción de vacío

4.: Placa de cubierta

5.: Soporte inferior

6.: Soporte superior

7.: Soporte guía

8.: Guía del muelle

9.: Cojinete liso

10.: Barra central

11.: Soporte de la matriz

12.: Aislante (material)

13.: Cuerpo de la bobina

14.: Bobina eléctrica

15.: Junta de unión

16.: Cuchilla anular

17.: Punzón de sellado

18.: Foco de calor (para sellado)

19.: Fuente de calor

20.: Matriz de corte

21.: Pistón

22.: Muelle de compresión (para el sellado)

23.: Muelle de compresión (para el corte)

24.: Palanca acodada

25.: Tuerca de ajuste

26.: No tejido filtrante, banda de material (para inserciones)

27.: Lámina de sellado, banda de material (recipientes)

28.: Conexión de vacío

29.: Sensor de temperatura

30.: Tuerca de ajuste

31.: Eje de rotación para 4

32.: Eje de rotación para 11

33.: Columna de soporte

34.: Placa de cubierta

35.: Dirección de avance de 27

36.: Dirección de avance de 26

37.: Diámetro de la inserción

38.: Diámetro del material para recipientes en la banda de material

39.: Inserción

40.: Primera banda de material para inserciones (activa)

41.: Segunda banda de material para inserciones (pasiva)

42.: Primera banda de material para inserciones (activa)

43.: Segunda banda de material para inserciones (pasiva)

44.: Superficie de corte de 16

45.: Abertura de troquelado de 20.

Claims

1. Procedimiento para troquelar inserciones (39) a partir de una banda de material para inserciones (26) no tejido, de tal modo que, en una primera etapa, la banda de material (26) se coloca entre una matriz de corte (20) -que presenta una abertura de troquelado (45)- y una cuchilla (16) -que presenta una superficie de corte (44)- situada en la zona de troquelado y que concurre con la abertura de troquelado (45) y, en una segunda etapa, la matriz de corte (20) y la cuchilla (16) se colocan en una dirección esencialmente perpendicular a la superficie de la banda de material (26) y de tal modo la una respecto a la otra que la cuchilla (16) se introduce parcialmente en la abertura de troquelado (45) de la matriz de corte (20) y la banda de material (26) que queda situada entre medias se separa al formarse la inserción (39), de tal modo que la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (20) se mantienen a una temperatura tal que tiene lugar una fusión -al menos parcial- del material de la inserción, caracterizado por el hecho de que la cuchilla (16) está diseñada como cuchilla anular, presentando una abertura en la superficie de corte (44) a través de la cual se introduce un punzón (17) perpendicular a la banda de material (26)y, en un tercer paso, el punzón (17) desplaza la inserción (39) a través de la abertura de troquelado (45) de tal modo que queda depositada sobre una segunda banda de material (27).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la banda de material para inserciones (26) es de un no tejido de poliuretano, preferentemente un poliuretano termoplástico de base poliéster o poliéter, en cuyo caso resulta especialmente favorable que la temperatura de la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (20) se mantenga entre los 75ºC y los 90ºC.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que el no tejido de poliuretano posee una permeabilidad al aire superior a 300 l/m^{2}/s y un tamaño de poros de entre 10 y 40 \mum, preferentemente con un grosor que oscile entre los 0,1 y 0,3 mm.

4. Procedimiento según alguna de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la matriz de corte (20) cuenta con una abertura de troquelado (45) esencialmente cilíndrica -preferentemente una corona cilíndrica-, de modo que la superficie de corte (44) de la cuchilla (16) forma con el eje del cilindro un ángulo agudo, preferentemente de entre 30º y 60º.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la inserción (39) es desplazada a través de la abertura de troquelado (45) entrando en contacto con la segunda banda de material (27) de tal modo que, preferentemente, la inserción (39) quede unida a la segunda banda de material (27).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la inserción (39) queda unida a la segunda banda de material (27) en un proceso de unión térmico y, preferentemente, se situará una fuente de calor para sellado (18) en el lado de la segunda banda de material (27) opuesto al de la inserción (39), manteniéndose dicha fuente de calor a una temperatura tal que activará el material de sellado situado en la cara de la segunda banda de material (27) que está en contacto directo con la inserción (39).

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (27) se mantienen a la temperatura deseada de manera inductiva y de modo que, como muy tarde en el momento en que entran en contacto la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (20), se haya alcanzado la temperatura deseada, que oscila preferentemente entre 50 y 150ºC, e idealmente entre 75 y 100ºC.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores para fabricar recipientes en forma de copa provistos de una inserción (39), caracterizados por el hecho de que las inserciones (39) se troquelan antes de darle la forma definitiva al recipiente; por el hecho de que las inserciones se sitúan en aquellos lugares del recipiente que sufrirán un proceso de acabado en una etapa posterior; y por el hecho de que, finalmente, los recipientes en forma de copa (39) se troquelan a partir de una banda de material para recipientes (27) y sufren un proceso de transformación en el que adquieren forma de copa, de modo que, preferentemente, en una sola etapa se troquelan entre 6 y 12 inserciones (39), e idealmente 8.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que los recipientes en forma de copa son cápsulas de café en polvo.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado por el hecho de que las inserciones (39) se troquelan a partir de una banda de material para inserciones (26), y por el hecho de que dicha banda (26) y la banda de material para recipientes (27) se ponen en contacto de tal modo que las inserciones (39), tras su troquelado, se sitúan directamente sobre o bajo la banda de material para recipientes (27) y quedan unidas a la misma.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 8 a la 10, caracterizado por el hecho de que las inserciones (39) se troquelan mediante un dispositivo troquelador a partir de una banda de material para inserciones (26) y según las posiciones de troquelado predeterminadas por el patrón, y por el hecho de que las inserciones troqueladas (39) son colocadas en las posiciones -especificadas asimismo en el patrón- situadas en la banda de material para recipientes (27), la cual, al menos en los alrededores del dispositivo troquelador, se superpone con la banda de material para inserciones (26) en la zona de trabajo, de tal modo que, al final del proceso, se obtienen los recipientes a partir de la banda de material para recipientes (27), concretamente en la zona de las posiciones, y de tal modo que, y de un modo especialmente preferente, la banda de material para inserciones (26) y el dispositivo troquelador se muevan relativamente entre sí -entre los pasos sucesivos marcados por los patrones de troquelado y al menos en una parte de los pasos de desplazamiento- y en direcciones perpendiculares entre sí, es decir, el dispositivo troquelador en una dirección (35) ortogonal a la dirección de desplazamiento (36) de la banda de material para inserciones (26).

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que varios patrones de troquelado se llevan a cabo a lo largo de la dirección (35) perpendicular a la dirección de desarrollo (36) de la banda de material para inserciones (26), antes de que el dispositivo troquelador y la banda de material para inserciones (26) se muevan relativamente entre sí en la dirección de desarrollo (36).

13. Procedimiento según las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado por el hecho de que en la dirección (35) perpendicular a la dirección de desarrollo (36) de la banda de material para inserciones (36) se troquelan más patrones sucesivos que en la dirección de desarrollo (36), de tal modo que, preferentemente, se troquelan simultáneamente múltiples inserciones (39) de un patrón en la dirección (36) de la banda de material para inserciones (26), esencialmente de manera sucesiva, y, en su caso, en la dirección perpendicular a la dirección de avance de la banda de material para inserciones (26).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 8 a la 13, caracterizada por el hecho de que los patrones de troquelado se ejecutan alternativamente al menos sobre dos bandas de material para inserciones (42, 43).

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por el hecho de que la segunda banda de material para inserciones que debe troquelarse se mueve a lo largo del área de trabajo.

16. Dispositivo para troquelar inserciones (39) a partir de una banda de material (26) no tejido que incluye una matriz de corte (20) con una abertura de troquelado (45) y una cuchilla (16), elementos entre los cuales se procede a la separación de la banda de material para inserciones (26), de modo que la cuchilla (16) cuenta con una superficie de troquelado (44) que, en la zona de troquelado, concurre con la abertura de troquelado (45), y de modo que la matriz de corte (20) y la cuchilla (16) se colocan en una dirección esencialmente perpendicular a la superficie de la banda de material para inserciones (26), lo cual permite que puedan desplazarse la una hacia la otra, de manera que la cuchilla (16) se introduce -al menos parcialmente- en la abertura de troquelado (45) de la matriz de corte (20), y la banda de material (26) que queda situada entre medias se separa al formarse la inserción (39), de tal modo que gracias a los medios (13,14) la cuchilla (16) y/o la matriz de corte (20) se mantienen a una temperatura tal que tiene lugar una fusión -al menos parcial- del material de la inserción, caracterizado por el hecho de que la cuchilla (16) se diseña como cuchilla anular, presentando dicha cuchilla una abertura en la superficie de corte (44) a través de la cual se introduce un punzón (17) perpendicular a la superficie de la banda de material para inserciones (26), y por el hecho de que el punzón (17) se diseña de tal modo que empuja la inserción a través de la abertura de troquelado (45) inmediatamente después del proceso de troquelado, teniendo lugar la evacuación mediante un movimiento lineal y colocando la inserción (39) sobre una segunda banda de material (27).

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado por el hecho de que la matriz de corte (20) presenta una abertura de troquelado (45) esencialmente cilíndrica -idealmente una corona cilíndrica- y la superficie de corte (44) de la cuchilla (16) forma un ángulo agudo con el eje del cilindro, preferentemente entre 30º y 60º.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 16 ó 17, caracterizada por el hecho de que se han previsto medios (18) gracias a los cuales puede unirse la inserción (39) con la segunda banda de material (27).

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado por el hecho de que los medios (18) que sirven para unir la inserción (39) a la segunda banda de material (27) en un proceso de sellado térmico consisten en un foco de calor, de tal modo que resulta especialmente recomendable situar el foco de calor (18) en el lado de la segunda banda de material (27) opuesto a la inserción (39) y, además, el foco de calor (18) se mantendrá a una temperatura tal que posibilite la activación del material de sellado, que estará situado en el lado de la segunda banda de material (27) opuesto a la inserción.

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 ó 19, caracterizado por el hecho de que está diseñado para fabricar recipientes en forma de copa dotados con una inserción (39), como es el caso de las cápsulas de café en polvo, de modo que el dispositivo incluye una banda de material para las inserciones (26), una banda de material para los recipientes (27) -que se superpone con la primera en el área de trabajo- y un dispositivo troquelador situado en el área de trabajo, de tal forma que mediante estos tres elementos, las inserciones (39) se troquelan en las posiciones de troquelado -definidas previamente mediante un patrón- y se colocan sobre los puntos -predeterminados asimismo por el patrón- de la banda de material para los recipientes (27), de tal modo que, preferentemente, se dispone de un dispositivo de avance gracias al cual el dispositivo troquelador y la banda de material (para inserciones)
(26) son impulsados el uno hacia el otro y de manera móvil -al menos durante una parte del tramo de desplaza-
miento- esencialmente en transversal a la dirección (36) de la banda de material (27).

21. Dispositivo según la reivindicación 20, caracterizado por el hecho de que la trayectoria (36) de la banda de material para inserciones (27) transcurre, esencialmente, perpendicular a la trayectoria (35) de la banda de material para recipientes (27).

22. Dispositivo según la reivindicación 20 ó 21, caracterizado por el hecho de que se prevén dos bandas de material para inserciones (27) esencialmente paralelas y, preferentemente, situadas la una junto a la otra.

23. Dispositivo según la reivindicación 22, caracterizado por el hecho de que ambas bandas de material para inserciones (27) han sido colocadas y diseñadas en la dirección de la trayectoria e independientes entre sí.

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones de la 18 a la 23, caracterizado por el hecho de que el punzón de sellado (17) cuenta con medios (3) -especialmente con medios para crear una presión negativa- mediante los cuales puede mantenerse la inserción (39) pegada al punzón de sellado (17) entre la troqueladora y la segunda banda de material (27).

25. Dispositivo según una de las reivindicaciones de la 18 a la 24, caracterizado por el hecho de que la matriz de corte (20) se sitúa en un primer plano estacionario, situando por encima del mismo la segunda banda de material (27) y, por encima de la segunda banda (27), el foco de calor para sellado (18), y por el hecho de que por debajo del primer plano estacionario se sitúa una cuchilla (16) -diseñada como cuchilla anular (16)- perpendicular a dicho plano y móvil respecto a él, teniendo un punzón térmico (17) en la cuchilla anular (16) que puede desplazarse axialmente respecto al mismo.

26. Dispositivo según una de las reivindicaciones de la 16 a la 25, caracterizado por el hecho de que, en un primer plano, se colocan varias matrices de corte (20) y, en un segundo plano, la correspondiente cantidad de cuchillas (16), y por el hecho de que el primer y segundo plano se mueven sincronizadamente el uno respecto al otro durante el proceso de troquelado.