ITPR20130105A1 - Dispositivo di riempimento di un recipiente e macchina di riempimento - Google Patents
Dispositivo di riempimento di un recipiente e macchina di riempimentoInfo
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“DISPOSITIVO DI RIEMPIMENTO DI UN RECIPIENTE E MACCHINA DI
RIEMPIMENTO”
La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di riempimento di un recipiente ed una macchina di riempimento.
Il settore di riferimento è l’imbottigliamento di prodotti alimentari cosiddetti “sensibili”, prodotti cioè che risultano essere particolarmente sensibili alla contaminazione batteriologica ed all’ossidazione, quali ad esempio bevande isotoniche, succhi, nettari, soft drinks, tè, bevande a base latte, bevande a base di caffè, ecc., per i quali diventa fondamentale evitare, durante tutte le fasi di confezionamento, eventuali contaminazioni microbiologiche.
Sono già note linee di confezionamento impieganti la tecnologia asettica, in cui le diverse operazioni avvengono in un ambiente a contaminazione controllata, per cui i prodotti imbottigliati si conservano per un periodo di tempo prolungato e presentano stabilità chimico-fisica e organolettica anche a temperatura ambiente.
In generale, una linea di confezionamento in asettico prevede:
- sterilizzazione del prodotto di riempimento;
- sterilizzazione dei contenitori;
- sterilizzazione delle chiusure o capsule;
- sterilizzazione dell’ambiente in cui avvengono riempimento e capsulatura e mantenimento delle condizioni di sterilità per tutto il periodo di produzione.
La Richiedente ha recentemente sviluppato un impianto per produrre e riempire contenitori in cui tutte le unità di lavorazione (unità di sterilizzazione delle preforme, unità di formatura, di riempimento, di tappatura, ecc.) sono protette da corrispondenti isolatori atti a definire altrettanti ambienti a contaminazione controllata, mentre i mezzi per movimentare gli organi di manipolazione di preforme e contenitori sono situati all’esterno degli isolatori stessi (brevetto europeo EP2279850).
L’invenzione qui proposta si concentra sull’apparato di riempimento e dosatura in asettico del prodotto fluido.
In caso di elevate cadenze produttive, gli apparati di riempimento presentano un’architettura rotativa, con una pluralità di rubinetti o valvole di riempimento disposte sulla circonferenza primitiva.
Tra gli apparati di riempimento noti, si deve innanzi tutto fare una distinzione in funzione della tipologia di prodotto:
- apparati di riempimento dei cosiddetti prodotti “piatti”, cioè prodotti privi di anidride carbonica;
- apparati di riempimento di prodotti gassati, cioè prodotti contenenti anidride carbonica.
Generalmente, il riempimento di prodotti piatti avviene mantenendo distanziata la valvola di riempimento rispetto all’imbocco del recipiente in modo tale da evitare eventuali contaminazioni del recipiente dovute al contatto con la valvola stessa, e facendo fluire il prodotto nel centro del recipiente (riempimento “dal centro”).
Al contrario, il riempimento di prodotti gassati avviene quasi sempre ponendo a contatto la valvola di riempimento con il recipiente. Infatti, il metodo di riempimento dei prodotti gassati prevede una fase di pressurizzazione del recipiente conseguita mediante chiusura ermetica dell’imbocco ad opera della valvola di riempimento.
D’altra parte, la presenza di anidride carbonica rende i prodotti gassati meno sensibili di quelli piatti, quindi più difficilmente contaminabili.
Un vincolo nel riempimento di prodotti gassati è ridurre o evitare la formazione di schiuma. A tale scopo, alcune soluzioni note impiegano tecniche cosiddette di “deflessione” del flusso. Ad esempio, la deflessione può essere ottenuta tramite deflettori – cioè protuberanze– che impongono al flusso di aprirsi “ad ombrello”, per cui il prodotto viene convogliato sulle pareti interne del recipiente, mentre l’evacuazione dell’aria avviene dal centro del recipiente stesso. L’impiego di deflettori riduce la turbolenza del fluido durante il riempimento, limitando quindi la produzione di schiuma.
Il principale svantaggio dei deflettori è legato al cambio formato: per ottenere una buona deflessione, le protuberanze o denti devono essere posizionate in corrispondenza della zona di raccordo tra il corpo della bottiglia ed il collo. La collocazione dei deflettori è quindi variabile in funzione del formato del recipiente/bottiglia.
In alternativa, la deflessione può essere ottenuta mediante eliche ricavate all’interno della valvola di riempimento. Le eliche, lambite dal prodotto, ne determinano la rotazione creando così un flusso rotante che viene convogliato sulle pareti interne del recipiente. L’evacuazione dell’aria avviene anche in questo caso dal centro del recipiente. L’impiego di eliche risolve il problema di cambio formato.
In alcune linee di imbottigliamento asettico vi è la necessità di riempire sia prodotti piatti che prodotti gassati. Nel passare da una tipologia di prodotto all’altro, si rende dunque necessario effettuare interventi manuali volti a convertire il rubinetto in modo tale da poter dispensare il prodotto desiderato. Per non compromettere la sterilità, tali interventi vanno effettuati mediante guanti di manipolazione, il cui uso è notoriamente poco agevole e quindi più dispendioso in termini di tempo.
Inoltre, la componentistica impiegata per convertire il rubinetto è collocata in un’area di stoccaggio situata all’interno dell’ambiente sterile della riempitrice: infatti, tale componentistica è sterilizzata prima dell’inizio della produzione, insieme alla macchina stessa. Spesso, l’area di stoccaggio è difficilmente accessibile mediante i guanti di manipolazione, pertanto le operazioni di intervento richiedono tempi piuttosto lunghi.
D’altra parte, qualora si dovesse intervenire aprendo la porta di accesso dell’isolatore (ad esempio nell’impianto secondo EP2279850), si perderebbe la sterilità, che andrebbe ripristinata al termine delle operazioni, con evidente dispendio di tempi dovuto al fermo della linea. Il documento EP1411023 propone un riempimento “dal centro” sia per prodotti piatti che gassati, mentre l’evacuazione dell’aria avviene tramite un condotto laterale.
In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un dispositivo di riempimento di un recipiente ed una macchina di riempimento, che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.
In particolare, è scopo della presente invenzione rendere disponibile un dispositivo di riempimento di un recipiente, che sia “universale”, cioè impiegabile per dispensare sia prodotti piatti sia prodotti gassati senza dover effettuare alcun intervento di adattamento manuale.
Altro scopo della presente invenzione è proporre un dispositivo di riempimento di un recipiente ed una macchina di riempimento che siano in grado di trattare prodotti piatti e prodotti gassati senza ridurre la produttività della linea.
Altro scopo della presente invenzione è proporre un dispositivo di riempimento di un recipiente che sia compatto e strutturalmente semplice. Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo di riempimento di un recipiente e da una macchina di riempimento, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle rivendicazioni precedenti.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un dispositivo di riempimento di un recipiente e di una macchina di riempimento, come illustrato negli uniti disegni in cui:
- le figure 1 e 2 illustrano un dispositivo di riempimento di un recipiente, secondo la presente invenzione, in due diverse configurazioni, in vista sezionata.
Con riferimento alle figure, con il numero 1 è stato indicato un dispositivo di riempimento di un recipiente 2, in particolare per bevande sensibili.
In particolare, il recipiente 2 è una bottiglia avente un corpo tubolare 2a ed un collo 2b esternamente filettato.
In particolare, il recipiente 2 è in materiale termoplastico, ad esempio PET. In alternativa, il recipiente 2 è in vetro.
Il dispositivo di riempimento 1 comprende:
- un primo passaggio 3 per il fluido di riempimento;
- una valvola 4;
- un ugello di erogazione 5 del fluido di riempimento.
La valvola 4 è operativamente attiva sul primo passaggio 3 per stabilirne la comunicazione selettiva con l’ugello di erogazione 5.
In particolare, la valvola 4 è configurabile almeno in:
- una configurazione di apertura, in cui abilita il flusso attraverso il primo passaggio 3 fino all’ugello di erogazione 5;
- una configurazione di chiusura, in cui blocca il flusso verso l’ugello di erogazione 5.
La valvola 4 comprende un corpo principale 6 ed una porzione centrale 7 situata almeno parzialmente all’interno del corpo principale 6. Preferibilmente, la porzione centrale 7 è coassiale al corpo principale 6. Preferibilmente, la valvola 4 ha uno sviluppo prevalentemente longitudinale, per cui sia il corpo principale 6 sia la porzione centrale 7 hanno sviluppo prevalentemente longitudinale.
Preferibilmente, la valvola 4 presenta una guarnizione anulare di tenuta 11 solidale al corpo principale 6.
La porzione centrale 7 presenta una estremità 7a sagomata in modo tale da convogliare il fluido verso il centro del recipiente 2. Tale estremità 7a viene qui identificata con l’espressione “estremità convogliatrice”. In particolare, l’estremità 7a convogliatrice si trova in prossimità dell’ugello di erogazione 5.
Preferibilmente, l’estremità 7a convogliatrice è assottigliata rispetto al corpo della porzione centrale 7.
Preferibilmente, l’estremità 7a convogliatrice presenta una forma sostanzialmente conica. In particolare, la superficie laterale del cono definito dall’estremità 7a convogliatrice ha un profilo concavo, cioè presenta una curvatura verso l’interno dell’estremità 7a convogliatrice. Nelle forme realizzative qui illustrate, l’estremità 7a convogliatrice presenta una punta arrotondata.
La valvola 4 comprende inoltre un organo deflettore 8 solidale alla porzione centrale 7.
In una prima forma realizzativa (non illustrata), l’organo deflettore 8 si sviluppa lungo la porzione centrale 7 e si allarga in direzione dell’estremità 7a convogliatrice.
Ad esempio, l’organo deflettore 8 consiste in una protuberanza anulare della porzione centrale 7. In particolare, la protuberanza anulare 8 e la porzione centrale 7 sono ottenute da un unico pezzo sagomato.
In una seconda forma realizzativa, illustrata nelle figure 1 e 2, l’organo deflettore 8 consiste in un’elica formata da una o più spirali. In particolare, l’elica 8 e la porzione centrale 7 sono ottenute da un unico pezzo sagomato.
In alternativa, l’organo deflettore 8 (ad esempio la protuberanza anulare oppure l’elica o eventuali altre conformazioni equivalenti) è montato solidalmente sulla porzione centrale 7.
Nella porzione centrale 7 è ricavato un secondo passaggio 9 per evacuare gas dal recipiente 2 o per pressurizzare il recipiente 2 stesso.
Sono inoltre previsti mezzi (non illustrati) per movimentare la porzione centrale 7 rispetto al corpo principale 6.
Tali mezzi movimentano la porzione centrale 7 tra:
- una prima configurazione in cui la porzione centrale 7 è ritratta nel corpo principale 6 e solamente l’estremità 7a convogliatrice sporge dal corpo principale 6 per intercettare il fluido di riempimento, mentre l’organo deflettore 8 rimane completamente all’interno del corpo principale 6 (vedasi figura 1);
- una seconda configurazione in cui la porzione centrale 7 fuoriesce almeno parzialmente dal corpo principale 6 in modo tale che l’organo deflettore 8 sporga dal corpo principale 6 per intercettare il fluido di riempimento da erogare (vedasi figura 2).
Ad esempio, i mezzi di movimentazione della porzione centrale 7 sono a comando pneumatico oppure elettrico.
Preferibilmente, nel passare dalla prima alla seconda configurazione, la porzione centrale 7 compie una escursione lineare compresa tra 5 mm e 60 mm.
Preferibilmente, in prossimità dell’ugello di erogazione 5 è presente una ulteriore guarnizione di tenuta 10.
La macchina di riempimento (non illustrata) qui proposta comprende una pluralità di stazioni di riempimento dove sono attivi i dispositivi di riempimento 1 appena descritti.
Preferibilmente, la macchina di riempimento è del tipo a giostra rotante. In alternativa, la macchina di riempimento è di tipo lineare.
Preferibilmente, la macchina di riempimento presenta un sistema centralizzato di azionamento dei mezzi di movimentazione delle porzioni centrali 7 delle valvole 8. In alternativa, in ogni stazione di riempimento è previsto un sistema dedicato di azionamento dei mezzi di movimentazione della porzione centrale 7 della corrispondente valvola 8.
Il funzionamento del dispositivo di riempimento di un recipiente, secondo la presente invenzione, è descritto nel seguito.
Innanzi tutto, si consideri il caso di fluido di riempimento piatto, cioè privo di anidride carbonica.
Giunto nella stazione di riempimento, il recipiente 2 viene a trovarsi al di sotto del dispositivo di riempimento 1, senza entrare a contatto con esso. In particolare, l’imbocco 2c del recipiente 2 è mantenuto ad una distanza prefissata dall’ugello di riempimento 5 soprastante. Preferibilmente, la distanza prefissata è compresa tra 5 mm e 40 mm.
Il fluido piatto, proveniente da mezzi di alimentazione di tipo noto (non illustrati), scende nel primo passaggio 3.
La porzione centrale 7 della valvola 4 si trova nella prima configurazione, per cui:
- solamente l’estremità 7a convogliatrice sporge dal corpo principale 6 per intercettare il fluido di riempimento;
- l’organo deflettore 8 rimane completamente all’interno del corpo principale 6.
La valvola 4, inizialmente posta nella configurazione di chiusura, si porta nella configurazione di apertura per cui abilita il flusso attraverso il primo passaggio 3 fino all’ugello di erogazione 5. A tal fine, la valvola 4 viene sollevata in modo tale che la guarnizione anulare di tenuta 11 disimpegni il primo passaggio 3 (si veda la figura 1).
In corrispondenza dell’ugello di erogazione 5, il fluido viene intercettato dall’estremità 7a convogliatrice della porzione centrale 7. Grazie alla forma conica e, in particolare, al profilo concavo, il fluido viene convogliato al centro del recipiente 2.
La dosatura del fluido può essere fatta tramite mezzi ponderali (ad esempio una cella di carico), oppure volumetrici (ad esempio un misuratore di portata magnetico) di tipo noto.
Al raggiungimento del peso o del volume desiderato, la valvola 4 ritorna nella configurazione di chiusura per cui blocca il flusso verso l’ugello di erogazione 5. In particolare, la guarnizione anulare di tenuta 11 impegna il primo passaggio 3.
Il recipiente 2 riempito è quindi pronto per essere chiuso mediante una capsula.
Si consideri ora un fluido di riempimento gassato, cioè contenente anidride carbonica.
Giunto nella stazione di riempimento, il recipiente 2 viene a trovarsi al di sotto del dispositivo di riempimento 1. Il recipiente 2 viene quindi sollevato così che l’ulteriore guarnizione di tenuta 10 faccia tenuta sull’imbocco 2c del recipiente 2.
Il recipiente 2 viene quindi pressurizzato con anidride carbonica attraverso il secondo passaggio 9. Al termine della pressurizzazione, il gas all’interno del recipiente 2 si trova alla stessa pressione del gas presente nel serbatoio contenente il fluido gassato.
La porzione centrale 7 della valvola 4 si trova nella seconda configurazione, per cui l’organo deflettore 8 sporge dal corpo principale 6 per intercettare il fluido di riempimento da erogare.
Preferibilmente, i mezzi di movimentazione della porzione centrale 7 sono azionati mediante il gas presente nel serbatoio del fluido di riempimento. La valvola 4, inizialmente posta nella configurazione di chiusura, si porta nella configurazione di apertura per cui abilita il flusso attraverso il primo passaggio 3 fino all’ugello di erogazione 5. A tal fine, la valvola 4 viene sollevata in modo tale che la guarnizione anulare di tenuta 11 disimpegni il primo passaggio 3 (si veda la figura 2).
In corrispondenza dell’ugello di erogazione 5, il fluido viene intercettato dall’organo deflettore 8.
In particolare, in caso di organo deflettore 8 consistente in una protuberanza anulare, il flusso si apre “ad ombrello” per cui il fluido viene convogliato sulle pareti interne del recipiente 2. Preferibilmente, per ottenere una buona deflessione nel caso di protuberanza anulare, quest’ultima deve collocarsi in prossimità del raccordo tra il corpo del recipiente 2a ed il collo 2b. Quindi, la porzione centrale 7 deve compiere una escursione lineare compresa tra 5 mm e 60 mm nel passaggio dalla prima alla seconda configurazione.
In caso di organo deflettore 8 consistente in un’elica (si vedano le figure 1 e 2), il fluido viene posto in rotazione proprio dall’elica stessa, per cui si crea un flusso rotante che viene convogliato sulle pareti interne del recipiente 2. Infatti, la geometria ad elica impone al fluido un moto vorticoso per cui la velocità del fluido presenta una componente tangenziale che ne permette l’adesione alle pareti interne del recipiente 2. In questo caso, è sufficiente che la porzione centrale 7 compia un’escursione lineare compresa tra 5 mm e 20 mm nel passaggio dalla prima alla seconda configurazione.
Poiché, rispetto al percorso del fluido, l’organo deflettore 8 si trova a monte dell’estremità 7a convogliatrice, il fluido viene intercettato dall’organo deflettore 8 – che lo direziona verso le pareti interne del recipiente 2 – prima di poter arrivare all’estremità 7a convogliatrice.
Durante il riempimento, il gas viene evacuato tramite il secondo passaggio 9.
La dosatura del fluido può essere fatta tramite mezzi ponderali (ad esempio una cella di carico), oppure volumetrici (ad esempio un misuratore di portata magnetico) di tipo noto.
Al raggiungimento del peso o del volume desiderato, la valvola 4 ritorna nella configurazione di chiusura per cui blocca il flusso verso l’ugello di erogazione 5. In particolare, la guarnizione anulare di tenuta 11 impegna il primo passaggio 3.
A questo punto, il recipiente 2 viene depressurizzato, cioè riportato a pressione atmosferica. Il recipiente 2 viene quindi abbassato rispetto al dispositivo di riempimento 1 ed è pronto per essere chiuso mediante una capsula.
Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo di riempimento di un recipiente e della macchina di riempimento, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.
In particolare, il dispositivo di riempimento proposto è universale, cioè in grado di dispensare sia prodotti piatti sia prodotti gassati senza dover effettuare alcun intervento di conversione/adattamento manuale.
Ciò è reso possibile dalla conformazione della porzione centrale della valvola, che reca:
- un’estremità convogliatrice, essenziale per intercettare il flusso dei prodotti piatti e convogliarlo centralmente nel recipiente, ed
- un organo deflettore, il quale viene estratto nel riempimento di prodotti gassati, imponendo a questi ultimi un allargamento del flusso verso le pareti interne del recipiente.
Rispetto al percorso del fluido, l’organo deflettore si trova a monte dell’estremità convogliatrice, tuttavia:
- nel caso di riempimento con prodotti piatti, l’organo deflettore rimane nascosto internamente alla valvola, quindi non entra in contatto col prodotto;
- nel caso di riempimento di prodotti gassati, il fluido viene intercettato dall’organo deflettore – che lo direziona verso le pareti interne del recipiente – prima di poter arrivare all’estremità convogliatrice, pur essendo questa sempre sporgente dalla valvola.
Inoltre, il montaggio scorrevole della porzione centrale rispetto al corpo principale della valvola fa sì che:
- nel riempimento di prodotti piatti non vi sia contatto tra il dispositivo di riempimento ed il recipiente, in modo tale da evitare la contaminazione di quest’ultimo;
- nel riempimento di prodotti gassati, il dispositivo di riempimento faccia tenuta sul recipiente per consentirne la pressurizzazione.
- La forma realizzativa con organo deflettore consistente in elica è ulteriormente vantaggiosa in quanto è sufficiente far compiere una escursione lineare limitata alla porzione centrale (massimo 20 mm), indipendentemente dal formato del recipiente.
Per passare da funzionamento con prodotti piatti a funzionamento con prodotti gassati è sufficiente movimentare la porzione centrale della valvola, evitando così interventi manuali a macchina ferma. La produttività della linea risulta pertanto preservata.
Il passaggio da una tipologia di funzionamento all’altro è quindi automatizzata e non richiede né l’impiego di guanti di manipolazione (scomodi) né l’apertura delle porte di accesso dell’isolatore.
Infine, la versione con sistema centralizzato di azionamento dei mezzi di movimentazione consente di ridurre ulteriormente i componenti della macchina di riempimento.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di riempimento (1) di un recipiente (2), comprendente: un ugello di erogazione (5) di fluido di riempimento; un primo passaggio (3) per il fluido di riempimento; una valvola (4) operativamente attiva su detto primo passaggio (3) per stabilirne la comunicazione selettiva con detto ugello di erogazione (5), caratterizzato dal fatto che detta valvola (4) comprende: un corpo principale (6); una porzione centrale (7) situata almeno parzialmente all’interno del corpo principale (6), detta porzione centrale (7) avendo una estremità (7a) sagomata in modo tale da convogliare il fluido verso il centro del recipiente (2), detta estremità (7a) essendo posta in prossimità di detto ugello di erogazione (5); un organo deflettore (8) solidale a detta porzione centrale (7); un secondo passaggio (9), ricavato in detta porzione centrale (7), per evacuare gas dal recipiente (2); mezzi per movimentare detta porzione centrale (7) tra una prima configurazione in cui detta porzione centrale (7) è ritratta in detto corpo principale (6) per cui solamente detta estremità (7a) sporge dal corpo principale (6) per intercettare il fluido di riempimento, detto organo deflettore (8) rimanendo completamente all’interno di detto corpo principale (6), ed una seconda configurazione in cui detta porzione centrale (7) fuoriesce almeno parzialmente dal corpo principale (6) in modo tale che detto organo deflettore (8) sporga dal corpo principale (6) per intercettare il fluido di riempimento da erogare.
- 2. Dispositivo di riempimento (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta estremità (7a) della porzione centrale (7) presenta una forma sostanzialmente conica.
- 3. Dispositivo di riempimento (1) secondo la rivendicazione 2, in cui la superficie laterale del cono definito da detta estremità (7a) ha un profilo concavo, cioè presenta una curvatura verso l’interno di detta estremità (7a).
- 4. Dispositivo di riempimento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo deflettore (8) si trova a monte di detta estremità (7a) della porzione centrale (7) rispetto al percorso del fluido nel primo passaggio (3).
- 5. Dispositivo di riempimento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto organo deflettore (8) si sviluppa lungo detta porzione centrale (7) e si allarga in direzione di detta estremità (7a) della porzione centrale (7).
- 6. Dispositivo di riempimento (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detto organo deflettore (8) consiste in una protuberanza anulare della porzione centrale (7).
- 7. Dispositivo di riempimento (1) secondo le rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto organo deflettore (8) consiste in un’elica formata da una o più spirali.
- 8. Dispositivo di riempimento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una guarnizione di tenuta (10) posta in prossimità di detto ugello di erogazione (5).
- 9. Dispositivo di riempimento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta porzione centrale (7) compie una escursione lineare compresa tra 5 mm e 60 mm nel passare dalla prima alla seconda configurazione.
- 10. Macchina di riempimento di recipienti (2) comprendente una pluralità di dispositivi di riempimento (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
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