ITMI20000622A1 - Impianto meccanico per riempire recipienti con prodotto - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Impianto meccanico per riempire recipienti con prodotto"

Riassunto del trovato

In un impianto meccanico per sterilizzare, riempire e chiudere recipienti è previsto che i dispositivi menzionati siano disposti in comune in una stazione, che, relativamente all'azionamento, è indipendente dai dispositivi per addurre e scaricare i recipienti. È possibile prevedere una pluralità di tali stazioni contenenti preferibilmente un reattore di sterilizzazione al plasma.

(Figura 1)

Descrizione del trovato

L'invenzione riguarda un impianto meccanico per riempire recipienti con prodotto,

- con dispositivi per addurre recipienti vuoti da riempire, - con dispositivi per sterilizzare i recipienti da riempire,

- con dispositivi per riempire i recipienti,

- con dispositivi per chiudere i recipienti riempiti, nonché

- con dispositivi per scaricare i recipienti chiusi.

Per impianti meccanici di questo genere esistono oggigiorno due tipi, che si distinguono in particolare relativamente alla loro geometria, e precisamente il cosiddetto riempitore lineare ed il cosiddetto riempire circolare. Nel riempitore lineare, per il quale si menziona come esempio qui il DE 4408 301 Al, i recipienti da riempire si muovono rettilinearmente attraverso l'impianto meccanico, in cui in stazioni consecutive vengono effettuate le singole fasi del processo. Il riempitore lineare di regola è concepito per produzioni relativamente piccole ed è dotato di dispositivi, con i quali contemporaneamente viene riempito un determinato numero di recipienti, ad esempio sei. Tutti e sei i recipienti in ogni istante si trovano in collegamento nella stessa posizione del ciclo del processo. Essi vengono introdotti contemporaneamente ed espulsi contemporaneamente. L'impianto meccanico opera in modo discontinuo, nell'esempio in questione con pacchetti di sei. La tipica classe di produzione di un riempitore lineare è di 6.000 fino a 12.000 recipienti all'ora. È possibile installare più impianti meccanici che quindi, eventualmente accoppiati, lavorano in parallelo. Se viene premontata una macchina operante in continuo, ad esempio una macchina lavatrice, allora è necessario un tratto di accumulo.

In un riempitore circolare, per il quale si menziona qui come esempio il DE 19719 911 Al, i recipienti da riempire girano in cerchio su una giostra. Questo cerchio è diviso in settori in cui vengono effettuate determinate fasi del processo. Le stazioni montate sul contorno del carosello si muovono consecutivamente attraverso i singoli settori. Così facendo, consecutivamente vengono percorse le singole fasi del processo. In un determinato istante lo stato di ogni stazione è dato dal settore in cui si trova momentaneamente la stazione. I riempitori circolari vengono costruiti per ogni gamma di produzione. Nella gamma di elevate prestazioni si riempiono 20.000 fino a 30.000 bottiglie all'ora, per lattine di bevande fino a 120.000 lattine all'ora. Il funzionamento è continuo.

Sia per il riempitore lineare sia anche per il riempitore circolare per ogni fase di processo si impiega una propria stazione, quando non addirittura una propria macchina, ad esempio uno sterilizzatore, un riempitore ed un chiuditore. Per riempitori circolari inoltre sono necessarie raggiere di entrate e di uscita. Ciò comporta forzatamente il fatto che in caso di avaria di una singola macchina deve star fermo tutto l'impianto.

L'invenzione si pone il compito di evitare l'inconveniente menzionato per ultimo e di realizzare un impianto meccanico per riempire recipienti, che, in primo luogo, possiede la massima libertà possibile relativamente alla capacità di potenza, rispettivamente alla potenza da installare ed è caratterizzato da particolare sicurezza di esercizio, con cui va inteso in particolare che, in caso di avaria di una macchina, non risulta contemporaneamente non in grado di funzionare l'intero impianto meccanico.

Il problema viene risolto in quanto i dispositivi per sterilizzare, i dispositivi per riempire e i dispositivi per chiudere sono disposti insieme in una stazione, che, per quanto riguarda l'azionamento, è indipendente dai dispositivi per addurre e dai dispositivi per scaricare. La sterilizzazione, il riempimento e la chiusura pertanto hanno luogo insieme in un'unica stazione. Questa stazione possiede tutti i dispositivi necessari per i processi menzionati. Una stazione di tale tipo con gli elementi funzionali necessari, e precisamente lo sterilizzatore, il riempitore, il chiuditore e in particolare anche i dispositivi di adduzione e di espulsione, costituisce quindi un modulo per il riempimento asettico a freddo. Un tale impianto meccanico grazie all'autarchia dei moduli in combinazione con la relativa chiusura ermetica nei confronti dell'ambiente circostante impone requisiti all'ambiente circostante di produzione ampiamente minori rispetto ai tipi di impianto menzionati all'inizio.

Nell'esecuzione dell'invenzione, il cuore di ogni stazione è un reattore di sterilizzazione al plasma, al quale sono associati dispositivi per riempire e chiudere i recipienti. Pertanto, a differenza di dispositivi di tale tipo, nei noti impianti meccanici si tratta di stazioni multifunzionali.

Per l'adattamento alle prestazioni richieste dell'impianto meccanico è possibile prevedere una pluralità di stazioni fra di loro in parallelo, che operano di preferenza tutte indipendentemente fra di loro. È possibile montare qualsiasi numero desiderato di stazioni. Ogni singola stazione, assolutamente a piacere, preleva un recipiente, lo sterilizza, lo riempie, lo chiude e successivamente lo espelle nuovamente. Molte stazioni di tale tipo possono essere contemporaneamente attive. È necessario provvedere unicamente ad una sufficiente adduzione e capacità di prelevamento di recipienti. Mediante un numero corrispondente di moduli costruttivamente uguali è possibile realizzare qualsiasi classe di prestazioni. Un impianto meccanico già esistente in maniera semplice, mediante applicazione di ulteriori moduli, può essere incrementato nelle sue prestazioni a seconda delle esigenze. Parimenti un impianto di elevate prestazioni, all Occorrenza, può essere suddiviso in due impianti di potenza media. Un nuovo impianto meccanico potrebbe essere dimensionato in modo flessibile, cosicché in breve tempo sono possibili adattamenti di prestazioni. La sicurezza di esercizio di un impianto meccanico di tale tipo è ottimale, poiché nel caso di una irregolarità di esercizio di una stazione oppure nel caso della sua completa avaria le stazioni rimanenti continuano a funzionare senza venire influenzate. Anche la manutenzione non disturberebbe l'esercizio quando i singoli moduli vengono successivamente sottoposti a manutenzione. Anche nel caso di un cambio di formato dei recipienti la parte di volta in volta non ancora modificata dell'impianto meccanico può proseguire la produzione. Viceversa, la produzione può iniziare già con un nuovo formato, quando non è stato ancora modificato l'equipaggiamento dell'intero impianto meccanico.

Anche se per una pluralità di stazioni queste operano di preferenza in modo autarchico è possibile tuttavia prevedere vantaggiosamente, specialmente nel caso di potenze relativamente piccole, che più stazioni siano connesse ad un dispositivo di comando in comune ed operino in modo coordinato. Ad esempio è possibile utilizzare in comune per più stazioni un generatore ad alta frequenza, necessari per il reattore di sterilizzazione al plasma, cosicché i singoli generatori ad alta frequenza producono durate d'inserimento e quindi gradi di utilizzazione il più possibile elevati. Lo stesso vale per un sistema di evacuazione, poiché i reattori di sterilizzazione al plasma di regola sono connessi ad un dispositivo del vuoto.

Nell'ulteriore esecuzione dell'invenzione, ad ogni stazione è associato un deviatoio di introduzione, collegato con i dispositivi per l'adduzione, e inoltre un deviatoio di scarico collegato con i dispositivi per lo scarico, i dispositivi per addurre i recipienti servono quindi contemporaneamente da tratto di accumulo. Rispettivamente un organo d'introduzione ed un organo di espulsione della stazione stabiliscono i collegamenti rispetto al deviatoio d'introduzione e al deviatoio di scarico.

È opportuno quando alle stazioni sono associati i dispositivi d'installazione in comune. In questi rientrano ad esempio le condutture collettrici per l'alimentazione del reattore di sterilizzazione al plasma con gas di processo oppure gas sterile nonché i dispositivi per evacuare oppure condutture ad aria compressa per azionare valvole pneumatiche e dispositivi di azionamento.

Per l'azionamento di elementi di azionamento delle singole stazioni è possibile prevedere un albero di azionamento centrale azionando di volta in volta una trasmissione interna al modulo. Ciò nonostante le singole stazioni rimangono ulteriormente del tutte indipendenti a livello di azionamento, poiché anzi le singole trasmissioni sono accoppiabili e disaccoppiabili dall'albero di azionamento. Il comando dell'impianto meccanico avviene su due piani gerarchici. Ogni stazione possiede un proprio comando che garantisce lo svolgimento vocale del processo. I comandi da parte loro comunicano con il dispositivo di comando in comune già menzionato, il quale provvede ad esempio affinché su corrispondente richiesta da parte di una stazione questa venga immediatamente connessa ad un generatore ad alta frequenza disponibile, affinché venga avviata la fase al plasma. Al termine della fase al plasma il dispositivo di comando in comune rende disponibile ad un'altra stazione questo generatore ad alta frequenza che ora si è liberato.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche dell'invenzione risultano dalla seguente descrizione di un esempio di realizzazione rappresentato schematicamente.

In particolare:

la figura 1 mostra una vista dall'alto su un impianto meccanico per riempire recipienti con materiale;

la figura 2, in sezione assiale, mostra un reattore di sterilizzazione al plasma con dispositivi associati per riempire e chiudere un recipiente.

Nell'impianto meccanico secondo la figura 1 sono rappresentate complessivamente tre stazioni 1, 2 e 3. Naturalmente si può prevedere una pluralità di ulteriori stazioni di tale tipo. Con il numero delle stazioni 1, 2 e 3 è possibile realizzare qualsiasi classe di prestazioni desiderata. Le stazioni 1, 2 e 3, come verrà descritto in seguito in base alla figura 2 ancora più dettagliatamente, contengono rispettivamente più funzioni serventi, in particolare, alla sterilizzazione, al riempimento e alla chiusura di recipienti 4. Le singole stazioni 1, 2 e 3 sono del tutto indipendenti conformemente all'azionamento. In particolare le stazioni 1, 2 e 3 contengono rispettivamente un reattore 5 di sterilizzazione al plasma che verrà ulteriormente descritto in dettaglio in seguito in base alla figura 2.

Ogni stazione 1, 2 e 3 oltre ai dispositivi indicati possiede rispettivamente anche un organo d'introduzione 6 per i recipienti 4 da trattare nonché un organo di espulsione 7 per i recipienti pronti 12. Ogni stazione 1, 2 e 3 pertanto con i dispositivi per sterilizzare, riempire e chiudere nonché con l'organo d'introduzione 6 e l'organo di espulsione 7 forma rispettivamente un modulo per un riempimento asettico a freddo.

Dispositivi 8 per addurre recipienti 4 da riempire vengono fatti passare davanti alle stazioni 1, 2 e 3 nonché davanti ad ulteriori stazioni, non rappresentate, in direzione di adduzione A. Questi dispositivi 8 servono contemporaneamente da tratto di accumulo, dal quale le singole stazioni 1, 2 e 3 di volta in volta a seconda del fabbisogno prelevano un recipiente 4.

In direzione di scarico B, in corrispondenza delle singole stazioni 1, 2 e 3 sono fatti passare anteriormente dispositivi 9 per scaricare recipienti riempiti e chiusi 12. Al rispettivo organo d'introduzione 6 delle singole stazioni 1, 2 e 3 vengono addotti recipienti 4, rispettivamente tramite un deviatoio d'introduzione 10 e dopo il riempimento e la chiusura i recipienti 12 arrivano quindi tramite un deviatoio di scarico 11 sui dispositivi 9 allo scarico.

Deve essere necessariamente garantito l'eventuale scarto di recipienti 12 in caso di errori di processo. 0 ogni stazione 1, 2, 3 ... dovrà presentare un proprio dispositivo per scartare recipienti difettosi 12, dispositivo che dovrà essere comandato su piano locale, oppure si dovranno contrassegnare recipienti difettosi 12, cosicché essi possono essere scartati mediante il dispositivo di comando 17 comune.

Nella figura 1 sono indicati anche dispositivi di installazione 13, 14 e 15, per quanto riguarda i quali può trattasi, in modo ancora da descrivere, di condutture collettrici per l'alimentazione dei reattori 5 di sterilizzazione al plasma con gas di processo e gas sterile ecc. Vantaggiosamente le singole stazioni 1, 2 e 3 sono anche raccordate ad una pompa del vuoto 16 comune. Lo stesso vale eventualmente per una conduttura di adduzione per prodotto di riempimento. I singoli dispositivi d'installazione 13, 14 e 15 possono essere quindi azionati dalla rispettiva stazione autarchica 1, 2 e 3 tramite singole valvole.

Specialmente per impianti meccanici relativamente piccoli alle singole stazioni 1, 2 e 3 può essere associato eventualmente un dispositivo di comando 17 in comune, che coordina lo svolgimento del processo. In tal modo è possibile ottimizzare i gradi di utilizzazione di dispositivi, che altrimenti non sarebbero sfruttati pienamente. Ciò vale specialmente per generatori ad alta frequenza che in modo ancora da descrivere in base alla figura 2 sono associati ai reattori 5 di sterilizzazione al plasma.

Un impianto meccanico con stazioni autarchiche 1, 2 e 3 secondo l'invenzione possiede una sicurezza di esercizio massima, infatti nel caso di una irregolarità di esercizio di un modulo o addirittura nel caso della sua completa avaria il rimanente impianto meccanico prosegue il funzionamento senza influenzamenti. Inoltre, come già menzionato, risulta assai flessibile un eventuale cambio di formato di recipienti 4. Infine è sufficiente chiudere ermeticamente soltanto le singole stazioni 1, 2 e 3 nei confronti dell'ambiente esterno, mentre a tutti i rimanenti dispositivi non vanno imposti maggiori requisiti.

Di una stazione 1, 2 oppure 3 in figura 2 sostanzialmente sono rappresentati i dispositivi 18 per la sterilizzazione. Essi servono a sterilizzare i recipienti 4 mediante un plasma a bassa pressione e di conseguenza a basse temperature. Per questi recipienti 4 si dovranno rendere sterili specialmente le superiici interne 19. Invece delle superfici esterne si dovranno sterilizzare soltanto quelle che si trovano nell'ambito di un'apertura di riempimento 20. Per la sterilizzazione di volta in volta un recipiente 4 viene alloggiato in un reattore evacuatile 5 raccordato ad una pompa del vuoto 16. Tramite un tubo di aspirazione 21, che sbocca nell'ambito dell'apertura di riempimento 20, il reattore 5 insieme al recipiente 4 viene evacuato. Ogni stazione 1, 2 oppure 3 tratta sempre soltanto di volta in volta un recipiente 4.

Per produrre il plasma sono previsti due elettrodi 23 e 24, che sono disposti coassialmente fra di loro, sono reciprocamente isolati mediante un isolamento 22 e di essi l'elettrodo 23 è eseguito come elettrodo esterno e l'elettrodo 24 come elettrodo interno. L'elettrodo esterno 23 è connesso alla terra ed è eseguito in modo da formare in esercizio una camera, che alloggia un recipiente 4 e con una parete lo racchiude strettamente. Ciò fa sì che si formi un vuoto sia all'interno del recipiente 4 sia anche all'esterno del recipiente 4, cosicché questo non dovrà essere indeformabile. L'elettrodo interno 24 è introducibile attraverso l'apertura di riempimento 20 ed arriva fino in prossimità del fondo del recipiente.

Alla produzione della tensione alternata serve un generatore ad alta frequenza 25 presentante una potenza con una frequenza industriale consentita, ad esempio 13,56 oppure 27,12 MHz. La potenza viene inserita capacitivamente tramite l'elettrodo interno 24 da una rete di adattamento 26. In seguito alla stretta intercapedine fra la parete dell'elettrodo esterno 23 ed il contorno esterno del recipiente 4, il plasma viene innescato essenzialmente soltanto all'interno del recipiente 4, cosicché sostanzialmente vengono sterilizzate anche soltanto le sue superfici interne 19.

L'elettrodo interno 24 contiene una conduttura di alimentazione 27 per gas di processo ionizzante. Tramite una valvola 28 il gas di processo viene immesso nel recipiente 4. La pressione può essere controllata mediante un non rappresentato dispositivo manometrico. La pressione di scarica del plasma meglio adatta dipende dal tipo di gas e può essere compresa nell'intervallo da 0,1 Pa fino ad alcune centinaia di Pa. Un gas di processo particolarmente adatto è ad esempio perossido di idrogeno ma fondamentalmente è possibile impiegare anche altri gas.

Quando il reattore 5 è chiuso il recipiente 4 con il proprio fondo poggia sul fondo 29 del reattore 5. Il fondo 29 è montato su un'asta di sollevamento 30 movibile corrispondentemente alle direzioni di movimento C e D, cosicché il reattore 5 può essere aperto e chiuso per introdurre ed estrarre il recipiente 4. Con 31 è indicata a tratto e punto la posizione abbassata del fondo 29.

Nell'ambito dell'apertura di riempimento 20 sbocca una conduttura di adduzione 32 per un gas sterile di iniezione o riempimento una volta terminata la sterilizzazione. La conduttura di adduzione 32 contiene una valvola 33.

Poiché la conduttura di adduzione 27 per il gas di processo è disposta all'interno dell'elettrodo interno 24, l'interno del recipiente 4 può essere riempito rapidamente e semplicemente con il gas di processo, laddove contemporaneamente viene spostata l'aria residua ancora presente. Ciò può avvenire al livello della pressione di processo, cosicché non è necessario evacuare il reattore 5 sotto la pressione di scarico.

L'elettrodo interno 24 può servire aggiuntivamente da tubo di riempimento 34, che pertanto è componente dei dispositivi 35 per il riempimento. Al riguardo vantaggiosamente è possibile utilizzare uno spintore valvolare cavo per addurre il gas di processo, mentre la superficie esterna anulare della sezione trasversale è quindi disponibile per il materiale di riempimento.

Lo svolgimento del processo avviene come segue:

in un primo momento il recipiente 4, poggiato sul fondo 29 del reattore 5, viene introdotto dal basso, così facendo il fondo 29 viene accostato a pressione all'elettrodo esterno 23 ed il reattore 5 viene chiuso con l'interposizione di una guarnizione.

Tramite la pompa del vuoto 16, successivamente, il reattore 5 insieme al recipiente 4 viene evacuato, e precisamente unicamente fino alla pressione di scarica del plasma. In questa fase il reattore 5 è riempito soltanto ancora con aria residua.

A questo punto, tramite la conduttura di adduzione 27 situata all'interno dell'elettrodo interno 24, viene addotto gas di processo, laddove l'aria residua dal basso verso l'alto viene spostata fuori dal recipiente 4 e aspirata nella zona di testa del reattore 5. Questa corrente di gas di processo, eventualmente in misura limitata, può essere conservata anche dopo l'innesco del plasma ora seguente fino alla fine della fase del plasma. Con questa corrente durante la fase del plasma in modo tecnicamente semplice viene assicurato che sussiste realmente lo stato desiderato e che all'interno del recipiente 4 è garantita la massima concentrazione di gas di processo.

Al termine della sterilizzazione al plasma, e dopo il disinserimento della corrente del gas di processo, viene effettuata l'iniezione con gas sterile, ad esempio con aria sterile oppure gas inerte sterile. Sarebbe preferibile ad esempio azoto. Il gas d'iniezione viene immesso tramite la conduttura di adduzione 32 nello spazio superiore del reattore 5. Se come gas di processo si utilizza perossido di idrogeno, dopo il disinserimento del plasma rimangono sostanzialmente soltanto acqua ed ossigeno molecolare.

Quando il recipiente 4 viene ora riempito nel reattore 5, mediante preventiva iniezione di azoto ad una pressione di eventualmente decisamente oltre 1 bar, ossia mediante precarica con azoto sterile, è possibile ridurre una schiumificazione del prodotto di riempimento o eventualmente sopprimerla completamente, per cui è possibile un riempimento più rapido.

Sono indicati a tratto e punto anche dispositivi 36 per chiudere il recipiente 4 al disotto del reattore 5. Non appena il recipiente 4 è estratto verso il basso dal reattore 5 esso può essere chiuso mediante una chiusura 37. Esso forma quindi il recipiente 12 riempito e chiuso.

Nella figura 2 è indicata anche la direzione E per l'organo d'introduzione 6 di recipienti 4 da riempire e la direzione F per l'organo di espulsione 7 di recipienti riempiti 12. L'organo d'introduzione 6 e l'organo di espulsione 7 integrano la rispettiva stazione 1, 2 oppure 3 a formare il modulo descritto.

Le singole stazioni 1, 2 e 3, rispettivamente i moduli, poiché sono autarchici relativamente all'azionamento, possono operare automaticamente senza dover essere necessariamente sincronizzate fra di loro. Esse di volta in volta, assolutamente a piacere, prelevano un recipiente 4, lo sterilizzano, lo riempiono, lo chiudono e successivamente lo espellono. È possibile montare un numero a piacere di moduli che possono essere contemporaneamente attivi. Mediante un numero corrispondente di moduli, come già menzionato, all'occorrenza è possibile realizzare tutte le classi di produzione.

Rivendicazioni

1. Impianto meccanico per riempire recipienti con prodotto, - con dispositivi per addurre recipienti vuoti da riempire, - con dispositivi per sterilizzare i recipienti da riempire,

- con dispositivi per riempire i recipienti,

- con dispositivi per chiudere i recipienti riempiti, nonché

- con dispositivi per scaricare i recipienti chiusi,

caratterizzato dal fatto che i dispositivi (18) per sterilizzare, i dispositivi (35) per il riempimento e i dispositivi (26) per la chiusura sono disposti insieme in una stazione (1, 2, 3) indipendente, relativamente

Claims (6)

1. modulo descritto. Le singole stazioni 1, 2 e 3, rispettivamente i moduli, poiché sono autarchici relativamente all'azionamento, possono operare automaticamente senza dover essere necessariamente sincronizzate fra di loro. Esse di volta in volta, assolutamente a piacere, prelevano un recipiente 4, lo sterilizzano, lo riempiono, lo chiudono e successivamente lo espellono. È possibile montare un numero a piacere di moduli che possono essere contemporaneamente attivi. Mediante un numero corrispondente di moduli, come già menzionato, all'occorrenza è possibile realizzare tutte le classi di produzione. all'azionamento, dai dispositivi (8) per l'adduzione e dai dispositivi (9) per lo scarico.
2. 2. Impianto meccanico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i dispositivi (18) per sterilizzare contengono un reattore di sterilizzazione (5) al plasma.
3. 3. Impianto meccanico secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che è prevista una pluralità di stazioni (1, 2, 3) fra di loro in parallelo.
4. 4. Impianto meccanico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che più stazioni (1, 2, 3) sono connesse ad un dispositivo di comando (17) comune.
5. 5. Impianto meccanico secondo una delle rivendicazioni da 1 fino a 4, caratterizzato dal fatto che alla stazione (1, 2, 3) è associato un deviatoio d'introduzione (10), collegato con i dispositivi (8) per l'adduzione, e un deviatoio di scarico (11) collegato con i dispositivi (9) per lo scarico.
6. 6. Impianto meccanico secondo una delle rivendicazioni da 3 fino a 5 caratterizzato dal fatto che alle stazioni (1, 2, 3) sono associati dispositivi d'installazione (13, 14, 15) in comune.