УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ УЗЕЛ ОПОРЫ И УСТАНОВОЧНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ МОДУЛЯ ПРИКРЕПЛЕНИЯ КРЫШЕК
IMPROVED ASSEMBLY OF SUPPORT AND INSTALLATION ELEMENT FOR COVER ATTACHMENT MODULE

Настоящее изобретение относится к устройству для применения в модуле прикрепления крышек и к способу эксплуатации устройства.
Модули прикрепления крышек используются при упаковке жидких пищевых продуктов для добавления узла винтовой крышки (также называемого средством закупоривания выливного отверстия) к частично сформированному контейнеру. Например, коробки для сока обычно снабжены узлом винтовой крышки, что позволяет конечному потребителю легко получить доступ к содержимому коробки, отвинтив крышку, а затем легко и надежно снова закупорить коробку, завинтив винтовую крышку. Коробки часто формируют из плоских картонных заготовок с полимерным покрытием, которые складывают и затем герметизируют по бокам для получения рукава из материала. Этот рукав затем подают в машину для формирования-заполнения-закупоривания, что превращает рукав в готовую коробку.
Если для коробки требуется винтовая крышка, то это обычно обеспечивается одним из двух способов. Первый способ заключается в наложении узла винтовой крышки на коробку снаружи, при этом пользователь при первом вскрытии винтовой крышки вынужден проткнуть и разорвать картонное основание режущим элементом. Второй способ заключается в том, чтобы сделать отверстие в картоне, при этом узел винтовой крышки вставляют через отверстие изнутри, когда верх частично сформированной коробки все еще открыт, а затем частично сформированную коробку запечатывают в ходе этой же операции.
В этом последнем способе обычно используют опору и установочный элемент, причем установочный элемент прикреплен к опоре. Узел винтовой крышки устанавливают на установочный элемент, затем опору опускают в верхнюю часть частично сформированной коробки и перемещают вперед так, чтобы узел винтовой крышки проходил сквозь отверстие в частично сформированной коробке, при этом фланец узла винтовой крышки удерживается внутри частично сформированного контейнера. Затем ультразвуковой сонотрод приводят в контакт с узлом винтовой крышки, и обеспечивают запечатывание, при этом к узлу винтовой крышки опора и сонотрод прикладывают давление как часть операции запечатывания.
Известная проблема, связанная с такими узлами опоры, установочного элемента и сонотрода, заключается в том, что допуски оборудования должны быть очень высокими, так как опора и сонотрод должны точно совмещаться, когда их подводят друг к другу для достижения требуемого запечатывания. Это требует от инженера высокого уровня технических навыков при первоначальном конфигурировании модуля прикрепления крышек, а также требует постоянного технического обслуживания модуля, чтобы гарантировано обеспечивать совмещение компонентов.
Свойства модуля прикрепления крышек также таковы, что требуется очень высокий уровень производительности, при этом этап прикрепления крышки обычно занимает менее секунды. Поскольку опора погружена во внутреннюю область частично сформированного контейнера, а сонотрод оказывает прямое давление на опору (с коробкой и узлом винтовой крышки, находящимися между ними), это ведет к очень незначительной деформации плеча опоры в течение длительного периода времени. Отклонения, даже меньшего, чем на 1 градус, при выравнивании опоры и сонотрода достаточно для того, чтобы обеспечиваемая герметичность винтовой крышки была недостаточна для пищевого продукта. Либо произойдет утечка, либо содержимое коробки испортится.
Таким образом, целью изобретения является усовершенствование известного уровня техники.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения обеспечено устройство для применения в модуле прикрепления крышек, при этом устройство содержит установочный элемент, содержащий удлиненный корпус и головку, соединенную с одним концом удлиненного корпуса, при этом опора выполнена с отверстием в ней, причем удлиненный корпус установочного элемента вставлен в отверстие опоры, причем размер отверстия опоры достаточно превышает размер удлиненного корпуса установочного элемента, чтобы обеспечить возможность углового перемещения установочного элемента относительно опоры, при этом устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно натяжное устройство, выполненное с возможностью обеспечивать усилие, прижимающее установочный элемент к опоре.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ управления устройством для применения в модуле прикрепления крышек, при этом устройство содержит установочный элемент, имеющий удлиненный корпус и головку, соединенную с одним концом удлиненного корпуса, и опору с выполненным в ней отверстием, при этом удлиненный корпус установочного элемента вставлен в отверстие опоры, при этом размер отверстия опоры достаточно превышает размер удлиненного корпуса установочного элемента, чтобы обеспечить возможность углового перемещения установочного элемента относительно опоры, причем устройство дополнительно содержит по меньшей мере одно натяжное устройство, выполненное с возможностью обеспечивать силу, прижимающую установочный элемент к опоре, причем способ включает в себя размещение узла винтовой крышки смежно с частично сформированным контейнером, размещение опоры смежно с узлом винтовой крышки, и приложение давления от сонотрода к узлу винтовой крышки и частично сформированному контейнеру для герметичного прикрепления узла винтовой крышки к частично сформированному контейнеру, вследствие чего установочный элемент перемещается под углом относительно опоры так, чтобы головка установочного элемента была выровнена с сонотродом.
Благодаря изобретению можно обеспечить улучшенный узел опоры и установочного элемента для применения в модуле прикрепления крышек, обеспечивающий достаточно хорошую герметизацию при значительно повышенном допуске на неточность выравнивания между опорой и герметизирующим сонотродом. Это означает, что исходная наладка опоры и установочного элемента не должна быть столь же точной, а также что уменьшаются требования для обслуживания опоры и установочного элемента. Установочный элемент, по существу, является «плавающим» в опоре, и это означает, что, когда опора приводится в контакт с герметизирующим сонотродом, автоматически происходит определенная самокоррекция какого-либо перекоса.
Усовершенствованный узел опоры и установочного элемента обеспечивает автоматическую коррекцию какого-либо перекоса, поскольку отверстие в опоре, сквозь которое проходит установочный элемент, достаточно превышает размер удлиненного корпуса установочного элемента, чтобы обеспечить угловое перемещение установочного элемента относительно опоры. Допустимое угловое перемещение может быть очень небольшим, например, только до 2 градусов, но этого диапазона перемещения достаточно для обеспечения требуемого уровня коррекции, необходимой для компенсации какого-либо перекоса. Натяжное устройство прижимает установочный элемент к опоре (либо воздействуя непосредственно на каждый компонент, либо через другие промежуточные компоненты), и это гарантирует, что установочный элемент в своем исходном положении будет выровнен относительно опоры.
После того, как устройство фактически начнет работу, давление, создаваемое сонотродом и опорой, будет означать, что, если имеется какой-либо перекос между сонотродом и опорой, то давление, прижимающее два компонента друг к другу, заставит установочный элемент переместиться внутри опоры так, чтобы скорректировать этот перекос. Давление, оказываемое сонотродом и опорой, преодолевает силу натяжного устройства, удерживающего установочный элемент выровненным с опорой, и, следовательно, установочный элемент будет выровнен с сонотродом, гарантируя достижение хорошей герметизации узла винтовой крышки на коробке, герметично прикрепляемого в модуле прикрепления крышек.
Предпочтительно, опора дополнительно снабжена полостью, соединенной с отверстием в опоре и выровненной с ним в продольном направлении, причем полость содержит натяжное устройство. Также, предпочтительно, устройство дополнительно содержит фиксирующее кольцо, установленное на удлиненном корпусе установочного элемента, на его конце, противоположном головке установочного элемента, причем натяжное устройство выполнено с возможностью обеспечивать свою силу натяжения посредством фиксирующего кольца. Натяжное устройство, например, пружина, может быть расположено в полости внутри опоры, а фиксирующее кольцо может быть установлено на противоположном конце установочного элемента относительно головки установочного элемента. Фиксирующее кольцо можно затянуть таким образом, чтобы сжать натяжное устройство для того, чтобы создать требуемое натяжение между установочным элементом и опорой, поддерживающее их выравнивание.
Варианты осуществления настоящего изобретения теперь будут раскрыты, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 представлен аксонометрический вид модуля прикрепления крышек,
на фиг. 2 представлен вид сбоку модуля прикрепления крышек,
на фиг. 3 представлен вид сбоку с пространственным разделением компонентов устройства, применяемого в модуле по фиг. 1 и 2,
на фиг. 4а и 4b представлены поперечные разрезы устройства по фиг.3,
на фиг. 5 представлен вид сбоку в с пространственным разделением деталей второго варианта осуществления компонентов устройства для применения в модуле по фиг. 1 и 2, и
на фиг. 6а и 6b представлены поперечные разрезы устройства по фиг. 5,
на фиг. 7-13 показаны дополнительные варианты осуществления устройства.
На фиг. 1 показано устройство 10 для применения в модуле 12 прикрепления крышек. Назначение модуля 12 состоит в прикреплении узла 40 винтовой крышки к частично сформированному контейнеру 42 через отверстие 44 в частично сформированном контейнере 42 (изнутри). Модуль 12, показанный на фиг. 1, представляет собой машину с двойной индексацией, что означает, что узлами 40 винтовых крышек одновременно оснащают два частично сформированных контейнера 42. Основными компонентами модуля 12 являются опора 20, которая несет четыре установочных элемента 14, и ультразвуковой сонотрод 46, который приваривает узлы 40 винтовой крышки к частично сформированным контейнерам 42. Модуль 12 в этом предпочтительном варианте осуществления содержит четыре установочных элемента 14 и является модулем с двойной индексацией, но возможны и другие устройства, например, с одним, двумя или восемью установочными элементами 14, и являться модулем с одиночной индексацией, а не с двойной индексацией.
Два узла 40 винтовых крышек помещают на два из четырех установочных элементов 14, которые затем поворачивают и/или опускают в два ожидающих частично сформированных контейнера 42. Опору 20 перемещают вперед, чтобы вставить узлы 40 винтовых крышек в отверстия 44 частично сформированных контейнеров 42, при этом фланец узлов 40 винтовых крышек остается внутри частично сформированных контейнеров 42. Затем ультразвуковой сонотрод 46 приводят в контакт с узлами 40 винтовых крышек и частично сформированными контейнерами 42, и с обеих сторон прикладывают давление посредством опоры 20 и сонотрода 46, чтобы завершить процесс герметичного прикрепления с использованием давления в дополнение к ультразвуку.
Как только запечатывание будет завершено, сонотрод 46 отводят, так же как и опору 20, которую затем поднимают и/или поворачивают для выхода из внутренней области частично сформированных контейнеров 42, которые затем перемещают на другую станцию в более крупной машине для формирования-заполнения-закупоривания машине. Весь процесс прикрепления узлов 40 винтовых крышек к частично сформированным контейнерам 42 занимает меньше секунды. Этот процесс продолжается непрерывно, при этом два новых узла 40 винтовых крышек помещают на неиспользуемые установочные элементы 14 опоры 20, а затем устанавливают в надлежащее положение внутри частично сформированных контейнеров 42 и герметично прикрепляют в надлежащем положении ультразвуковым сонотродом 46 под давлением от сонотрода 46 и опоры 20.
На фиг. 2 показан вид сбоку модуля 12 прикрепления крышек. Опора 20 повернута и/или опущена в верхнюю область частично сформированных контейнеров 42 и перемещена вперед, так что узлы 40 винтовых крышек вставлены внутрь отверстий частично сформированных контейнеров 42. Сонотрод 46 готов к перемещению вперед и выполнению ультразвуковой сварки при приложении давления (обычно только сонотродом 46). Для достижения максимально возможной герметичности необходимо отрегулировать расстояние между опорой 20 и сонотродом 46, оптимизировать контактное давление (которое обычно находится в диапазоне от 1000 до 2000 Н), при этом опора 20 и сонотрод 46 должен быть выровнены.
Как показано на этом чертеже, постоянное приложение давления сонотродом 46 к опоре 20 приведет к очень большой нагрузке на плечо опоры 20. Работа компонентов приведет к приложению давления, например, на полсекунды в каждой секунде. Со временем это будет иметь тенденцию к незначительной деформации опоры 20, и это увеличит риск того, что опора 20 и сонотрод 46 не будут находиться в параллельном выравнивании при их сведении вместе. Если выравнивание этих частей будет неправильным, то возможна ненадежная герметичность прикрепления узлов 40 винтовых крышек к частично сформированному контейнеру 42, что крайне нежелательно.
На фиг. 3 более подробно показаны компоненты, составляющие опору 20 и установочный элемент 14. Устройство 10 содержит установочный элемент 14, содержащий удлиненный корпус 16 и головку 18, присоединенную к одному концу удлиненного корпуса 16, а также содержит опору 20 с выполненным в ней отверстием 22, причем при эксплуатации устройства 10 удлиненный корпус 16 установочного элемента 14 вставлен в отверстие 22 опоры 20. Устройство 10 также содержит натяжное устройство 24 (в предпочтительном варианте осуществления это пружина), которое при эксплуатации способно обеспечивать силу, прижимающую установочный элемент 14 к опоре 20.
При эксплуатации фиксирующее кольцо 28 устанавливают на удлиненном корпусе 16 установочного элемента 14, на его противоположном конце относительно головки 18 установочного элемента 14, при этом натяжное устройство 24 выполнено с возможностью обеспечения своей силы натяжения посредством фиксирующего кольца 28. Фиксирующее кольцо 28 удерживает на месте винт 34. Устройство 10 также содержит двухчастный сферический подшипник 30 с отверстием 32 в нем, при этом в процессе эксплуатации, удлиненный корпус 16 установочного элемента 14, вставляют в отверстие 32 двухчастного сферического подшипника 30, и двухчастный сферический подшипник 30 входит в зацепление с опорой 20 с одной стороны и головкой 18 установочного элемента 14 с другой стороны. Предусмотрено сжимаемое уплотнительное кольцо 36, которое расположено между сферическим подшипником 30 и опорой 20.
Устройство 10 выполнено так, чтобы размер отверстия 22 в опоре 20 достаточно превышал размер удлиненного корпуса 16 установочного элемента 14, чтобы обеспечить угловое перемещение установочного элемента 14 относительно опоры 20. Узел опоры 20 и установочного элемента 14 обеспечивает автоматическое исправление любого перекоса между опорой 20 и установочным элементом 46, поскольку отверстие 22 в опоре 20, через которое проходит установочный элемент 14, достаточно больше по размеру, чем удлиненный корпус 16 установочного элемента 14, что, таким образом, обеспечивает возможность углового перемещения установочного элемента 14 относительно опоры 20. Допустимое угловое перемещение может быть очень небольшим, например, только до 2 градусов, но этого диапазона перемещения достаточно для обеспечения необходимого уровня коррекции, необходимой для компенсации любого перекоса.
Поперечный разрез устройства 10 представлен на фиг. 4а и 4b. Как показано на фиг. 4а и 4b, опора 20 дополнительно снабжена полостью 26, соединенной с отверстием 22 в опоре 20 и соосной в продольном направлении с отверстием 22 в опоре 20, причем полость 26 содержит натяжное устройство 24 (пружину 24). Винт 34 входит в зацепление с внутренней резьбой внутри корпуса 16 установочного элемента 14. Вращение винта 34 приводит фиксирующее кольцо 28 в контакт с пружиной 24, и по мере затягивания винта 34 пружина 24 сжимается, и, таким образом, обеспечивает силу натяжения между установочным элементом 14 и опорой 20.
На фиг. 4а показано устройство 10 в его нормальном положении, при этом установочный элемент 14 выровнен относительно опоры 20. Это обеспечивает отличное рабочее положение герметизации в отношении сонотрода 46, если сонотрод 46 и опора 20 выровнены надлежащим образом, то их соответствующие грани параллельны. Однако, если будет какое-либо отклонение в выравнивании между упором 20 и сонотродом 46, тогда конструкция устройства 10 способна самостоятельно скорректировать это отсутствие выравнивания. Эта коррекция обеспечивается способностью установочного элемента 14 перемещаться под углом относительно опоры 20, как показано на фиг. 4b, при максимально возможном перемещении (составляющем всего 2 градуса).
Если имеется какой-либо перекос между сонотродом 46 и опорой 20, то, когда эти два компонента модуля 12 прикрепления крышек сдвигаются вместе, эффект большого давления, оказываемого на эти компоненты, заставляет установочный элемент 14 перемещаться внутри опоры 20, выравнивая головку 18 установочного элемента 14 с сонотродом 46, даже при отсутствии выравнивания с опорой 20. «Плавающий» установочный элемент 14 способен компенсировать небольшие ошибки выравнивания между опорой 20 и сонотродом 46. Сила, создаваемая между опорой 20 и сонотродом 46, преодолевает натяжение, создаваемое пружиной 24, и это позволяет установочному элементу 14 перемещаться внутри опоры 20.
На фиг. 5 показан второй вариант осуществления устройства 10. Этот вариант осуществления очень похож на первый вариант осуществления и имеет те же основные компоненты - опору 20, установочный элемент 14, расположенный в отверстии 22 опоры 20, и натяжное устройство 24 (пружину 24), создающее силу натяжения между установочным элементом 14 и опорой 20. Установочный элемент 14 состоит из двух частей, при этом удлиненный корпус 16 установочного элемента 14 соединен с головкой 18 установочного элемента центральным винтом 34. Пружина 14 расположена перед отверстием 22 внутри опоры 20, тогда как в первом варианте осуществления пружина 14 расположена за отверстием 22.
Поперечные разрезы второго варианта осуществления устройства 10 показаны на фиг. 6. Как и ранее, на фиг. 6а показано устройство 10 в его нормальном рабочем состоянии, при этом подразумевается, что перекос между опорой 20 и сонотродом 46 отсутствует. На фиг. 6b показано максимальное перемещение установочного элемента 14 внутри опоры 20, которое будет вызвано каким-либо перекосом между опорой 20 и сонотродом 46, когда эти два компонента сведены вместе. Давление, создаваемое при герметичном прикреплении, заставляет установочный элемент 14 перемещаться под углом внутри опоры 20, тем самым корректируя любой перекос между опорой 20 и сонотродом 46.
Самовыравнивающийся установочный элемент 14 способен компенсировать различные угловые ошибки. При эксплуатации установочный элемент 14 и сонотрод 46 будут параллельны. Угловые ошибки компенсируются, и самовыравнивающийся «плавающий» установочный элемент 14 автоматически адаптируется к существующей геометрии компонентов модуля 12. Время настройки модуля 12 сокращается, и при настройке не возникает ошибок, поскольку самокоррекция всегда устраняет любые перекосы. Лучшая и более стабильная сварка достигается благодаря самокорректирующемуся установочному элементу 14, поскольку будет обеспечиваться распределение сил между сонотродом 46 и узлом 40 винтовой крышки.
На фиг. 7 и 8 показан еще один вариант осуществления устройства 10. На фиг. 7 показан поперечный разрез устройства 10, в котором установочный элемент 14 и опора 20 находятся в параллельном положении, при этом продольные оси установочного элемента 14 и опоры 20 параллельны. На фиг. 8 показан вид с пространственным разделением компонентов этого варианта осуществления устройства 10. Этот вариант осуществления принципиально отличается от предыдущих вариантов осуществления тем, что содержит уплотнительное кольцо 36 круглого сечения, которое расположено между сферическим подшипником 30 и опорой и контактирует с ними. 20. Уплотнительное кольцо 36 является сжимаемым и выполняет две основные функции. Во-первых, уплотнительное кольцо 36 представляет собой уплотнительное устройство и обеспечивает уплотнение между упором 20 и сферическим подшипником 20, а во-вторых, уплотнительное кольцо 36 также обеспечивает силу, прижимающую установочный элемент 14 к опоре 20, в дополнение к пружине 24. Фактически, сила, создаваемая уплотнительным кольцом 36, направлена противоположно силе пружины 24, но обе обеспечивают силу, прижимающую установочный элемент 14 к опоре 20. Также предусмотрена крышка 38 для герметизации конца винта 34, при этом между крышкой 38 и опорой 20 расположено второе уплотнительное кольцо 48. Уплотнительное кольцо 36 может быть заменено другим уплотнительным устройством, таким как уплотнительное кольцо Х-образного сечения или сжимаемый цилиндр, любое из них может использоваться для обеспечения двойных функций - уплотнения и обеспечения усилия натяжения.
На фиг. 9 и 10 показан еще один вариант осуществления устройства 10. Эта версия отличается от варианта осуществления, показанного на фиг. 7 и 8, главным образом тем, что пружина 24 отсутствует. Это означает, что единственным натяжным устройством в устройстве 10 является уплотнительное кольцо 36 круглого сечения, которое подвергается небольшому сжатию и, следовательно, стремится отодвинуть сферический подшипник 30 (и, следовательно, установочный элемент 14) от опоры 20. Установочный элемент 14, показанный в этом варианте осуществления, также состоит из двух частей, с отдельной головкой 18 и корпусом 16. Коррекция, обеспечиваемая устройством 10, достигается за счет перемещения установочного элемента 14 внутри опоры 20, при этом уплотнительное кольцо 36 способно сжиматься, чтобы обеспечить угловое перемещение установочного элемента 14 относительно опоры 20.
На фиг. 11, 12 и 13 показан еще один вариант выполнения устройства 10. Эта версия отличается от предыдущих вариантов осуществления тем, что установочный элемент 14 не выступает за поверхность опоры 20. Наружная поверхность 50 установочного элемента 14 расположена заподлицо с поверхностью опоры 20. Установочный элемент 14 снабжен отверстиями 52 в лицевой стороне 50. Как и во всех вариантах осуществления, размер отверстия 22 в опоре 20 достаточно превышает размер удлиненного корпуса 16 установочного элемента 14, чтобы обеспечивать возможность углового перемещения установочного элемента 14 относительно опоры 20, при этом устройство 10 включает в себя натяжное устройство 24 (пружину), предназначенное для обеспечения силы, прижимающей установочный элемент 14 к опоре 20.
Устройство 10, показанное на фиг. 11-13, работает, создавая внутренний вакуум, который можно использовать для присасывания узла 40 винтовой крышки к поверхности 50 установочного элемента 14. При эксплуатации опора 20 с узлом 40 винтовой крышки, прикрепленным к лицевой стороне 50 установочного элемента 14, приводится в контакт с сонотродом 46 модуля 12 прикрепления крышек, при этом установочный элемент 14 способен перемещаться относительно опоры 20 для корректировки какого-либо небольшого перекоса между сонотродом 46 и опорой 20. Устройство 10, показанное на этих чертежах, также можно использовать в модулях прикрепления крышек, которые не имеют узла 40 винтовой крышки, вставляемого изнутри частично сформированного контейнера 42. В таком модуле узел 40 винтовой крышки устанавливается на сонотрод 46, а не на установочный элемент 14 и остается снаружи частично сформированного контейнера 42. Узел опоры 20 и установочного элемента 14, показанный на фиг. 11-13, может использоваться внутри частично сформированного контейнера 42 и также способен обеспечивать коррекцию какого-либо перекоса между сонотродом 46 и опорой 20.