DESCRIPCIÓN
Aparato, sistema, y método de empaquetado para formar conos llenos
Incorporación por referencia
Esta solicitud incorpora por referencia en su totalidad y para todos los propósitos la solicitud de patente PCT número de serie PCT/US19/26711 presentada en nombre de Mark W. Holderman y Gregory August Russell en la Oficina de Patentes de los Estados Unidos el 10 de abril de 2019. Esta solicitud incorpora por referencia en su totalidad y para todos los propósitos la solicitud de patente US No. de serie 17/113,429 presentada en nombre de Mark W. Holderman y Gregory August Russell en la Oficina de Patentes de los Estados Unidos el 7 de diciembre de 2020.
Antecedentes
Antes del desarrollo del presente aparato y sistema, los conos de papel se llenaban a mano. La gente llenaba individualmente el producto, tales como hojas, en un único cono, y apisonaba mecánicamente las hojas y torcía el extremo para cerrarlo. Alternativamente, se podrían colocar numerosos conos en lo que es esencialmente una estructura de panal con orificios que acomodan los conos. Luego fueron esparcidas hojas desmenuzadas sobre los orificios que contenían los conos y fueron usadas vibraciones o apisonamiento mecánico para empaquetar las hojas en los conos.
Cada uno de los anteriores dio como resultado conos inexactos y no uniformemente llenos. El apisonamiento mecánico a menudo dejaba las hojas demasiado compactadas. A veces las hojas en la parte inferior del cono estaban demasiado empaquetadas, mientras que las hojas hacia la parte superior del cono permanecían demasiado sueltas. La presión mecánica tenía tendencia a rasgar los conos de papel. Confiar simplemente en las vibraciones para llenar los conos a menudo daba como resultado hojas que estaban demasiado sueltas.
Estos problemas a menudo fueron agravados por el tipo de material particulado que se empaquetaban. Específicamente, para la materia vegetal que contenía un contenido de aceite relativamente alto, las hojas desmenuzadas tendían a exhibir una cualidad pegajosa que daba como resultado la formación de grumos de las hojas juntas. Las hojas formadas en grumos afectaron negativamente la utilidad del método de vibración debido a que las vibraciones por sí solas no fueron suficientes para romper los grumos. De manera similar, el método de apisonamiento simplemente dio como resultado grumos que estaban empaquetados de manera más apretada juntos, lo que exacerbaba el problema. En ambos casos, los grumos tendían a alojarse en la parte estrecha del cono creando brechas de aire o empaquetado de otro modo no uniforme del material vegetal dentro del cono.
El empaquetado no uniforme crea un número de problemas. Por ejemplo, puede afectar el peso del producto final. Cuando los grumos se empaquetan con más materia vegetal suelta, la densidad de los grumos puede dar como resultado que se empaquete más de la cantidad de materia vegetal deseada en el cono. Los grumos tienden a quemarse a una tasa diferente, interrumpiendo la tasa de quemado natural y correcto de un cono empaquetado correcta y uniformemente. Cuando los grumos crean brechas de aire, la tasa de quemado de la materia vegetal puede afectarse negativamente debido a que la falta de contacto sólido entre la materia vegetal puede dar como resultado una extinción de la materia vegetal. La densidad de los grumos puede interrumpir el flujo de aire a través de la materia vegetal, y actuar similar a un bloqueo en una pajilla.
El llenado de conos a mano, o con el dispositivo de empaquetado tipo panal, también necesita cerrar cada uno de los conos a mano. Usando esos métodos, era requerido que una persona manipulara manualmente cada cono y plegara el extremo abierto para sellar el material vegetal y evitar que se cayera. A menudo, los conos simplemente se cerrarían torciendo el papel en la parte superior del cono juntos para cerrar completamente y sellar la parte superior del cono. Ese proceso manual es agotador para las manos de una persona y limita el número de conos que se pueden llenar en una cantidad de tiempo dada. También tiende a dar como resultado cierres plegados o torcidos no uniformes ya que las personas tienden a tener diferentes técnicas para plegar o torcer, y la destreza se vuelve más limitada a medida que las manos y los dedos se fatigan más.
Se han descubierto problemas adicionales cuando se utiliza un sistema automatizado para llenar conos. La automatización del llenado de conos requiere una mayor manipulación del producto, tales como hojas, que se usan para llenar los conos. El producto debe ser transportado a través del sistema automatizado, por ejemplo a través de una serie de tolvas y transportadores. Al hacerlo así, la fricción entre las partes de máquina y el producto (y simplemente entre el producto mismo) genera calor que aumenta la temperatura base del producto. En algunos casos (particularmente en el caso de producto que tiene un mayor contenido de aceite o humedad), el calentamiento del producto lleva a la expresión de aceite, humedad, o resina desde el producto lo cual puede dar como resultado una pegajosidad que puede llevar además a la formación de grumos y acumulación de residuos. Tales características adversas pueden, por ejemplo, bloquear o adherirse a los componentes automatizados, interferir con el flujo de producto a través del sistema automatizado, y llevar a un llenado incorrecto de conos todo lo cual lleva al desecho ya sea en la forma de producto perdido o productividad perdida. En un ejemplo, la formación de grumos de hojas secas lleva a la formación de puentes de producto en las tolvas de embudo cuya formación de puentes bloquea el flujo de producto a través de la tolva e impide el empaquetado continuo de conos. En otro ejemplo, se acumula residuo en las porciones de la máquina donde el producto entra en contacto frecuentemente con este, tales como el cabezal de empaquetado, el área que rodea el cabezal de empaquetado, y el transportador. La adherencia del producto también puede provocar problemas cuando se usa succión para limpiar porciones de la máquina. El producto pegajoso tiende a adherirse a los trabajos interiores del vacío y obstruye rápidamente el sistema y el filtro.
Tradicionalmente, los conos de papel se hacen a mano o en un proceso semiautomático híbrido. Las tolerancias de fabricación con respecto a la longitud total del cono varían, lo que da como resultado una longitud variable del cono. Esto puede llevar a puntas del cono menos que ideales durante los procesos de llenado y cierre, particularmente debido a que el material extra de cono puede fallar en cubrir apropiadamente el extremo distal de un cono.
El plegado automático del cono de papel puede ser desigual si no se controla cuidadosamente. Un pliegue desigual interfiere con la infusión de un cono lleno, la uniformidad de encender un cono lleno, y la capacidad de un cono plegado para mantener su pliegue. Por lo tanto hay una necesidad de asegurar la uniformidad y una mayor deformación plástica de los extremos distales de los conos cuando se pliegan los conos en un proceso automatizado.
Sumario
El presente sistema proporciona un aparato que puede utilizarse en conjunto con un método que llena con precisión y uniformemente conos de papel con partículas sueltas y cierra los conos para evitar que las partículas escapen de los conos. Aunque realizaciones pueden describirse en general en este documento como llenar los conos con materia vegetal desmenuzada, tales como hojas secas desmenuzadas, debe entenderse que cualquier partícula suelta que pueda encajar dentro del cono podría usarse como un llenado para el cono sin apartarse del alcance general del aparato y sistema. Para simplicidad, todas de tales partículas sueltas se denominarán simplemente en este documento como "hojas" o "material particulado", pero el uso de tales términos en este documento de ninguna forma limita el aparato a empaquetar solamente materia vegetal orgánica. Debe entenderse que aunque "papel" es una sustancia común que se usa para conos, ese término se usa genéricamente en este documento para cualquier sustrato relativamente delgado, flexible, inflamable y no se limita estrictamente al papel tradicional. Debe entenderse que el término “cono” no necesita ser un cono tradicional con una punta en un extremo, sino que puede ser de cualquier conformación generalmente cilíndrica o conformación que tenga una longitud mayor que el ancho (o diámetro, donde el término “ancho” como se usa para describir el ancho de un objeto que tiene una sección transversal circular es el diámetro), aunque preferiblemente la conformación de un cono tradicional truncado o tronco.
El presente aparato, sistema, y método supera las deficiencias de los métodos de llenado manual y automático descritos previamente al asegurar que las hojas se empaquetan uniforme y consistentemente en los conos. El proceso está automatizado, lo que permite un empaquetado consistente y uniformidad en el producto final. Acelera el proceso global de empaquetar los conos. El presente aparato, sistema, y métodos incluyen un número de subcomponentes que realizan individualmente funciones de empaquetado. Cada uno de los subcomponentes supera individualmente los diferentes problemas que se producen cuando se empaquetan manualmente las hojas en conos.
Un sistema general para llenar conos automáticamente se describe en la solicitud de patente PCT de los Estados Unidos número de serie PCT/US19/26711, y la solicitud de patente US No. de serie 17/113,429 cada una de las cuales, como se indica, se incorpora en este documento completamente y para todos los propósitos. La presente divulgación mejora sobre esos sistemas a través de la implementación de dedos de plegado alternativos usados para plegar el extremo distal del cono en conjunto con la punta de plegado. La presente divulgación también se refiere a las mejoras al cabezal de empaquetado, y la inyección de fluido de conos llenos así como la adición de una recortadora de conos para facilitar la formación de empaques plegados más uniformes.
Por ejemplo, los dedos de plegado pueden estar compuestos por un par de dedos coplanares que, a través del accionamiento de un accionador, se separan y se ponen juntos a lo largo de un borde de plegado en una acción de tipo tijera. Al menos uno de los dedos de plegado incluye un rebaje a lo largo de al menos una porción de la longitud de una cuchilla (tal como la mitad frontal, siendo la punta de la cuchilla la parte frontal, o el tercio medio), y ambos pueden incluir una indentación semicircular en cada cuchilla también. Las indentaciones están alineadas de tal manera que cuando las cuchillas se juntan, las indentaciones forman una conformación que, en una realización es aproximadamente el mismo tamaño que la sección transversal exterior de un pasador axial de una punta de plegado. El movimiento de tijera permite que un único accionador mueva ambos dedos simultáneamente, y de esa manera asegurar que los dedos entren en contacto de manera fiable con un cono para plegarse de la misma manera cada vez.
El cabezal de empaquetado es generalmente una cámara hueca en la cual se depositan las hojas y luego se ponen en embudo a través de una salida y en un cono de papel. Para limitar la expresión de aceite, humedad, o residuos de las hojas, el cuerpo de cabezal de empaquetado se enfría durante el proceso de empaquetado, que a su vez enfría las hojas. Debido a que las hojas tienden a ser livianas, una varilla de empaquetado ayuda a empaquetar uniformemente los conos con hojas. La varilla de empaquetado puede aplicar ráfagas de aire en las hojas que se empaquetan para facilitar el empaquetado dentro del cono. La presión de aire tiende a expulsar las hojas del cono, y puede expulsarlas fuera del cabezal de empaquetado lo que es indeseable. Para limitar la salpicadura de hojas, evitar el desgarro del cono, y controlar la presión aplicada, la cámara de empaquetado puede estar provista de una o más compuertas que cierran el interior de la cámara, cerrando esencialmente la entrada donde se depositan las hojas. Una chimenea de escape está conectada al interior de la cámara de empaquetado, lo cual proporciona una ruta para que el exceso de gas presurizado escape de la cámara. Al extender la chimenea (en una realización aproximadamente 10-20 pulgadas desde la cámara de empaquetado), se evita que las hojas escapen de la cámara. De este modo, en una realización, en operación, las hojas se depositan en la cámara a través de una entrada y caen en la cámara de empaquetado enfriada, donde dos compuertas cierran la entrada. La varilla de empaquetado se mueve para permitir que las hojas salgan de la cámara de empaquetado y caigan en un cono de papel. Después o mientras están siendo depositadas las hojas, la varilla de empaquetado aplica ráfagas de aire en las hojas en el cono. Algunas de las hojas pueden salpicar de vuelta en la cámara, e incluso en la chimenea, pero se evita que escapen completamente de la cámara debido a la longitud de chimenea. Luego las hojas caen de vuelta en la cámara y salen por la salida para depositarse en el cono. La varilla de empaquetado puede insertarse en la salida para bloquear sustancial o completamente la salida. Se abre una primera compuerta y se aplica un vacío a la cámara para eliminar las hojas residuales. La segunda compuerta se abre y las hojas se depositan de nuevo en la cámara para reiniciar el proceso.
La estación de inyección de fluido inyecta un fluido, tal como un aceite, en el cono lleno de hojas. Un problema que puede producirse es la cavitación del fluido, particularmente cuando el flujo de un fluido avanza e invierte repetidamente en un conducto de flujo. El presente sistema evita la cavitación y evita las burbujas de aire en el fluido de inyección controlando el flujo de fluido en los conductos de flujo. El sistema incluye un depósito de fluido y un circuito de flujo de presión positiva que extrae fluido desde la parte inferior del depósito y bombea el fluido hacia una aguja de inyector hueca que se posiciona dentro de una cavidad de aguja. La cavidad de aguja está además conectada a un circuito de flujo de presión negativa que extrae fluido de la aguja, a la cavidad de aguja, y a través del circuito de flujo de presión negativa para depositar el fluido en la parte superior del depósito. Esa estructura y los conductos de flujo direccional asociados aseguran que el fluido en cada conducto de flujo se controle para fluir en una única dirección en cada conducto de flujo, mientras que permite que el sistema tanto expulse fluido desde la aguja como extraiga fluido de vuelta hacia la aguja, todo mientras que evita la cavitación del fluido y, más particularmente, que evita o que limita sustancialmente la inyección de fluido que tiene burbujas de aire en un cono de papel lleno.
La recortadora de conos, que puede posicionarse entre el carrusel de conos y el cabezal de empaquetado, facilita la formación de conos más uniformes. En una realización, la recortadora de conos incluye un transportador que tiene una pluralidad de orificios que contienen cada uno un único cono. El transportador mueve los conos a su posición sobre un elevador de conos, que puede ser una placa unida a un accionador que sube y baja la placa. Un cabezal de recorte se posiciona sobre el transportador. El cabezal de recorte está adaptado para recortar el extremo distal de cada cono. En una realización, el cabezal de recorte son cuchillas de tijera, y en otra es una cuchilla que se extrae a través del cono. El cabezal de recorte está unido a uno o más accionadores que posicionan el cabezal de recorte con respecto al cono, por ejemplo elevando y bajando el cabezal de recorte con respecto al cono. En una realización, un codificador está conectado al accionador y a un sistema de control. El sistema de control, tal como un ordenador de propósito general, incluye valores almacenados, tales como valores de posición, que corresponden a diversos tamaños de conos. Los valores almacenados pueden corresponder a posiciones de codificador de tal manera que el sistema de control acciona el accionador (por ejemplo un servo) para mover el codificador a una posición preestablecida que a su vez mueve el cabezal de recorte a una ubicación conocida con respecto a la posición de un cono. El elevador de cono levanta el cono una distancia establecida (un valor que también se puede almacenar en el sistema de control) y de este modo se conoce la distancia desde la punta del cono hasta el cabezal de recortadora, y el cabezal de recortadora se puede accionar para recortar el cono a esa distancia conocida formando de esa manera un cono de una longitud conocida. La posición de codificador se puede ajustar para conos de diferentes tamaños, y por lo tanto cada cono se puede recortar a la misma longitud para un cono de tamaño respectivo. Recortar cada cono asegura que, para un cono de tamaño general dado (por ejemplo un cono de 0,75 g, cono de 1,0 g, cono de 1,15 g, etc.), la misma longitud del extremo distal de cada cono respectivo se pliega en la estación de plegado (por ejemplo 10 mm de un cono de 1,0 g, 8 mm de un cono de 0,75 g, etc.). También permite que un único sistema de empaquetado se adapte y empaque una variedad de conos de diferentes tamaños sobre la marcha.
En una realización, se emplea un sistema de filtración al vacío. En una realización, cuando está siendo plegado el cono, se inserta una punta de plegado en el extremo distal de un cono lleno. El papel del extremo distal se comprime contra un pasador de punta de plegado mientras se inyecta aire en la cavidad llena del cono, y el extremo distal se aspira contra una porción interior de la punta de plegado. La aplicación simultánea de presión de aire y vacío puede llevar a que las hojas sean absorbidas en el vacío, lo cual puede obstruir el sistema. El sistema de filtración al vacío dirige el aire aspirado (y material particulado) hacia una cámara que contiene un fluido, tal como agua. El aire aspirado es forzado en la cámara y en el fluido, que luego atrapa el material particulado. Periódicamente, un accionador acciona para abrir una válvula, tal como un émbolo, en la base de la cámara que contiene fluido. El fluido fluye fuera de la cámara llevándose consigo el material particulado, la válvula se cierra, y la cámara se rellena con fluido. El fluido de desechos puede entonces transferirse a un sistema de filtración adicional de un tipo conocido en la técnica que puede usarse para filtrar y recuperar el material particulado desde el fluido.
Se puede utilizar un subcomponente plegador que tenga una ayuda de aire para completar el empaquetado del cono. El subcomponente plegador orienta correctamente el cono. Los dedos de plegado pueden doblar con precisión una porción del cono y una punta de plegado comprime la porción doblada del cono para cerrarla. Alternativamente, se puede utilizar un sistema de plegado de iris en lugar de los dedos de plegado para cerrar la porción distal del cono y comprimirla contra la punta de plegado. La punta de plegado puede tener una circunferencia exterior que está configurada para rodear el extremo distal de un cono, particularmente el reborde distal del extremo distal de un cono. También puede incluir una porción central, tal como un pasador axial. En algunas realizaciones, la punta de plegado está adaptada para aplicar una o más de presión de vacío y presión de aire positiva al cono. Por ejemplo, se puede aplicar succión mediante la punta de plegado circunferencialmente al extremo distal del cono, y se puede inyectar presión de aire en el interior del cono a través de un pasador axial de la punta de plegado. Los dedos de plegado o iris se liberan y la punta de plegado se acciona hacia abajo sobre el extremo distal del cono de papel para plegar el reborde distal y al menos una porción del extremo distal sobre sí mismo y en la cavidad interior del cono, plegando de esa manera el extremo distal del cono. La porción plegada cubre al menos sustancialmente (y puede completamente en algunas realizaciones) el material particulado dentro del cono. El uso de la aplicación de vacío y presión de aire aumenta la rigidez del cono de papel justo antes de que la punta de plegado pliegue el extremo distal del cono. Eso aumenta la uniformidad del pliegue que mejora la deformación plástica del extremo distal que lleva a un pliegue más fiable.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en perspectiva de una realización del aparato y sistema que representa en general la relación entre diversos subsistemas del aparato.
La figura 2A es una vista en perspectiva de una realización de una tolva y rueda trituradora.
La figura 2B es una vista en perspectiva alternativa de una realización de una tolva y rueda trituradora.
La figura 3 es una vista lateral en sección transversal de una realización de una estación plegadora con un cono desplegado.
La figura 4A es una vista en perspectiva de una realización de una punta plegadora con un pasador axial.
La figura 4B es una vista en planta de una realización de una punta plegadora con un pasador axial.
La figura 4C es una vista lateral en sección transversal de una realización de una punta plegadora con un pasador axial.
La figura 4D es una vista en sección transversal de una realización de una punta plegadora que tiene cámaras de vacío y presión de aire.
La figura 5A es una vista en perspectiva de una realización de un cono plegado por una realización de una punta plegadora con un pasador axial.
La figura 5B es una vista lateral en sección transversal de un extremo distal de una realización de un cono lleno con un núcleo de fluido plegado por una realización de la punta plegadora con un pasador axial.
La figura 6A es una vista en perspectiva de un subensamblaje de estación de plegado de iris.
La figura 6B es una vista en perspectiva de una porción de iris del subensamblaje de estación de iris.
La figura 7A es una vista en perspectiva de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador.
La figura 7B es una vista lateral de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador.
La figura 8A es una vista en perspectiva de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador y que incluye una indicación de la porción del ensamblaje ampliada en la figura 8B.
La figura 8B es una vista ampliada de una realización de una tolva.
La figura 9A es una vista en perspectiva de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador y que incluye una indicación de la porción del ensamblaje ampliada en la figura 9B.
La figura 9B es una vista ampliada de una realización de una tolva.
La figura 10A es una vista en perspectiva de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador y que incluye una indicación de la porción del ensamblaje ampliada en la figura 10B.
La figura 10B es una vista ampliada de una realización de un ensamblaje de alimentador.
La figura 11A es una vista lateral de una realización de un ensamblaje de tolva, transportador y alimentador y que incluye una indicación de la porción del ensamblaje ampliada en la figura 11B.
La figura 11B es una vista lateral ampliada que tiene la placa 7020 retirada y que muestra una porción del ensamblaje de alimentador.
La figura 11C es una vista en perspectiva de una realización alternativa de una porción del ensamblaje de alimentador que incluye un cepillo de limpieza.
La figura 12 es una vista lateral de una estación de recortadora de cono con el cabezal de recorte en una posición elevada y el elevador de conos en la posición retraída.
La figura 13 es una vista lateral de una estación de recortadora de cono con el cabezal de recortadora en una posición de recorte bajada, y el elevador de cono en una posición de elevación elevada.
La figura 14 es una vista en perspectiva de una realización de dedos de plegado posicionados en relación con una punta de plegado.
La figura 15 es una vista en planta exagerada de una realización de los dedos de plegado.
La figura 16A es una vista en perspectiva de una realización de los dedos de plegado dispuestos en un ángulo de aproximadamente 90° y en posiciones cerradas.
La figura 16B es una vista en perspectiva de una realización de los dedos de plegado dispuestos en un ángulo de aproximadamente 90° y en posiciones abiertas.
La figura 17A es una vista frontal de una realización de una estación de empaquetado.
La figura 17B es una vista lateral en sección transversal de una realización de una estación de empaquetado a lo largo de la línea A de la figura 17A con compuertas en una posición de empaquetado cerrada.
La figura 17C es una vista lateral en sección transversal de una realización de una estación de empaquetado a lo largo de la línea A de la figura 17A con una compuerta cerrada y una compuerta abierta.
La figura 17D es una vista lateral en sección transversal de una realización de una estación de empaquetado a lo largo de la línea A de la figura 17A con compuertas en una posición de apertura, llenado.
La figura 18A es una vista en perspectiva de una realización de una estación de inyector de fluido.
La figura 18B es una vista en sección transversal de la parte frontal de una realización de una estación de inyector de fluido que representa el conducto de flujo de fluido de presión positiva o de inyección.
La figura 18C es una vista en sección transversal del lado derecho de una realización de una estación de inyector de fluido que representa una porción del conducto de flujo de fluido de presión negativa o de aspiración.
La figura 18D es una vista en sección transversal de la parte posterior de una realización de una estación de inyector de fluido que representa una porción del conducto de flujo de fluido de presión negativa o de aspiración.
La figura 19 es una vista en sección transversal de una realización de la aguja de inyector y los conductos de flujo de una estación de inyector.
La figura 20A es una vista en perspectiva de una realización de una limpieza al vacío.
La figura 20B es una vista en sección transversal a lo largo de la línea D de la figura 20A de una realización de una limpieza al vacío.
La figura 21 es una vista en perspectiva de una realización de un troquel de cono y un cepillo de limpieza.
La figura 22 es una vista en perspectiva de una realización alternativa del aparato y sistema que representa en general la relación entre diversos subsistemas del aparato.
Descripción detallada de realizaciones
A lo largo de la especificación, siempre que sea factible, las estructuras similares se identificarán mediante números de referencia similares. En algunas figuras, se han omitido componentes, tales como conexiones eléctricas y tubería adicionales (tales como tubería de vacío y tubería neumática) para claridad en los dibujos. Adicionalmente, en algunas figuras se han omitido estructuras repetitivas, tales como accionadores múltiples. En tales casos los componentes de ejemplo se proporcionan con propósitos explicativos y debe entenderse que otros dispositivos similares en los dibujos pueden estar provistos de componentes similares. A menos que se establezca expresamente otra cosa, el término "o" significa "cualquiera o ambos", de tal manera que "A o B" incluye A solo, B solo, y tanto A como B juntos.
La figura 1 generalmente representa una realización de un ensamblaje 100 de empaquetado. Realizaciones pueden incluir un carrusel 200, un transportador 300 de cono, un ensamblaje 400 de tolva, un transportador de hojas (no se muestra), una tolva 401 trituradora, una estación 500 de empaquetado, una estación 510 de pesaje, una estación 600 plegadora, y una estación 800 de control de calidad. Adicionalmente, el ensamblaje de empaquetado puede incluir un transportador 806, y una estación 700 de inyector (que puede integrarse con la estación plegadora o ser un subensamblaje separado). El ensamblaje de empaquetado también puede estar provisto de una estación de recorte de conos (no se muestra) y una limpieza al vacío (no se muestra). Los diversos subensamblajes pueden montarse en una mesa 101.
El ensamblaje 100 de empaquetado también está equipado con un número de accionadores. Los accionadores mueven los diversos componentes del ensamblaje a sus posiciones adecuadas. En una realización, los accionadores son generalmente accionadores neumáticos y motores eléctricos, aunque debería ser apreciado por un experto normal en la técnica que se podría usar cualquier accionador. A modo de ejemplo no limitante, se podrían usar motores de velocidad continua, motores de velocidad variable, servomotores, accionadores hidráulicos, o magnéticos. A modo de ejemplo adicional, un accionador podría ser en la forma de una válvula o conmutador simple que el sistema de control opera para permitir que un fluido hidráulico o neumático fluya a través del sistema y proporcione la fuerza requerida por el sistema. También se puede utilizar una bomba de vacío y tubería de vacío para controlar el flujo de aire en el sistema.
La figura 22 es una vista general de una realización alternativa del presente aparato y sistema que representa los subsistemas en una disposición lineal en lugar de una disposición circular como en la figura 1. La figura 22 generalmente representa una realización de un ensamblaje 100 de empaquetado. Incluye un carrusel 200, un transportador 300 de cono que mueve troqueles linealmente a través del sistema. También incluye un ensamblaje 400 de tolva, un transportador 451 de hojas, y una estación de empaquetado y una estación plegadora que están corriente abajo de una estación 1200 de recorte de conos.
Se puede usar un sistema de control eléctrico para monitorizar y controlar la operación del sistema y ensamblaje de empaquetado. El sistema de control eléctrico puede incluir circuitos dedicados, hardware de ordenador programable, firmware, software, controladores, o una combinación de los mismos. El sistema de control coordina la operación del aparato y sistema y en particular coordina los accionadores y el vacío y neumática además de utilizar datos de sensores, parámetros preestablecidos almacenados en el sistema de control, o una combinación de los mismos. Aunque generalmente es ventajoso utilizar un sistema de control de un ordenador autónomo orientado localmente (con dispositivos de entrada y salida acompañantes tales como una pantalla, teclado, ratón, pantalla táctil, control de comando de voz, etc.) para reducir la latencia en el bucle de retroalimentación y comando entre los sensores, ordenador, y accionadores, se contempla que partes del sistema de control podrían organizarse de una manera distribuida, con sistemas de subcontrol que operan porciones del sistema de empaquetado mientras están conectados en red con un controlador de ordenador principal, o incluso que porciones del sistema de control podrían ubicarse fuera del sitio y conectarse a través del internet.
En una realización, un ordenador monitoriza los sensores del ensamblaje de empaquetado, y coordina la operación de los accionadores del ensamblaje de empaquetado. Simultáneamente, el ordenador registra los datos respectos a la operación del ensamblaje de empaquetado. Por ejemplo, el ordenador registra la hora en que se activa cada accionador. El sistema de ordenador puede compilar además el número de operaciones de cada accionador para determinar si debería haberse creado un producto completo. Por ejemplo, el ordenador identifica que fueron activados los accionadores del carrusel, seguido de la activación de los dedos de desanidamiento. Un sensor de retroalimentación en los dedos de desanidamiento informa al ordenador que un cono fue retirado con éxito desde el carrusel y el ordenador registra esos datos. El ordenador luego registra la activación del transportador de cono y la activación de sensor de estación de pesaje y del accionador de estación de pesaje (indicando que el producto se ha alimentado al cono). El sistema de ordenador registra la activación del accionador de varilla de empaquetado seguido de la activación de los accionadores de dedos de plegado (indicando que el cono lleno se ha completado), y luego el ordenador registra el accionador de troquel (liberando el cono lleno) seguido de la retroalimentación de sensor desde los sensores de control de calidad (tal como registrar el peso del cono, una imagen del cono, o una simple verificación de que el cono está presente). Luego el ordenador registra si fue activado el accionador de rechazo para determinar si el cono fue aceptado o rechazado. El ordenador registra la activación subsecuente de los accionadores de la estación de inyección de fluido, incluyendo la operación de las bombas de fluido para registrar si el cono fue llenado con un núcleo de fluido, y cuánto fluido fue depositado en el cono. Pueden registrarse datos de control de calidad subsecuentes (y datos de aceptación/rechazo) como se describió previamente. En algunas realizaciones, el llenado de fluido se produce antes de cualquier control de calidad. Al coordinar el registro de los datos que pertenecen a los accionadores y sensores, el sistema de ordenador es capaz de rastrear los conos individuales a medida que avanzan a través del sistema de empaquetado.
El sistema de control de ordenador también puede estar conectado a una unidad de enfriamiento o refrigeración. Un ejemplo de una unidad de enfriamiento adecuada es un bloque de aluminio que contiene o está fijado a un depósito. Se puede fijar un número de chips termoeléctricos al bloque de aluminio, de tal manera que, cuando se energizan, los TECs enfrían el bloque enfriando de esa manera cualquier fluido refrigerante en el depósito dentro del bloque. Un sensor puede monitorizar la temperatura del refrigerante y proporcionar retroalimentación al ordenador que a su vez controla la temperatura de los TECs y por extensión del refrigerante. Otras unidades de refrigeración convencionales serán evidentes para los expertos normales en la técnica.
La unidad de refrigeración está conectada a ciertos subcomponentes del ensamblaje donde es deseable mantener una temperatura fría constante. Estos subcomponentes son áreas donde el movimiento del ensamblaje o del producto (hojas) a través del ensamblaje tiende a crear calor que calienta el producto.
En general, el ensamblaje de empaquetado se construye de un número de estaciones diferentes. Las estaciones realizan tareas particulares que juntas ensamblan un cono lleno. El ensamblaje de empaquetado que se muestra en la figura 1 está configurado en una disposición circular, de tal manera que los conos se mueven a través del sistema en una manera en sentido contrario a las agujas del reloj. Sin embargo, se contempla que el transportador de conos podría disponerse linealmente con las estaciones dispuestas a lo largo de este tal como se muestra en la figura 22. En la realización de la figura 1 los conos del carrusel 200, se depositan en un transportador 300 de conos, que mueve el cono a una estación 500 de empaquetado, luego a una estación 600 plegadora seguida de una estación 800 de control de calidad. Los conos luego pueden entonces proceder a una estación 700 de inyector.
Con referencia adicional a las figuras 12, 13, y 22, en otra realización, los conos del carrusel 200 se depositan en un transportador 1201 de corte (que puede tener una estructura similar a la de las placas del carrusel. El transportador de corte mantiene el cono 1000 en una posición vertical y mueve el cono hacia un cabezal 1202 de recortadora. El cabezal de recortadora puede incluir una porción de corte, tal como una cuchilla o múltiples cuchillas de tijera, generalmente indicadas en 1203. Un sistema de posicionamiento de cono ayuda a posicionar el cono. La presente realización está en una orientación vertical, aunque podría orientarse horizontalmente. Un elevador 1204 de cono está posicionado debajo del transportador de corte. El elevador de cono puede estar formado por un accionador 1205 unido a un pistón 1206 y placa 1207. Al accionar el accionador 1205 se mueve la placa hacia arriba y hacia abajo. La placa entra en contacto con el extremo proximal del cono para levantar el cono a una altura deseada como se muestra en la figura 13. El cabezal de recortadora está unido a un accionador 1208 que mueve el cabezal con respecto al cono, por ejemplo levantándolo (figura 12) y bajándolo (figura 13). El cabezal de recortadora puede incluir un sensor de posición, tal como un ensamblaje de codificador (no se muestra) que proporciona retroalimentación al sistema de control para controlar con precisión la ubicación y movimiento del cabezal de recortadora. El sistema de control incluye valores almacenados para conos de tamaño particular. Al coordinar el accionamiento del elevador de cono para entrar en contacto con el extremo proximal del cono y levantar el cono, y la altura del cabezal de recortadora con respecto al cono y la placa 1207 de elevación, la distancia desde el extremo proximal del cono hasta la cuchilla 1203 de recorte se conoce para cada valor de cono almacenado. De este modo, los conos de tamaño de manera diferente se pueden recortar con precisión a longitudes idénticas independientemente de las tolerancias de fabricación de los conos de tamaño de manera general.
Las figuras 2A y 2B representan una realización de un ensamblaje 450 de tolva trituradora que se puede utilizar. El ensamblaje 450 de tolva trituradora incluye una tolva 401 que tiene una entrada 402 de tolva y una salida 403 de tolva. En la salida de la tolva está una rueda 451 que es operada por un accionador 452 de rueda. La rueda puede incluir una superficie texturizada para funcionar como una rueda de trituración. En una realización, la entrada 402 de tolva se pone en embudo hacia la salida 403 de tolva, y la salida es aproximadamente el mismo ancho que la rueda 451. Una porción de la rueda encaja dentro de la salida de tolva para bloquear sustancialmente el flujo de hojas fuera de la tolva mientras que se deja una brecha entre una superficie de la rueda y una porción de la tolva. El sistema de control envía una señal al accionador de rueda para accionar la rueda. Cuando las hojas están en la tolva, a medida que gira la rueda extrae hojas a través de la brecha entre la rueda y la tolva. Cuando se usa una rueda texturizada, el giro de la rueda texturizada puede triturar las hojas a medida que las hojas son forzadas entre la superficie de la rueda y la tolva en la salida de tolva. A medida que las hojas salen de la salida, pueden depositarse en un transportador o alternativamente depositarse directamente en una estación de pesaje u otro subensamblaje.
La tolva 401 de trituración es propensa a una acumulación de calor debido a la fricción creada por la rueda 451 giratoria y el roce del producto contra el producto a medida que el producto se mueve a través de la tolva. Es particularmente problemático en ese subensamblaje debido a que, a medida que el producto se calienta, puede tener una tendencia a formar grumos y liberar fluido que lleva además a una acumulación residual, pegajosa en la tolva, en la rueda, y en la salida. La acumulación restringe el flujo libre de producto a través del sistema. Adicionalmente, a medida que el producto forma grumos, tiene una tendencia a formar puentes en la tolva y de esa manera bloquea completamente el flujo de producto.
Por consiguiente, tanto la tolva como la rueda de trituración pueden estar conectadas a un circuito de flujo de refrigerante que a su vez está conectado a la unidad de refrigeración. Por ejemplo, la tolva puede estar formada por aluminio y contener un conducto de flujo enrevesado sellado que permite que el refrigerante fluya hacia el conducto de flujo desde la unidad de refrigeración, fuera del conducto de flujo a una porción corriente abajo del circuito de flujo, y finalmente de vuelta a la unidad de refrigeración. El refrigerante de esa manera es capaz de enfriar la tolva y mantener la temperatura de la tolva aproximadamente a la temperatura del refrigerante en el circuito de refrigerante. A medida que el producto se alimenta en la tolva, la tolva enfriada a su vez enfría y mantiene la temperatura del producto para evitar que se libere fluido. El circuito de fluido también puede incluir la rueda 451 de trituración. El refrigerante se puede alimentar a la rueda a través de una manguera en conjunto con una unión giratoria, y luego se permite que fluya y continúe a través del circuito de refrigerante.
Las figuras 7A hasta 11B representan una realización de un sistema transportador de productos equipado con un circuito de enfriamiento. La realización incluye una tolva 7001, uno o más transportadores (tal como 7002), y un alimentador 7004. La tolva se puede formar con una sección transversal en forma de reloj de arena donde una cámara superior se ahúsa hacia una porción de cuello estrecho y la cámara inferior se ensancha desde la porción de cuello al transportador debajo de la tolva. Generalmente, la cámara superior puede ser más grande que la cámara inferior. La conformación de reloj de arena ayuda a evitar la formación de puentes del producto en la tolva. El transportador puede incluir una compuerta 7019 para reglamentar el volumen de producto que sale de la tolva. Debido a que el transportador 7002 se mueve por debajo de la tolva, el producto puede acumularse y agitarse en la compuerta 7019, creando de esa manera fricción y calor. La tolva y transportador pueden estar conectados a un circuito de enfriamiento para disipar el calor y mantener el producto frío.
Diversas porciones del sistema transportador de productos pueden estar conectadas a un circuito de enfriamiento. Como se muestra en las figuras 7A-11B, la tolva 7001 puede incluir placas 7010, 7011,7012, 7013 de enfriamiento. En una realización, las placas de enfriamiento contienen un conducto interno a través de la cual puede fluir un fluido refrigerante. Las placas de enfriamiento pueden conectarse mediante mangueras, por ejemplo, 7014, 7015, que a su vez pueden conectarse a placas de enfriamiento adicionales y un depósito de refrigerante (no se muestra) para formar un circuito de enfriamiento. Se pueden proporcionar placas de enfriamiento adicionales en asociación con los transportadores. Por ejemplo, la placa 7016 y 7017 de enfriamiento enfrían la cinta 7002 transportadora. De esa forma, la tolva y cinta transportadora pueden mantener el producto frío mientras se mueve a través del sistema.
El alimentador 7004 se muestra en las figuras 10A-11B. El alimentador puede incluir el canal 7018 para guiar el producto en el transportador hacia el extremo del transportador y evitar que se acumule exceso de producto y que se rebose sobre el transportador. En la realización representada, el canal está compuesto de un par de placas 7020 y 7021. El alimentador también puede incluir una rueda 451 de trituración y una compuerta 7022 dinámica. En una realización, la superficie del transportador 7002 puede ser la rueda de trituración a medida que gira más allá de la compuerta 7022 dinámica. La compuerta dinámica puede estar formada por una placa 7023 de compuerta y un enlace 7024 que está conectado a un pasador 7025 que está montado excéntricamente en una rueda 7026. La placa 7023 de compuerta también puede estar conectada a las placas 7020 y 7021 por el pasador 7030 para permitir que la placa de compuerta pivote con respecto a las placas. La rueda puede estar conectada a un accionador 7027. El accionador está además conectado a un controlador de la máquina, tal como un ordenador o microprocesador. El controlador puede transmitir instrucciones al accionador para girar la rueda y controlar de esa manera la operación de la compuerta dinámica. En una realización, el accionador se controla intermitentemente de tal manera que gira la rueda 7026 en sentido de las agujas del reloj para abrir la compuerta, luego en sentido contrario a las agujas del reloj para cerrar la compuerta y presionar las hojas contra la rueda 451 de trituración. De esa forma, la compuerta dinámica puede ser pulsada contra la rueda de trituración repetidamente para permitir que las hojas pasen y trituren las hojas simultáneamente. También, al controlar la compuerta y cuánto se gira la rueda 7026 en sentido contrario a las agujas del reloj se puede controlar la aspereza de la trituración del producto.
Adicionalmente, el transportador y compuerta dinámica pueden ser controlados por el sistema de control que también recibe retroalimentación desde la estación de pesaje. El controlador monitoriza la retroalimentación de la estación de pesaje y utiliza esa retroalimentación para controlar la velocidad del transportador y la operación de la compuerta dinámica. Cuando la estación de pesaje indica que hay poco peso, la velocidad del transportador aumenta y la compuerta dinámica se abre para proporcionar una brecha mayor. A medida que aumenta el peso, la velocidad del transportador se disminuye y la compuerta dinámica es forzada más cerca de la rueda de trituración para triturar el producto más finamente y ralentizar el depósito del producto en la estación de pesaje. El sistema de control almacena en memoria un peso establecido para un producto (por ejemplo la cantidad de producto necesaria para llenar un cono). A medida que el peso se acerca al peso establecido, el controlador reduce la velocidad del transportador y ajusta el espaciado de la compuerta dinámica para controlar con mayor precisión la deposición del producto en la estación de pesaje.
En algunas realizaciones, la placa 7023 de compuerta incluye una ruta de fluido interna que está conectada al circuito de enfriamiento, por ejemplo mediante mangueras 7028 y 7029. El circuito de enfriamiento ayuda a mantener el producto a una temperatura fresca, preferiblemente entre 35° F y 55° F durante el ciclo de empaquetado. Fue encontrado que utilizar el circuito de enfriamiento del presente sistema en conjunto con un fluido refrigerante en el rango de 35° F y 40° F fue suficiente para mantener la temperatura preferible del producto durante el ciclo de empaquetado. Las temperaturas más bajas corren el riesgo de crear cristales de hielo a partir de la humedad ambiental lo cual podría tener impacto negativamente en el proceso, y las temperaturas más altas tienden a ser inefectivas para superar el calor generado en el sistema. El producto se puede alimentar desde un contenedor refrigerado a la tolva 7001. El circuito de enfriamiento mantiene la temperatura de la tolva, transportador, compuerta dinámica y rueda de trituración, y de esa manera controla la temperatura del producto que se alimenta a medida que se mueve a través del sistema para ser depositado en conos al disipar calor, por ejemplo que puede generarse a través de la fricción.
La figura 11C es una representación de una realización alternativa del sistema de alimentación. Para claridad, se ha retirado la compuerta dinámica. Incluso con los enfriadores, el material particulado aún puede acumularse en el transportador. Para evitar la acumulación excesiva de material particulado, el cepillo 7031 de limpieza puede posicionarse debajo del transportador. En algunas realizaciones, el cepillo 7031 es movido por un accionador (no se muestra) para girar en la dirección opuesta al movimiento del transportador. De este modo, después de que el transportador deposita el material en el cabezal de empaquetado, el transportador continúa a lo largo de su trayectoria y el cepillo de limpieza gira opuesto al transportador para cepillar y limpiar el material particulado remanente del transportador.
Con referencia a las figuras 17A-17D, se muestra una realización de una estación de empaquetado. El producto se alimenta a una estación 500 de empaquetado para empaquetar en un cono. En una realización, la estación de empaquetado incluye una entrada 1701, una ruta 1702 de evacuación, una cámara 1703 de empaquetado que termina en una salida 1704, varilla 1705 de empaquetado, y un puerto 1706 de escape en comunicación con la cámara de empaquetado. La estación de empaquetado también puede incluir una o más compuertas para abrir o cerrar secciones de la cámara de empaquetado. Por ejemplo, la estación de empaquetado puede incluir una compuerta 1707 de entrada en la entrada, antes de la ruta de evacuación, y una compuerta 1708 de evacuación entre la ruta de evacuación y la cámara de empaquetado. Como se muestra en las figuras 17B-17D, las compuertas pueden abrirse y cerrarse selectivamente de tal manera que el producto pueda fluir hacia la cámara de empaquetado con ambas compuertas abiertas, el tamaño de la cámara de empaquetado puede restringirse cerrando ambas compuertas o compuerta 1708, y la compuerta 1708 evacuación puede abrirse para permitir la aplicación de succión a la cámara de empaquetado para limpiar el material particulado residual.
Cuando se empaqueta, el material particulado se deposita en la cámara de empaquetado, la varilla de empaquetado se alterna selectivamente para permitir que el material particulado pase a través de la salida y hacia un cono posicionado debajo de la salida 1704. La varilla de empaquetado puede ser un tubo hueco a través del cual se puede proporcionar gas presurizado al cono cuando se empaqueta. A medida que se aplican ráfagas de aire, el aire empujará de vuelta hacia la cámara de empaquetado. Para aliviar la presión, se permite que el aire pase fuera de la cámara de empaquetado a través del puerto 1706 de escape. Fue encontrado que el material particulado también tendería a transportarse. Para evitar el escape de material particulado y controlar el flujo de aire, el puerto de escape puede estar equipado con una chimenea 1709 de escape. En una realización, la chimenea es aproximadamente de 10-20 pulgadas en longitud. El aire pasa a través de la chimenea, pero debido a la longitud, el material particulado no puede escapar. El material particulado transportado cae de vuelta en la cámara y luego pueden empaquetarse además en el cono.
Debido a que el material particulado se manipula durante el proceso de empaquetado, el calor puede acumularse en la cámara de empaquetado. Para contrarrestar el calor, en una realización, la estructura que forma la cámara 1703 de empaquetado se enfría lo cual a su vez ayuda a mantener frío el producto de material particulado.
Mantener el producto frío ayuda además cuando se inyecta un núcleo de fluido. Después de que el producto se empaqueta en conos, los conos llenos están listos para una inyección de fluido. Para mantener que el fluido fluya libremente, puede calentarse. Debido a eso, dependiendo del tipo de fluido utilizado, el fluido puede experimentar un proceso de descarboxilación. Por ejemplo, antes de que se produzca el proceso de calentamiento e inyección en la estación de inyección de fluido, primero se puede descarboxilar un extracto de aceite concentrado usando técnicas conocidas en la industria (tales como calentar el aceite durante cantidades prolongadas de tiempo hasta que cese el burbujeo en el líquido). Esta etapa es necesaria para ciertos aceites concentrados extraídos (por ejemplo extractos por fragmentado, demolición, salsa, resina viva) debido a que esos aceites liberarán gas y burbujearán cuando se calienten hasta el punto de una viscosidad suficientemente baja para la inyección de fluido. Las burbujas pueden interferir con el mecanismo de bombeo y el circuito de fluido al crear una presión variable cuando se bombea (por ejemplo bolsas de aire en las líneas de fluido) dando como resultado que se inyecten cantidades imprecisas del aceite. De este modo, al descarboxilar primero el aceite, la estación de inyección de fluido puede calentar de manera fiable el fluido sin interrumpir el flujo de fluido y el proceso de bombeo para de esa manera inyectar de manera fiable el fluido en el cono.
Con referencia a las figuras 18A-18D y la figura 19, una realización de la estación de inyección de fluido incluye múltiples conductos de flujo de dirección singular. En general, la estación 1800 de inyector de fluido incluye un depósito 1801 un accionador 1802 y una bomba 1803 para el conducto de flujo de inyección, un accionador 1804 y bomba 1805 para el conducto de flujo de aspiración (aunque en algunas realizaciones el accionador y la bomba respectivos están integrados en unidades de bomba únicas respectivas), y un accionador 1806 de aguja que sube y baja una aguja 1811 de inyector.
El conducto de flujo de inyección hace fluir el fluido desde el depósito hacia la aguja de inyector. Por el contrario, el conducto de flujo de aspiración extrae fluido desde la aguja, a través del conducto de flujo de aspiración y de vuelta al depósito. En una realización, el conducto de flujo de inyección extrae fluido desde la parte inferior del depósito, mientras que el conducto de flujo de aspiración deposita fluido hacia la parte superior del depósito. Eso permite que el fluido desde el conducto de flujo de aspiración, que puede contener burbujas de aire debido a la cavitación desde el flujo de fluido inverso en la aguja, se deposite en la parte superior del depósito y se asiente en el depósito antes de alcanzar el conducto de flujo de inyección. De este modo el sistema evita la formación de burbujas de aire en el fluido que se inyecta usando la aguja, particularmente en el punto de inyección donde el fluido ocupa una cavidad dentro de la aguja.
La figura 18B representa una realización del conducto de flujo de inyección. El accionador 1802 controla la operación de la bomba 1803 para hacer fluir el fluido a través del conducto1808 de flujo de inyección. La bomba extrae fluido desde el depósito 1801 a través del puerto 1807 en la parte inferior del depósito. La bomba fuerza el fluido a través del conducto de flujo de inyección hacia el puerto 1809 de salida donde el fluido luego pasa a la aguja y sale además de la aguja según se desee. En algunas realizaciones, la aguja está además rodeada por un calentador 1818 y boquilla 1819. El calentador está conectado al sistema de control para controlar la temperatura de la aguja, y por extensión, el fluido en el punto de inyección. La boquilla es de conformación similar a la punta de plegado. De este modo, la alineación del orificio en el extremo distal del cono lleno de material particulado con la aguja (que es coaxial con la boquilla) es facilitada por la boquilla que coincide con el extremo distal y la porción de reborde elevada del extremo distal del cono. Fue encontrado que utilizar los calentadores para mantener una temperatura de fluido de entre 100° F y 120° F, y de manera óptima aproximadamente 110° F proporcionó la viscosidad de flujo óptima para la mayoría de fluidos de inyección mientras que previno la cavitación durante el proceso de inyección.
Como se muestra en la figura 19, el conducto 1808 de flujo de inyección finaliza en el puerto 1809 que desemboca en la cámara 1810 que aloja la aguja 1811. Las juntas 1812 y 1813 sellan la cámara alrededor de la aguja para evitar que el fluido se escape de la cámara mientras que permiten que la aguja se alterne dentro de la cámara 1810. La aguja incluye un orificio transversal 1814 que es una ruta que se extiende a través de la totalidad del eje de aguja. La aguja incluye una ruta 1815 que conecta el orificio transversal y la salida 1816 de aguja que permite que el fluido fluya desde la cámara a través del orificio transversal, a través de la ruta de aguja y fuera de la salida de aguja. La dirección de flujo de fluido en los conductos de inyección y de aspiración se representa mediante las flechas.
La ruta 1817 de aspiración se conecta a la cámara 1810. Como se muestra en las figuras 18C y 18D, la ruta 1817 de aspiración lleva desde la cámara de vuelta al depósito 1801 para fluir hacia el depósito en el puerto 1820 de retorno. Se aplica presión negativa a la ruta de aspiración para extraer fluido fuera de la cámara. La succión creada en la cámara crea una presión negativa en la ruta 1815 de aguja que retira fluido de vuelta hacia arriba de la aguja y fuera del orificio transversal 1814. De este modo, al aplicar presión positiva y negativa, el fluido se hace fluir a través de la ruta de inyección y fuera de la aguja y se retira desde la aguja y fuera del conducto de aspiración sin invertir el flujo de fluido en ninguna de las rutas de inyección o de aspiración.
Si el flujo de fluido no está controlado, la cavitación tiende a producirse en el 1814 orificio transversal de aguja a medida que el fluido es empujado hacia adelante e invertido a través del orificio transversal 1814. En una realización, la aguja se dimensiona y los accionadores de bomba se sincronizan de tal manera que al aplicar succión se retira el fluido del orificio transversal y hacia la cámara 1810, la mayor parte del fluido turbulento se puede elevar por encima del orificio transversal y se puede bombear fluido fresco desde el conducto de flujo de inyección hacia la aguja. Eso limita la cantidad de fluido en el sistema que está siendo empujado hacia adelante y hacia atrás a solo la cantidad de fluido en la aguja, la mayoría o todo del cual se expulsa en ciclos de inyección sucesivos de tal manera que el fluido en la aguja solo experimente flujo inverso una vez o dos veces antes de ser expulsado. Una vez que se inyecta un fluido, es preferible que el fluido se enfríe para evitar que el fluido sobresature el producto. Al mantener el producto frío durante la etapa de empaquetado, el producto mismo ayuda a enfriar el fluido a medida que se inyecta el fluido en el centro del cono. De este modo, el producto frío ayuda a reducir la temperatura del fluido durante la inyección, aumentando la viscosidad de fluido y manteniendo el fluido como un núcleo central dentro del cono. Los conos llenos pueden luego transportarse a una cámara refrigerada para enfriar además el fluido.
La figura 3 generalmente representa una realización de una estación 600 plegadora. La estación plegadora puede incluir un alojamiento que acomoda una varilla 602 de plegado. Una punta 604 plegadora está fijada a (o integrada con) un extremo distal de la varilla 602 de plegado, mientras que un extremo proximal de la varilla 602 de plegado está asociado con un accionador 610 de varilla de plegado.
En una realización, se utilizan dos dedos de plegado. Con referencia a la figura 3, una realización incluye dedos 642, 652 de plegado, y accionadores 643, 653 de dedos de plegado. Cada uno de los dedos de plegado incluye, por ejemplo, una ranura sustancialmente en forma de V (no se muestra) que juntos abarcan un extremo 1102 distal de un cono 1120 cuando los dedos de plegado se juntan.
Para plegar el cono, se orienta un troquel 310, que contiene el cono 1120 lleno, por debajo de la estación 600 de plegado de tal manera que la punta 604 plegadora y el cono 1120 estén alineados axialmente. En una realización, un soporte 561 de cono soporta el extremo proximal del cono 1120 lleno. El soporte de cono puede integrarse con o conectarse al accionador 562 de soporte que puede elevarse para entrar en contacto (y en algunas realizaciones levantar) el cono 1120 lleno cuando el transportador de cono está alineado con la punta plegadora. El levantamiento del cono 1120 lleno puede ayudar a asegurar que el extremo 1102 distal del cono sobresalga desde el troquel 310 para un plegado adecuado. En una realización, el soporte de cono se puede unir al cono (tal como a través de succión o sujeción mecánica). En una realización, los accionadores 643, 653 de dedos de plegado hacen que los dedos 642, 652 de plegado se acoplen con el extremo 1102 distal del cono 1120 lleno y hacen que el extremo 1102 distal del cono se deforme en preparación para plegar el cono. Los dedos de plegado convergen en el extremo distal, comprimiendo el papel del extremo distal hacia el eje central del cono.
Con referencia a las figuras 4A, 4B, y 4C, se representa una realización de una punta 670 plegadora y con referencia a las figuras 5A y 5B se representa tanto una vista en perspectiva de un cono plegado, lleno como una vista en sección transversal de un extremo distal de un cono 1120 plegado, lleno. En una realización, los dedos 652, 642 pueden unirse y presionar el extremo distal del cono contra una porción central de la punta de plegado, tal como el pasador 671 axial. La punta 670 de plegado luego se presiona en el extremo distal del cono 1120 lleno, el pasador 671 axial evita que el cono encierre completamente el extremo distal, y cuando la punta de plegado se retrae, se forma un orificio 1122 de acceso en el papel 1121 plegado del cono 1120 lleno y de este modo el extremo distal plegado se extiende y cubre sustancialmente el material particulado dentro del cono. Alternativamente, el cono podría ser forzado hacia arriba en la punta de plegado, o una combinación de movimientos podría lograr el mismo efecto.
En una realización, la punta 670 de plegado incluye una superficie 672 circunferencial exterior, una superficie 673 circunferencial interior, un pasador 671 axial, y un borde 674 de contacto como se muestra en las figuras 4A-4C. Preferiblemente la sección transversal de la punta de plegado es circular, y preferiblemente el diámetro del borde 674 de contacto es menor que el diámetro más grande del extremo distal del cono 1120 lleno. La superficie 672 circunferencial exterior de la punta 670 de plegado puede ser cónica de tal manera que el ángulo a coincida contra el ángulo de la superficie de un troquel que sujeta el cono (por ejemplo troquel 310), véase figura 3. La superficie 673 interior también puede ser cónica. En una realización, el ángulo p de la superficie interior está entre 80° y 85°. La superficie circunferencial interior termina en el pasador axial y el borde de contacto, respectivamente. Durante el proceso de plegado, la punta de plegado puede colocarse en el extremo distal del cono 1120 lleno de tal manera que una porción central, por ejemplo, el pasador 671 axial esté debajo del reborde 1103 del extremo 1102 distal del cono 1120 lleno. Cuando los dedos 642 y 652 convergen, el pasador axial evita que los dedos aplasten completamente el papel del cono, y el papel del cono es presionado contra el pasador axial. La punta 670 de plegado se presiona hacia el cono 1120 lleno de tal manera que el papel del extremo distal del cono se desliza hacia arriba por el pasador axial y esté limitado por la superficie 673 circunferencial interior. El borde 674 de contacto presiona el papel del cono en las hojas dentro del cono, corrugando el papel del cono sobre sí mismo (véase en general, líneas 1130 de pliegue de la porción plegada del cono (1121) y en el cono mientras el pasador axial evita que el papel del cono cubra completamente las hojas, aunque la mayor parte del extremo distal está cubierto por el papel plegado. De esta forma, una porción del papel del cono se empuja hacia una cavidad interior del cono de tal manera que el extremo distal se pliega sobre sí mismo y sobre las hojas dentro del cono, mientras que una porción del cono de papel sobresale más allá del nivel de las hojas 1140 (y cualquier fluido 1124 donde el cono lleno se inyecta con fluido) creando un labio 1123 circunferencial alrededor del cono. También de esta forma, el extremo del cono se pliega y exhibe una deformación plástica que evita de esa manera el escape de hojas mientras que deja un pequeño orificio 1122 en el extremo del cono. De este modo, como se muestra en las figuras 5A y 5B, el cono 1120 lleno tiene un extremo 1101 proximal (boca) y un extremo 1102 distal (punta), un labio circunferencial de papel 1123, papel 1121 plegado en el labio circunferencial, y un orificio 1122 de acceso, aproximadamente en el centro del papel 1121 plegado de tal manera que el reborde 1103 del cono 1120 lleno se pliega hacia abajo y hacia el centro del diámetro del cono.
En una realización, la longitud de un cono desplegado está entre aproximadamente 4 pulgadas y 4,5 pulgadas en longitud. Fue encontrado que plegar el extremo distal del cono de tal manera que la porción plegada presionara y entrara en contacto con las hojas dentro del cono era más adecuado para asegurar que las hojas dentro del cono no salieran libremente del cono cuando el cono estaba invertido (particularmente en conos plegados que tienen un orificio 1122 de acceso) y mejoró el encendido del extremo distal del cono en lugar de dejar una brecha de aire entre las hojas en el cono y el papel plegado. Adicionalmente, fue encontrado que plegar el cono de tal manera que el labio 1123 circunferencial se extendiera entre aproximadamente 2 mm y 5 mm producía resultados óptimos mientras que maximizaba el volumen interior del cono que podía llenarse con hojas.
Fue encontrado un número de beneficios cuando se pliega la punta del cono para proporcionar el orificio 1122 de acceso en el extremo distal del cono así como al crear un labio circunferencial de papel 1123 en lugar de sellar completamente el cono ya sea mediante un pliegue de botón completo o torciendo el papel del cono cerrado. Un beneficio es que el orificio proporciona un punto de acceso para una aguja que luego se puede insertar en el cono para llenar el cono con un núcleo de fluido sin que la aguja perfore a través de las capas de papel de cono. Fue encontrado que intentar perforar a través de las capas de papel a menudo desplazaba las hojas dentro del cono, o llevaba a una compactación desigual de las hojas que afectaba negativamente a la quema del cono. El orificio asegura que la aguja no encuentre una resistencia excesiva desde el papel, y pueda penetrar la longitud del cono, a través de las hojas, sin compactar innecesariamente las hojas o hacer que el papel empuje y desplace las hojas en la punta del cono.
Adicionalmente, el orificio permite el flujo de aire de creación a través del cono cuando se enciende el cono lleno. A medida que se acerca una llama al cono lleno, el aire se puede extraer a través del cono creando un vacío en el extremo de diámetro pequeño del cono, extrayendo de esa manera la llama en el cono para que entre en contacto con las hojas y núcleo. Eso ayuda a encender el centro del cono donde se puede depositar el núcleo de fluido. Sin el orificio, cuando la punta está cerrada debido a un pliegue completo o torsión cerrada del papel, es difícil crear un vacío en el cono no encendido. Cuando una llama entra en contacto con una punta completamente cerrada, fue encontrado que la llama encendería el papel, y luego migraría, o recorrería, por el lado del cono quemando el papel en lugar de las hojas. Aunque las hojas finalmente se encendían, el recorrido de la llama tendía a provocar un encendido desigual de las hojas (por ejemplo encender las hojas en las cercanías del recorrido, en lugar de uniformemente a través del diámetro del cono) lo cual contribuía a una tasa de quemado desigual para el cono lleno. También significaba que las hojas a lo largo del exterior del cono (próximas al papel) se encenderían primero, dejando el núcleo lleno de fluido sin encender. Al agregar el orificio a la punta del cono plegado, cuando se aplica un vacío al cono (extrayendo aire desde el extremo distal y fuera a través del extremo proximal), la llama es extraída directamente hacia el centro del cono y hacia el núcleo de cono de fluido, para (particularmente donde el fluido es un aceite inflamable) encender de manera fiable el núcleo y las hojas ubicadas centralmente. Eso da como resultado la quema primero del papel plegado (antes del papel del cono que rodea y que sostiene las hojas), lo cual a su vez ayuda a contener las hojas a medida que se quema el cono, y contribuye a un encendido más uniforme y quema progresiva de las hojas. Fue encontrado que proporcionar una punta de plegado con la estructura anterior creaba pliegues uniformes más fiables en el extremo del cono lleno y simultáneamente proporcionaba un orificio de flujo de aire en el cono de papel.
Adicionalmente, fue encontrado que incluso con el orificio de acceso, las hojas dentro del cono no se encendían de manera uniformemente consistente, y había riesgo de que las llamas recorrieran por la longitud del cono. Sin embargo, al formar el labio circunferencial de papel, cuando la llama es extraída hacia el cono a través del orificio de acceso, enciende al mismo tiempo el labio circunferencial más inflamable de papel. Es decir, el labio circunferencial de papel proporciona una masa de material, más inflamable que las hojas, y cuya masa de material rodea el extremo distal del cono de tal manera que el papel enciende la circunferencia del extremo distal y forma una cereza fuerte, uniforme en el extremo distal mientras que evita que la llama recorra por el lado del cono.
Se muestra una realización adicional de una punta de plegado que incorpora un sistema de plegado asistido por aire en la figura 4D. El interior de la punta de plegado se muestra con propósitos explicativos. La figura 4D muestra la punta 2760 de plegado que incluye una porción central tal como pasador 2671 axial. La punta de plegado incluye una salida 2010 de vacío, una o más entradas 2011 de vacío, una entrada 2020 de presión de aire y una salida 2021 de presión de aire. Como se muestra en la figura 4D, la salida 2021 de presión de aire se forma en la punta del pasador 2671 axial. La salida de presión de aire se puede formar para expulsar aire de los lados del pasador axial en lugar de directo hacia debajo de la parte inferior del pasador. La entrada de presión de aire y la salida de presión de aire pueden estar conectadas por una cámara 2022 formada dentro de la punta de plegado. De manera similar, las entradas 2011 de vacío y la salida 2010 de vacío pueden estar conectadas por una segunda cámara 2012 separada formada en la punta de plegado. La una o más entradas 2011 de vacío se pueden formar como orificios en la superficie 2673 circunferencial interior. En una realización, las entradas de vacío están espaciadas uniformemente y circunferencialmente alrededor del pasador axial. Tanto la salida de vacío como la entrada de presión de aire están conectadas a bombas convencionales (no se muestran) adecuadas para aplicar presión de vacío o presión de aire según sea necesario. Las líneas 2030 y 2031 representan las trayectorias de flujo de aire de la presión de aire y presión de vacío, respectivamente. Las bombas están conectadas al sistema de control que de esa manera es capaz de operar las bombas. Como se muestra en la figura, la cámara hueca que rodea el pasador axial se ensancha hacia afuera próxima a la superficie circunferencial interior. Eso permite que la cámara hueca restrinja el flujo de aire y cree una mejor succión cerca de la punta mientras que se extiende para permitir que se forme una pluralidad de pasajes en la superficie circunferencial interior.
La operación de plegado usando ayuda de aire es generalmente como sigue. La punta de plegado se baja hacia el extremo distal de un cono de tal manera que el reborde del cono esté por encima del borde 674 de contacto. Los dedos de plegado comprimen el extremo distal del cono alrededor del pasador axial por encima de la salida 2021 de presión. Se aplica vacío para succionar aire a través de las entradas 2011, que succiona el papel del extremo distal del cono contra la punta de plegado y la superficie 2673 circunferencial. Al mismo tiempo, se aplica presión de aire a través de la salida 2021 que sopla en el interior del cono para inflar al menos parcialmente el cono y presionar de esa manera el papel del cono hacia afuera. Los dedos de plegado se retraen y la punta de plegado se introduce en el interior del cono, plegando de esa manera el extremo distal del cono de tal manera que el extremo distal del cono se pliega sobre sí mismo y se mantiene por deformación plástica sobre al menos sustancialmente todo el material particulado dentro del empaque de cono.
Cuando se usa la ayuda de aire, es común que la presión de vacío succione pequeñas cantidades de material particulado desde el cono lleno. Con el tiempo, eso puede llevar a grandes pérdidas de material particulado, o la obstrucción del vacío. Para evitar la obstrucción y permitir la recuperación del material particulado, se puede incluir un sistema de filtración en la sección de vacío de la sección de plegado. Las figuras 20A y 20B representan una realización de un sistema de filtración de vacío. Incluye un alojamiento 2100, un fluido (tal como agua, representado por la línea 2113 de nivel de fluido), entradas 2101,2102 de fluido, entrada 2103 de vacío, y salida 2104 de vacío, una cámara 2105 de retención de fluido, cámara 2106 de drenaje de fluido, un tapón 2107 móvil que separa la cámara de retención de fluido de la cámara de drenaje. El tapón 2107 puede unirse a un accionador 2108, por ejemplo, mediante varilla 2109. La porción superior del tapón 2114 está provista de un bisel de aproximadamente 40°-50°, aunque generalmente puede ser de aproximadamente 45°. La porción superior del tapón puede estar provista de una junta tórica comprimible, no se muestra, en la muesca 2115 que forma un sello estanco a fluido contra la pared 2110 de cámara. La porción inferior del tapón, 2116, también es cónica, aproximadamente 50°-60° , y llega a una punta 2117 redondeada. Las diferencias en ángulos aseguran que a medida que el fluido fluye desde la cámara de fluido hacia la cámara de drenaje, el material particulado permanece suspendido en el fluido. Sin embargo, el ángulo más inclinado en el tapón inferior permite una tasa de flujo diferente de fluido y ayuda a limpiar el material particulado del tapón. La entrada de vacío está conectada a un difusor 2111 de vacío que tiene una salida posicionada por encima de fluido. A medida que se aplica vacío a la punta de plegado, el material particulado puede ser succionado, recorrer a través del difusor de vacío y ser expulsado al fluido que atrapa el material particulado. El tapón puede accionarse periódicamente para liberar fluido y eliminar la acumulación de material particulado en el fluido. El fluido liberado puede pasar luego por el drenaje 2112 a un filtro de recuperación (no se muestra), cuya estructura es conocida en la técnica.
En una realización, la punta de plegado se puede utilizar en conjunto con los dedos 652 y 642 de plegado. Una realización alternativa utiliza un iris para aplicar presión de cierre contra el extremo distal de un cono. Las figuras 6A-6B representan un subensamblaje de estación de plegado que utiliza un iris 3001 y los componentes del mismo. La estación de plegado incluye una varilla 3000 de plegado, un iris 3001, y un accionador 3002 de iris que abre y cierra el iris. La varilla de plegado termina en una punta de plegado, por ejemplo, punta 2670 de plegado. El iris, varilla de plegado, punta de plegado, vacío y presión de aire funcionan en conjunto para plegar el extremo distal de un cono.
Un método de pliegue de un cono es como sigue. Un troquel 310 que contiene un cono lleno, desplegado se alinea axialmente con la punta 2670 de plegado. La posición vertical relativa del cono con respecto al iris se ajusta de tal manera que el iris esté debajo del reborde 1103 del extremo 1102 distal del cono. La punta 2670 de plegado se posiciona de tal manera que al menos una porción del pasador 2671 axial esté debajo del reborde 1103 del extremo 1102 distal del cono 1120 lleno (es decir, una porción central de la punta se posiciona dentro de la cavidad interior del cono). El accionador de iris actúa para cerrar el iris, y de esa manera comprimir el extremo distal del cono hacia el eje central del cono y puede comprimir además el extremo distal contra el pasador axial. Debe apreciarse que el movimiento y posicionamiento del cono y el pasador axial con respecto al cono y el cierre del iris para comprimir el cono pueden producirse como etapas discretas o pueden producirse simultáneamente.
Una vez que se comprime el extremo distal del cono, por ejemplo, se comprime contra el pasador axial, se aplica el vacío a la punta de plegado. El vacío succiona el extremo distal del cono contra la superficie 2673 interior circunferencial de la punta de plegado, luego (o simultáneamente), la bomba de presión de aire se activa para aplicar presión de aire a través del pasador axial a la cavidad interior del cono. Con el pasador axial insertado en el extremo distal del cono, la salida de presión de aire está dentro del interior del cono cuando el cono está siendo presionado contra el pasador axial por el iris y cuando el cono está siendo aspirado contra la superficie circunferencial interior. La presión de aire se puede aplicar para inflar el cono y presionar además el exterior del cono contra el troquel. Fue encontrado que la combinación de la aplicación de presión de vacío en conjunto con la presión de aire interior endurecía el papel del extremo distal del cono. Con el cono endurecido, la punta de plegado es forzada hacia abajo y hacia el extremo distal del cono y cesan el vacío y la presión de aire. En práctica, el iris se puede abrir justo cuando se aplican el vacío y presión de aire, y la punta de plegado se puede forzar en la cavidad cuando se abre el iris o poco después de esto. La punta de plegado luego se retira desde el cono y el extremo distal del cono se deja plegado y exhibe una deformación plástica.
Con referencia a las figuras 14, 15, 16A y 16B, una realización alternativa de la estación de plegado utiliza uno o más conjuntos de dedos de plegado como se muestra. En esa realización, los conjuntos de dedos 1410, 1420 están posicionados debajo de la punta 670 de plegado. En una realización, los dedos de plegado están compensados entre sí tanto verticalmente, como angularmente. De este modo, un conjunto de dedos se cierra alrededor del extremo distal de un cono y alrededor de una porción de la punta de plegado en un primer ángulo y en una posición vertical superior, y el segundo conjunto se cierra de manera similar, aunque en una posición vertical inferior y en un segundo ángulo, por ejemplo en un ángulo compensado desde el primer ángulo entre 45° y 90°.
La figura 15 es un dibujo de bloques exagerado de un ejemplo de un conjunto de dedos 1410 de plegado. Los dedos incluyen un accionador 1411 que hace que los dedos 1412, 1413 se abran y cierren en un accionamiento de tijera simultáneamente. Cada dedo puede incluir un rebaje 1414, 1415 a lo largo de una porción de su longitud de cuchilla interior. El rebaje forma una brecha 1416 entre porciones de las longitudes de cuchilla interior de los dedos cuando los dedos están en la posición cerrada. Se puede permitir que la porción trasera de las longitudes de cuchilla se unan completamente para formar un tope. Fue encontrado que cuando el extremo distal de un cono de papel era comprimido mediante los dedos de plegado sin dejar la brecha, la fricción creada por el fruncido apretado hacía difícil plegar con precisión el extremo distal, y podría llevar a rasgamiento del cono cuando el cono fuera extraído a través de los dedos. La brecha permite que la succión de la punta manipule más fácilmente el extremo distal del papel y extraiga el extremo distal a la punta de plegado mientras que se mantiene el posicionamiento adecuado y corrugamiento del extremo distal por los dedos de plegado. Cada uno de los dedos de plegado también puede incluir una indentación 1417, 1418. En una realización, cada indentación es aproximadamente un semicírculo de tal manera que cada una coincida con la superficie exterior del pasador 671 axial. Como se muestra en las figuras 16A y 16B, los dedos se abren y cierran en diferentes alturas verticales en planos sustancialmente paralelos.
La figura 21 es una representación de una estación de limpieza de troquel. Después de llenar y plegar un cono, el troquel 310 libera el cono lleno. El troquel puede entonces progresar a una estación 2000 de limpieza de troquel donde se usa un cepillo 2001 conectado a un accionador 2002 para limpiar cualquier material particulado remanente desde el troquel. El accionador 2003 de troquel puede cerrar el troquel, y el accionador 2002 de cepillo puede sumergir el cepillo en el troquel. En alguna realización el accionador también puede hacer girar el cepillo para limpiar además el interior del troquel. Luego se puede extraer el cepillo desde el troquel y se puede reciclar el troquel a través de la máquina para ayudar a llenar otro cono.
Aunque la presente invención se ha descrito en términos de diversas realizaciones, debe entenderse que tal divulgación no está prevista para ser limitante. Diversas alteraciones y modificaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica. Por consiguiente, está previsto que las reivindicaciones anexas se interpreten como que cubren todas las alteraciones y modificaciones que caen dentro del espíritu y alcance de la invención.