УКУПОРОЧНЫЙ ПАТРОН Российский патент 1995 года по МПК B67B3/00 

Изобретение относится к устройствам для укупорки сосудов металлическими колпачками и может быть использовано в пищевой и других отраслях промышленности.

Известен патрон укупорочный (ПУ), содержащий корпус с расположенным по оси подпружиненным упором, окруженным рычагами с возможностью их поворота в осевой плоскости, сопряженными с упором и корпусом и снабженными по концам внутренними выступами. Причем верхний выступ снабжен кольцевой канавкой, в которой размещен тороидальный выступ упора.

Колпачки, надетые на венчик бутылки и поджатые к упору, обжимаются нижними выступами рычагов при их перемещении упором за верхние выступы и сжимающем действии конической поверхности корпуса на нижние концы рычагов.

Действующая величина усилия обжатия и компенсация разности длин бутылок определяется пружинами, установленными в корпусе.

Недостатком ПУ является возможность брака в виде негерметичной укупорки или разрушения бутылок вследствие смещения обжимающих нижних выступов рычагов относительно кольцевой канавки венчика бутылки, обусловленного износом трущихся частей упора, рычагов и корпуса, при котором происходит смещение обжимающих выступов рычагов от ближней к торцу бутылки стороны канавки, ослабляющее зацепление обжимаемой стенки колпачка и, следовательно, требуемый поджим торца колпачка с прокладкой к бутылке, обуславливающий герметизацию.

Проявлению указанного недостатка способствует жесткая фиксацию положения кольцевой канавки венчика бутылки относительно обжимающих выступов, при которой отсутствует возможность компенсации погрешностей самой кольцевой канавки, ее положения относительно торца венчика бутылки, смещения обжимающих выступов при износе трущихся частей.

К недостатку следует отнести также увеличенное время нахождения бутылки под наибольшим сжимающим усилием обжима, обусловленным превышением осевого хода над радиальным (требуемым для обжатия) в 2 4 раза, увеличивающим вероятность разрушения бутылок, особенно при наличии в них дефектов (неперпендикулярность торца, дна, кольцевой канавки венчика к оси бутылки).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ПУ, содержащий корпус с расположенным по оси подпружиненным упором с фланцем, окруженным рычагами с возможностью их поворота в осевой плоскости, сопряженными с упором и корпусом и снабженными по концам внутренними выступами, нижние из которых обжимают колпачок при перемещении рычагов (с бутылкой) за верхние выступы относительно корпуса, сдавливающего конусной частью нижние выступы рычагов.

Между фланцем упора и верхними выступами установлены пружины, сжимаемые за счет усилий деформации колпачка с целью обжатия нижними выступами рычагов стенки колпачка алюминиевого по форме кольцевого выступа венчика бутылки, что должно способствовать качественной укупорке бутылок и обеспечивает компенсацию погрешностей венчика бутылки, недостижимую в аналоге.

Однако задача бездефектной укупорки в прототипе не решена.

Основным недостатком ПУ является размещение пружины обжима между фланцем упора и верхними выступами рычагов, обуславливающее возможность брака в виде негерметичной укупорки, разрыва стенки колпачка из-за отсутствия возможности поддерживать постоянным соотношение усилия сжатия пружины обжима и усилия деформации стенки колпачка ввиду отклонений по толщине последней, а также отсутствия возможности фиксировать обжатием стенки колпачка требуемое поджатие прокладки колпачка к торцу бутылки из-за существенно меньшей величины усилия начала обжатия по сравнению с требуемым усилием поджатия прокладки.

Усилие исходного сжатия пружины обжима выбирается из условия обжатия стенки колпачка с наибольшим отклонением по толщине, т.е. должно превышать наибольшее усилие деформации стенки колпачка. Очевидно, что стенки колпачков меньшей толщины деформируются до прилегания к венчику бутылки без изменения исходный высоты пружины обжима, но поскольку она отрегулирована на обжим стенки наибольшей толщины с установкой обжимающих выступов рычагов к началу обжатия на верхний склон кольцевой канавки ближней к торцу бутылки, то ход обжимающих выступов ограничен указанным прилеганием, после чего выступы вдавливаются в материал стенки и могут еще несколько продвинуться за счет деформации прокладки, но это продвижение может быть связано с разрывом стенки. После уравновешивания усилия давления обжимающих выступов на венчик бутылки с усилием исходного сжатия пружины последняя сжимается (подъемным столиком), обеспечивая при этом дальнейшее продвижение обжимных выступов. Процесс повторяется до завершения обжима. Поскольку к концу обжима усилия деформаций и соответственно сжатия обжимной пружины возрастают, вероятность разрыва стенки колпачка также возрастает.

Следует подчеркнуть существенно меньшее усилие деформации стенки алюминиевых колпачков в начале обжима по сравнению с исходным усилием сжатия пружины обжима и требуемым усилием поджима прокладки колпачка к торцу бутылки для обеспечения герметичности укупорки. Последующая деформация (после начала) стенки колпачка может несколько усилить поджатие прокладки, но сопряжена с вероятностью разрыва стенки. Таким образом, в известном ПУ возможность брака в виде разрыва стенки исключена лишь в узком диапазоне постоянства соотношения между усилием деформации стенки колпачка и усилием поджатия пружины, когда усилие начала обжима совпадает с усилием исходного поджатия пружины обжима, а последующее возрастание усилия обжима по ходу перемещения обжимающих выступов рычагов совпадает с характеристикой пружины обжима, но возможность брака в виде негерметичности укупорки может быть устранена лишь подбором толщины стенки колпачка усилию поджима прокладки колпачка, что экономически может быть не оправдано, а выполнено в узком диапазоне.

Таким образом, для толщин стенок алюминиевых колпачков, достаточных для фиксации поджатого требуемым усилием положения прокладки колпачка, известный ПУ не может обеспечить выход бездефектной продукции, т.е. с требуемой герметичностью. Однако известный ПУ может обеспечить выход бездефектной продукции при обжатии кроненкорковых колпачков, усилие деформации гофров которых превосходит усилие поджатия прокладки, что исключает рассмотренную выше проблему для алюминиевых колпачков.

Цель изобретения исключить брак в виде негерметичной укупорки и разрыва стенки колпачка при сохранении подхода к решению проблемы обжима алюминиевых колпачков приведенными силами, направленными под углом к перемещению бутылки, при котором нижние выступы рычагов совершают как бы обкатку верхнего склона кольцевой канавки венчика бутылки.

Поставленная задача решена тем, что в известном ПУ, содержащем корпус с расположенным по оси подпружиненным упором с фланцем, окруженным рычагами с возможностью их поворота в осевой плоскости, сопряженными с упором и корпусом и снабженными на концах внутренними выступами, рычаги выполнены в виде секций тора с внутренней выемкой, расположенных в кольцевой канавке вставки корпуса и снабженных в верхней части скосами боковых стенок, а сопряженный с верхними выступами рычагов участок фланца упора выполнен конусным или криволинейным. Скосы боковых стенок секций выполнены так, что след секущей плоскости проходит через ось тора под углом поворота (раскрытия) секций к горизонтальной плоскости, а щель между скосами имеет ширину не меньшую разности толщины секций до начала и в конце обжатия в любом сечении цилиндром.

Вставка корпуса закреплена, например, резьбовой втулкой, внутри которой установлена пружина поворота секций, опертая на них через диск с закругленным торцовым выступом (при перемещении бутылки относительно корпуса ПУ подъемным столиком).

Вставка корпуса поджата пружиной, установленной в корпусе (при перемещении корпуса относительно бутылки, установленной на неподвижном столике).

Выемка секций снабжена цилиндрическим участком с большим, чем у фланца упора диаметром на величину нижнего допуска кольцевой канавки венчика бутылки (для обжима кроненкорковых колпачков).

В выемке секций ниже уровня периферийной части прокладки колпачка выполнена кольцевая канавка с расположенной в ней цилиндрической винтовой пружиной с установленным внутри упругим разрезным кольцом, а между фланцем упора и верхними выступами секций размещен диск с конусной торцовой частью, переходящей в кольцевую расточку, равную по высоте фланцу упора, и конусной или криволинейной верхней частью (для обжима алюминиевых колпачков).

Между фланцем упора и верхними выступами секций размещен диск с конусной торцовой частью, переходящей в кольцевую расточку, равную по высоте фланцу упора, и окружающая диск цанга с внутренними выступами, расположенными ниже конусной торцовой части диска (для обжима алюминиевых колпачков).

Выемка секций снабжена кольцевой канавкой с размещенным в ней упругим кольцом, например, из резины (для обжима алюминиевых колпачков).

Нижний выступ рычагов выполнен в виде цилиндрической винтовой пружины с вставленным внутрь упругим разрезным кольцом, установленной в кольцевую канавку на выемке секций.

На фиг.1 и 2 изображен патрон для укупорки бутылок кроненкорковыми колпачками; на фиг.3 5 и 9 патрон для укупорки бутылок алюминиевыми колпачками; на фиг.6 разрез по А-А на фиг.1 нижних выступов рычагов в раскрытом положении секций (до обжатия);на фиг.7 разрез по Б-Б на фиг.1 нижних выступов рычагов в закрытом положении секций (в конце обжатия); на фиг.8 разрез по В-В на фиг. 1 секций плоскостью, перпендикулярной к следу секущей плоскости на боковых стенках секций.

ПУ содержит корпус 1 со вставкой 2 из антифрикционного материала, снабженной кольцевой канавкой "а", в которой размещены рычаги 3 в виде секций тора с внутренней выемкой "б" и выступами "в" и "г" по концам.

Рычаги выполнены с возможностью поворота в осевой плоскости на требуемый угол α для обжима колпачков. Секции выполнены разрезкой тора по осевым плоскостям и последующей пригонкой боковых стенок без зазора для положения конца обжима бутылки с наименьшим диаметром кольцевой канавки венчика (фиг.7). Боковые стенки верхней части секций выполнены со скосами "д" (фиг.8), образованными секущей плоскостью, проходящей через ось тора под углом α к горизонтальной плоскости (фиг.1) и под углом β к боковой стенке (фиг.8), оставляющей след "е-е" на боковой стенке (фиг.1). Ширина щели между скосами в любом сечении цилиндром не меньше разности толщины секции до начала и в конце обжатия.

Выемка "б" секций снабжена цилиндрическим участком "ж", диаметр которого больше диаметра окружаемого им фланца 4 на величину нижнего допуска кольцевой канавки венчика бутылки.

В выемке "б" секций ниже уровня периферийной части прокладки колпачка (в момент обжатия) выполнена кольцевая канавка "и" (фиг.3), в которой размещена цилиндрическая винтовая пружина 5 с установленным внутри упругим разрезным кольцом 6. На верхние выступы "в" рычагов 3 установлен диск 7 с закругленным торцовым выступом "к", на который оперта пружина 8, размещенная между резьбовой втулкой 9, ввернутой в корпус 1 и поджимающей вставку 2, и втулкой 10, внутри которой размещена пружина 11, опертая на кольцо 12, установленное в проточку "л" упора 13. Поджатие пружин 8 и 11 регулируется соответственно гайками 14 и 15.

Втулка 9 (фиг.2) может быть выполнена без резьбы для ввертывания в корпус, но с поджатием пружиной 16 с помощью гайки 17.

Между фланцем 4 упора 13 и секциями (рычагами) 3 (фиг.3) одновременно с пружинами 5 и 8 устанавливают диск 19, торцовая часть "м" которого выполнена в виде конуса, переходящего в кольцевую расточку "н", равную по высоте h фланцу 4.

Между дисками 19 и секциями 3 может быть установлена цанга 20 (фиг.4) вместо пружины 5. На выемке "б" секций может быть выполнена кольцевая канавка "п", в которой размещено кольцо 21 из упругого материала, например резины.

Выступы "г" секций 3 могут быть выполнены в форме пружины 5.

ПУ работает следующим образом.

Бутылка с надетым известным способом металлическим колпачком вводится (подъемным столиком, не показан, фиг.1 и 3 или перемещением ПУ относительно неподвижной бутылки фиг. 2 и 9) внутрь укупорочного патрона до контакта с фланцем 4 упора 13. При этом происходит центрирование колпачка на венчике бутылки и начальное поджатие к торцу бутылки усилием пружины 11. Продвижение бутылки вместе с упором 13 происходит до утыкания в выступы "в" рычагов 3 фланца 4 (фиг.1 и 2) или надетого на фланец 4 диска 19 (фиг.3 5 и 9). Дальнейшее продвижение бутылки с упором 13 связано с поворотом рычагов 3 в кольцевой канавке "а" вставок 2, при котором нижние выступы "г" рычагов перемещаются к боковой стенке колпачка, выбирая сборочный зазор, и вступают в контакт с колпачком на уровне верхнего скоса кольцевой канавки венчика бутылки. Указанное положение выступов "г" упоров относительно кольцевой канавки венчика бутылки менее строго для обжима кроненкорковых колпачков. С начала и до конца обжима колпачка выступы "г" перемещаются к оси ПУ, в то время как обжимаемый колпачок перемещается по оси ПУ, что определяет вектор результирующего давления выступов "г" на колпачок под углом к перемещению колпачка с бутылкой, обеспечивающий постоянное и возрастающее поджатие колпачка к торцу бутылки до момента укладки стенки колпачка в кольцевую канавку венчика.

Поворот секций 3 на требуемый угол α для обжатия колпачков обеспечен скосами "д" верхней части секций, компенсирующими разность толщин секций в раскрытом (до обжатия) и закрытом (конец обжатия) положении относительно следов сечения цилиндром на поверхности кольцевой канавки "а" вставки 2.

Указанная разность толщин при повороте секций появляется в связи с переходом точек поверхности с большего радиуса на меньший.

Обжим колпачков производится усилием, передаваемым через пружину обжима подъемного столика (фиг.1 и 3, не показан) или пружину обжима 16 (фиг.2 и 9) на выступы "в" рычагов, вошедших в контакт с фланцем 4 упора 13 (фиг.1 и 2), диском 19 (фиг.3-5) и торцом бутылки с надетым колпачком. Действующее усилие из положения "раскрыто" (фиг.6) поворачивает секции 3 через выступы "в" в кольцевой канавке "а".

Обжим алюминиевых и кроненкорковых колпачков имеет особенности, видные из представленных фиг.1 5 и 9.

Кроненкорковые колпачки (фиг. 1 и 2) обжимаются выступами "г" секций 3 при давлении на них фланца 4 упора 13, передаваемого от подъемного столика (фиг. 1) или корпуса 1 ПУ (фиг. 2) через выступы "в" секций 3. При этом верхняя часть фланца 4 выполнена конусной с углом γ, согласованным с радиальным ходом выступов "г". Согласование состоит в том, что с момента контакта выступов "г" и до конца обжима выступы "г" должны оставаться на боковой поверхности колпачка (на гофрах). Для исключения недопустимого радиального давления выступов "г" на венчик бутылки введен ограничитель хода в виде боковой поверхности фланца 4 упора 13. При этом компенсация осевого хода, в том числе за счет разности длин бутылок, осуществляется пружиной подъемного столика (фиг.1) или пружиной 16 (фиг.2).

Зазоpы между боковыми стенками секций (фиг.6) в раскрытом положении существенно меньше толщины гофров колпачка, что исключает их защемление в начале обжима; в конце обжима (фиг.7) зазоры сводятся к нулю по изготовлению.

Обжим кроненкорковых колпачков требует большего усилия, чем алюминиевых колпачков, обусловленного формой и толщиной стенки гофров, что определяет возможность разрушения бутылки осевым и радиальным давлениями. Как отмечено выше, опасность радиального давления исключена введением ограничителя хода выступов "г". Опасность осевого давления, особенно для бутылок с отклонением от перпендикулярности к оси дна, торца и кольцевой канавки венчика, снижена за счет уменьшения времени действия наибольшего осевого сжимающего давления в 2-4 раза за счет исключения конуса (прототипа) для получения требуемого радиального хода. В предлагаемом ПУ осевой ход колпачка и радиальный ход выступов "г", обжимающих колпачок, равны, но может быть выбран меньшим.

Таким образом, предлагаемый ПУ обеспечивает бездефектную укупорку кроненкорковых колпачков, но по сравнению с прототипом более надежен за счет уменьшения погрешности установки в процессе эксплуатации выступов "г" рычагов относительно кольцевой канавки венчика бутылки, обусловленного уменьшением в 3 раза мест локального тpения корпуса, рычагов и упора. Трение секций 3 в кольцевой канавке "а" вставки 2 существенно снижено в связи с характером распределенного давления по кольцевой канавке "а" усилия обжима.

Особенностью ПУ для укупорки алюминиевых колпачков (фиг.3 5 и 9) является введение дополнительных элементов, установленных в выемке "б" секций 3 и между секциями 3 и фланцем 4 упора 13.

На фиг.3 представлен вариант ПУ с установленной в кольцевую канавку "и" цилиндрической винтовой пружиной 5 с вставленным внутрь упругим разрезным кольцом 6, исключающим выпадение пружины 5 из канавки "и", и надетым на фланцем 4 диском 19, снабженным по торцу внешним конусом "м", переходящим в цилиндрическую расточку "н", равную по высоте "h" высоте фланца 4. Такое решение обеспечивает требуемое поджатие пружиной 8 прокладки колпачка к торцу бутылки через диск 19 и фиксацию этого поджатия выступами "г" рычагов и пружиной 5, обжимающей стенку колпачка по периметру прокладки колпачка. Выступ "г" секций 3 может быть выполнен в форме пpужины 5 с указанным креплением в выемке "б".

На фиг. 4 представлен вариант ПУ, в котором функцию пружины 5 выполняет цанга 20 с внутренними выступами, создающими подобно пружине 5 второй пояс обжима по периметру прокладки.

На фиг.5 представлен вариант ПУ, в котором функцию пружины 5 и выступов "г" выполняет упругий элемент 21, напримеp, из резины, установленный в канавку "п" на выемке "б" секций 3.

Решение бездефектной укупорки алюминиевых колпачков, представленное на фиг. 3 5 и 9, состоит в обеспечении требуемого поджатия прокладки колпачка к торцу бутылки с помощью диска 19 и фиксации этого поджатия двойным поясом обжима выступами "г" рычагов 3 и пружиной 5 (фиг.3) или заменяющей ее цангой 20 (фиг.4), либо упругим элементом 21 (фиг.5).

Выступы "г" рычагов 3 в начале обжатия установлены, как и в прототипе, относительно кольцевой канавки венчика на верхнем склоне канавки и, как и в прототипе, совершают как бы обкатку кольцевой канавки за счет выполнения верхнего торца диска 19 криволинейным, т.е. в форме копира для выступов "в" рычагов. При этом ход выступов "г" рычагов исключает закусывание стенки колпачка, следовательно, возможность его разрыва до момента полной укладки в кольцевую канавку, что обеспечивает все возрастающее поджатие пpокладки, обусловленное возрастанием усилия обжатия, и фиксацию (обжим) колпачка при поджатии прокладки наибольшим усилием обжима.

Роль копира диск 19 может выполнять и при выполнении его верхнего торца с расчетным углом конуса γ.

Конус "м" диска 19 служит для более полного поджима прокладки к торцу бутылки.

Таким образом, предлагаемый ПУ позволяет решить проблему бездефектной укупорки алюминиевых колпачков путем обеспечения требуемого поджатия прокладки к торцу бутылки и фиксации этого поджатия двойным поясом обжатия стенки колпачка при исключении возможности ее разрыва; повысить надежность и ресурс путем уменьшения в 3 раза мест локального трения рычагов, корпуса и упора; снижения вероятности разрушения бутылок при обжиме кроненкорковых колпачков наибольшим сжимающим осевым усилием за счет уменьшения времени ее действия в 2 4 раза и исключения возможности разрушения бутылки радиальными усилиями обжима путем введения ограничителя поворота рычагов в виде боковой поверхности упора.

Предлагаемый ПУ по обжатию кроненкорковых (фиг.1) и алюминиевых (фиг.4) колпачков реализован в опытных образцах, прошедших успешное испытание в 1993 г в физико-энергетическом институте г.Обнинска.

Использование: для укупорки сосудов металлическими колпачками. Сущность изобретения: при подъеме бутылки происходит ее контакт с фланцем 4 упора 13, при этом ее подъем происходит до взаимодействия с выступами "в" рычагов 3 или надетого на фланец 4 диска. При дальнейшем подъеме бутылки происходит поворот рычагов 3, при которых их нижние выступы перемещаются к боковой стенке колпачка, выбирая сборочный зазор и вступая в контакт с колпачком на уровне верхнего скоса кольцевой канавки венчика бутылки. Обжим колпачком производится усилием, передаваемым через пружину обжима подъемного столика. Кроненкорковые колпачки обжимаются выступами "Г" рычагов 3 при давлении на них фланца 4 упора 13, передаваемого от столика. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. УКУПОРОЧНЫЙ ПАТРОН, содержащий корпус с расположенным по оси подпружиненным упором с фланцем и смонтированные с возможностью поворота в плоскости оси корпуса рычаги, на концах которых образованы верхний и нижний выступы, отличающийся тем, что он снабжен установленной в корпусе вставкой с кольцевой канавкой, рычаги представляют собой секции тора, имеющие выемки и расположенные в кольцевой канавке вставки корпуса, при этом боковые стенки секции тора в верхней части имеют скосы, а сопряженный с верхними выступами рычагов участок фланца выполнен конусным или криволинейным. 2. Патрон по п. 1, отличающийся тем, что скосы боковых стенок секций выполнены так, что след секущей плоскости проходит через ось тора под углом поворота секции к горизонтальной плоскости, а щель между скосами имеет ширину, не меньшую разности толщин секции до начала и в конце обжима в любом сечении цилиндром. 3. Патрон по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вставка жестко укреплена в корпусе посредством резьбовой втулки, внутри которой установлена пружина для поворота секций, опертая на них посредством диска с закругленным торцевым выступом. 4. Патрон по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что вставки поджаты в корпусе пружиной. 5. Патрон по пп. 1 3, отличающийся тем, что в выемке секции образован цилиндрический участок, диаметр которого больше фланца упора на величину нижнего допуска кольцевой канавки венчика бутылки. 6. Патрон по пп. 1 4, отличающийся тем, что в выемке секции ниже уровня периферийной части колпачка образована кольцевая канавка с расположенной в ней цилиндрической винтовой пружиной с установленным внутри нее упругим разрезным кольцом, а между фланцем упора и верхними выступами секции размещен диск с конусной торцевой частью, переходящей в кольцевую расточку, равную по высоте фланцу упора, и конусной или криволинейной верхней частью. 7. Патрон по пп. 1 4, отличающийся тем, что он снабжен расположенным между фланцем упора и верхними выступами секции диском с конусной торцевой частью, переходящей в кольцевую расточку, равную по высоте фланцу упора, и окружающей диск цангой с внутренними выступами, расположенными ниже конусной торцевой части диска. 8. Патрон по пп. 1 4, отличающийся тем, что в выемке секции образована кольцевая канавка с размещенным в ней упругим кольцом из резины. 9. Патрон по пп. 1 4, отличающийся тем, что нижний выступ рычагов представляет собой цилиндрическую винтовую пружину с расположенным внутри упругим разрезным кольцом, установленную в кольцевой канавке выемки секции.