Ултразвуковото заваряване използва високочестотни ултразвукови акустични вибрации, действащи върху частите, които трябва да се съединят, сглобени заедно под слабо налягане. Този метод на заваряване най-често се използва за свързване на термопласти и в случаите, когато заваряването, спояването или залепването не са приложими.

Въпреки че ултразвуковото заваряване е разработено още през 1940-те години, то за първи път е използвано за промишлени цели в началото на 60-те години за заваряване на фини телове в електронната индустрия. През 1963 г. започва да се използва ултразвуково заваряване за свързване на полиетилен. От същото време започва да се използва ултразвуково заваряване за заваряване на алуминий и тънък ламарина в автомобилната индустрия (запалителни модули, проводници към клемите, проводници на снопове).

Бавният процес на разпознаване на предимствата на ултразвуковото заваряване в индустрията се дължи на липсата на мощно ултразвуково оборудване, което може да гарантира стабилно качество на заваряване дори за големи части. В резултат на изследванията през 80-те и 90-те години те бяха насочени основно към разработване на ултразвуково оборудване.

Въпреки че вибрациите се прилагат при ултразвуково заваряване, този метод се различава от "вибрационно заваряване", познато още като заваряване чрез триене. В случай на вибрационно заваряване, една от частите, които трябва да се съединят, се задържа на място, а другата се колебае (от електромагнитно или хидравлично задвижване).

При ултразвуково заваряване двете части се задържат на място и се използват високочестотни звукови вълни за създаване на триене. Акустичната енергия създава триене и произвежда топлина, в резултат на което частите се заваряват заедно за по-малко от секунда, което прави ултразвуковия метод на заваряване един от най-бързо използваните днес.

Процесът на ултразвуково заваряване е напълно автоматизиран и се извършва на специални инсталации. Принципът на ултразвуково заваряване е показан на фиг. 1, а съставът на типичната инсталация е показан на фиг. 2.

Фиг. 1. Принцип на ултразвуково заваряване: a - комбинация от части, b - контакт на части с върха, c - прилагане на налягане, d - заваряване, d - експозиция, повдигане на е - връх

Фиг. 2. Монтажна схема за акустично заваряване

Генераторът (в отделна единица) служи за преобразуване на електрическите колебания от мрежата във високочестотни (20. 60 kHz), преобразувателят с помощта на пиезоелектрични елементи превръща електрическите колебания в акустични. Бустерът и сонотродът са пасивни резонансни елементи на инсталацията, използвани за предаване на вибрации от преобразувателя към детайлите.

Обикновено инсталациите за ултразвуково заваряване се допълват с комплект от бустери с различни коефициенти на трансформация на преместванията. Формата на сонотрода се определя от необходимата конфигурация на заварката. В зависимост от формата на сонотрода се създават надлъжни радиални, ръбови и други колебания на вълните. Всяка фуга изисква собствен сонотрод.

Физическата същност на процеса се състои в появата при контакт на две части с много силни колебания с малка амплитуда. Вибрациите, в комбинация с натиск, отстраняват примесите и оксидите от повърхността на частите. Електроните започват да се движат между частите, образувайки металургичен шев.

Ултразвуковото заваряване е идеално за създаване на електрически връзки, заваряване на алуминий и мед, за уплътняване на краищата на медни тръби, за заваряване на пластмаси, за вграждане на метални части в пластмаса.

Фиг. 3. Съединения, получени чрез ултразвуково заваряване

Ултразвуковото заваряване на пластмаси позволява по-надеждни връзки от други методи. В същото време, ултразвуковото заваряване на пластмаси е фундаментално различно от заваряването на метали.

Първо, ултразвуково заваряване на метали става с помощта на напречни вибрации, успоредни на заварените повърхности. Ултразвуковото заваряване на пластмаси използва вибрациите на надлъжните вибрации, които са нормални (т.е. са под прав ъгъл) към заварените повърхности. Формата на sonotrodes, които предават ултразвукови вибрации на метални и пластмасови шевове също са напълно различни.

На второ място, при заваряване на метали, шевът се създава чрез фрикционно взаимодействие на повърхностите, създавайки твърда връзка без разтопяване на материала. Ултразвуковото заваряване на пластмасови части се основава на материал, който се топи в смисъл на, както и много други традиционни методи на заваряване, като дъгова заварка, съпротивително заваряване или лазерно заваряване, но в много по-нисък температурен диапазон.

Фиг. 4. Оборудване за ултразвуково заваряване

Предимствата на ултразвуковото заваряване:

1. Не се изисква специално почистване на повърхността.

2. Не се нуждаете от защитна атмосфера.

3. Не се изискват консумативи за заваряване (проводници, електроди, спойка и др.).

4. Ниска консумация на енергия.

5. Кратко време за заваряване за оформяне на фуга (около една четвърт от секундата).

6. Пълна автоматизация на заваръчния процес и възможността за лесно интегриране с други производствени процеси.

7. Възможност за заваряване на материали от различно естество, включително такива, които са чувствителни към високи температури, тъй като при заваряването се генерира малко количество топлина.

8. Заваряване на всякакви форми на заготовки.

9. Заваръчните шевове, създадени с помощта на този процес, са визуално привлекателни, чисти.

10. Ултразвуковото заваряване не използва разяждащи химикали и произвежда малко количество пари, за разлика от други методи.

Ултразвукови ограничения за заваряване:

1. Най-сериозното ограничение при прилагането на ултразвуково заваряване е размерът на заварените части - не повече от 250 мм. Това се дължи на ограниченията в изходната мощност на сензора, на неспособността на сонотрода да предава много висока мощност на ултразвуковите вълни и трудности при контролирането на амплитудата.

2. Ултразвукова заварка също изисква по-ниско съдържание на влага в съединяваните материали. В противен случай е за предпочитане вибрационното заваряване.

3. Ултразвуковото заваряване не е ефективно за свързване на дебели стенни материали. Най-малко една от частите, които трябва да се съединят, трябва да е лека, тъй като "абсорбира" огромно количество енергия.

Сонотрод какво е то

Методът на ултразвуково заваряване, разработен през 50-те години на 20-ти век, принадлежи към групата от технологии за заваряване на триене или заваряване чрез триене и се използва главно за свързване на малки части.

Ултразвуковото заваряване ви позволява да се свържете със структурното затваряне на пластмаси и метали. Благодарение на механичната енергия на високочестотните вибрации, които, в зависимост от конструкцията на заваръчната машина и техническата спецификация, могат да бъдат предадени към материала на заваряваните от системата части, или с въртящ се или линеен вибратор, граничните повърхности на припокриващите се части са действително подложени на натиск. В този случай повърхностите на интерфейса се деформират под действието на локално ограничено, много краткотрайно нагряване и са свързани помежду си в местата на повърхностните изпъкналости. В същото време няма обширен преливане на свързаните повърхности.

Основата на връзката, създадена чрез ултразвуково заваряване, са различни механизми за образуване на структурна връзка между материалите, което може да бъде обяснено с топлина на триене, абразивно действие, адхезия, както и дифузия и рекристализация.

Устройство и принцип на работа на заваръчната машина

Основните компоненти на ултразвуковата заваръчна машина или апаратура са преобразувател (преобразувател), усилвател (усилвател), преобразуващ вълновод, сонотрод (работен вълновод) и стоп.

Под действието на пиезокерамичния преобразувател преобразува електрическата енергия в механична енергия.

Що се отнася до бустера, той, в зависимост от геометричната си форма, изпълнява функцията на множител или амплитуден разделител. Освен това той служи като стабилизатор на вибрациите.

Трансформиращият се вълновод, също в зависимост от геометричната си форма, преобразува амплитудата на изходните колебания на усилвателя в работна амплитуда.

Всъщност сонотродът е самият инструмент за заваряване, който доставя енергията на трептенията във вътрешността на заварените части, които са обърнати към него.

Друга заварена част се поставя върху опората и лежи върху нея.

За да се избегне подхлъзване, контактните повърхности на сонотрода и ограничителя са направени с ромбични или линейни канали.

Трансформиращите се вълноводи и сонотроди често се комбинират в един възел.

Частите, които трябва да се съединят, се заваряват под налягане, а лицето, обърнато към сонотрода, осцилира по отношение на частта върху опората с малки амплитуди (обикновено до 50 μm) и с ултразвукова честота (обикновено от 20 kHz до 70 kHz),

Заваряемост на различни материали

Колкото по-висока е твърдостта на материала, толкова по-малко подходящ е за ултразвуково заваряване. Но не само тяхната твърдост влияе на заваряемостта на материалите чрез ултразвук. Този параметър също се влияе от модула на еластичност, който определя разрушеността на оксидните филми по време на деформация, капацитета на затихване, качеството на повърхността на детайлите, якостта на умора на материала, текстурата на валцоване, ориентацията на материала и структурата на кристалната решетка. Материали със силен ефект на триене, като олово или материали, съдържащи олово, обикновено не са подходящи за ултразвуково заваряване.

Обхват на технологията

Заварените съединения, получени чрез ултразвуково заваряване, имат добри електрически свойства. Следователно, тази технология често се използва в областта на електротехниката, например, когато се правят различни кабелни връзки или при производството на контактори за батерии. В същото време, ултразвуковото заваряване се използва главно за такива комбинации от материали като мед с мед, алуминий с алуминий и алуминий с мед.

издатина

Собственици на патент RU 2564343:

Сонотродът (1) съдържа: глава (15), която определя уплътняваща повърхност (14), простираща се по първата посока (А), и първото и второто задвижващо устройство (12), разделени една от друга. Всяко задвижващо устройство съдържа поне един пиезоелектричен елемент (13). В този случай първото и второто задвижващо устройство (12) могат да бъдат снабдени с електричество през един генератор с възможност за предизвикване на трептене на главата (15). Височината (Н) на главата (15), измерена по втората посока (В), перпендикулярна на уплътняващата повърхност (14), е по същество равна на половината от дължината на вълната, осцилираща по посока на втората посока (В). В допълнение, сонотрода (1) съдържа поне един жлеб (23), който се простира през главата (15) перпендикулярно на първата и втората посока (А, В). Поне сонотродът съдържа краен брой възлови точки (20), в които амплитудата на осцилация на главата (15) е по същество нула, а равнината (Р), на която лежат поне няколко възлови точки (20), и която разделя главата (20). 15) на първия участък (21) и на втория участък (22). В този случай жлебът (23) е разположен на определено разстояние в близост до равнината (Р). Техническият резултат, постигнат при използване на сонотрода съгласно изобретението, е да се получи достатъчно дълга уплътнителна лента и вибрациите на които практически не се влияят от допълнителните паразитни честоти. 2 n. и 11 к.с. f-ly, 11 болни.

Техническата област, до която се отнася изобретението.

Настоящото изобретение се отнася до сонотрод.

Много храни в насипно състояние, като плодов сок, пастьоризирано или UHT (свръхвисокотемпературно третирано) мляко, вино, доматен сос и др. Се продават в опаковки от стерилизиран опаковъчен материал.

Често срещан пример за този вид опаковки е опаковката с форма на паралелепипед за течни или насипни хранителни продукти, известна като Tetra Brik Aseptic (регистрирана търговска марка), която се прави чрез огъване и запечатване на ламиниран лентов опаковъчен материал.

Опаковъчният материал има многослойна структура, по същество включваща основен слой за твърдост и якост, който може да съдържа слой от влакнест материал, например хартиен или полипропиленов материал с минерален пълнител; и серия от слоеве от термозалепващ пластмасов материал, като например пластмасово фолио, покриващо двете страни на основния слой.

В случая на асептични опаковки за дълготрайни продукти за съхранение, като например UHT мляко, опаковъчният материал също така съдържа слой от газ и непрозрачен материал, като алуминиево фолио или етил винилов алкохол (EVOH), който се прилага към слоя от термозалепващ пластмасов материал и опашката е покрита с друг слой от термозапечатващ пластмасов материал, който в крайна сметка образува вътрешната повърхност на опаковката в контакт с хранителния продукт.

Както е известно, такива опаковки се произвеждат на напълно автоматични опаковъчни машини, на които се доставя непрекъсната тръба от опакован материал, захранван с мрежа; докато опаковъчният материал се стерилизира върху самата опаковъчна машина, например, чрез прилагане на химичен стерилизиращ агент, такъв като разтвор на водороден пероксид, който след стерилизация се отстранява от повърхностите на опаковъчния материал, например, изпарява се чрез нагряване; и ролката на опаковъчния материал се стерилизира по този начин, държи се в затворена стерилна среда и се сгъва и запечатва в надлъжна посока, за да образува вертикална тръба.

Тръбата се пълни отгоре със стерилизирана или обработена в стерилна среда хранителен продукт и се затяга около еднакво разположени една от друга секции с помощта на две двойки скоби. По-специално, двойката скоби действа циклично и последователно върху тръбата за запечатване на опаковъчния материал на тръбата и образува непрекъсната лента от торбички под формата на възглавници, прикрепени един към друг посредством съответните напречни уплътнителни ленти.

Пакетът с възглавници се разделя чрез рязане на съответните уплътнителни ленти и след това се подава към крайното място за сгъване, където те механично се сгъват в крайната форма на паралелепипеда.

В първата алтернатива опаковъчната машина съдържа две формиращи единици, които са подвижни по протежение на съответните водачи и които взаимодействат циклично с тръбата за уплътняване на опаковъчния материал на тръбата. Всяка формираща единица съдържа плъзгач, конфигуриран да се движи напред и назад по съответния водач; и две скоби, които са шарнирно прикрепени към дъното на съответния плъзгач и се движат между затвореното положение, в което те взаимодействат с тръбата за нейното уплътняване, и отвореното положение, в което те са изключени от тръбата.

Във втората възможност опаковъчната машина съдържа два верижни транспортьора, които определят съответната затворена колона и са снабдени с подходящ брой скоби. Двете релси имат съответните разклонения по същество, обърнати и успоредни един на друг, и между които тръбата на опаковъчния материал се подава по такъв начин, че скобите на един конвейер взаимодействат със съответните скоби на другия конвейер по протежение на клоните на съответните релси, за затягане на тръбата близо до серия от последователни секции, и за опаковки за запечатване и рязане.

В случая на асептични опаковки с алуминиев слой като бариерен материал, напречните сечения на тръбата обикновено се уплътняват чрез инжектиране на ток на утечка в алуминиевия слой за локално стопяване на топлинно уплътняващия пластмасов материал.

По-специално, една от скобите на всяка двойка съдържа основен елемент, изработен от непроводим материал, и индукционна намотка, поставена в повърхностния контакт върху основния елемент; докато другата скоба има подложка за налягане, направена от гъвкав материал, като гума.

Индукционната бобина е свързана към източник на енергия, когато съответната двойка скоби затиска тръбата, за да се запечата напречното сечение на тръбата чрез термично заваряване на пластмасов покриващ материал.

В случай на опаковки без слой от алуминий или други електропроводими материали, напречните сечения на тръбата обикновено се запечатват с помощта на нагревателна плоча за локално загряване на опаковъчния материал навътре.

По-специално, една от скобите е снабдена с нагревателна плоча, докато другата обикновено има една или повече подложки под налягане от гъвкав материал. Този метод, обикновено наричан запечатване "с използване на нагрети плочи", осигурява относително дълъг контакт между нагревателната плоча и опаковъчния материал.

За да се ускори локалното топене на опаковъчния материал и по този начин да се увеличи скоростта на производство на опаковките, устройства за ултразвуково заваряване, които по същество съдържат генератор на механични вибрации или сонотрод и опора - известни, например, от EP-B-615907, регистрирани в името на същия заявител е адаптирано към съответните терминали във всяка двойка и взаимодейства един с друг за нагряване на опаковъчния материал чрез ултразвукови вибрации.

По-специално сонотрода, разкрита в ЕР-В-615907, по същество включва глава и едно устройство за управление, което се състои от комплект от променливи пиезоелектрични керамични плочи и проводими метални листове.

Главата дефинира уплътняваща повърхност, която се простира по първата посока и задвижващото устройство се приспособява към главата на противоположната страна по отношение на уплътняващата повърхност.

Задвижващият блок е прикрепен към алтернатор. Така пиезоелектричните керамични плочи превръщат приложеното напрежение на електрически ток в механично напрежение, което причинява трептене на главата и следователно уплътняване на напречната уплътнителна лента.

По-специално, сонотродът образува полуволтов резонатор, т.е. общата дължина на сонотрода по втората посока, перпендикулярна на първата посока, е половината от дължината на вълната на главата.

Ултразвуковите заваръчни апарати от типа, описан в ЕР-В-615907, имат следния недостатък.

Когато е желана по-дълга напречна уплътнителна лента, например за напречно затваряне на много големи пакети, за по-голяма дължина се свързват множество от описаните по-горе сонотроди.

Въпреки това неизбежните грешки, произтичащи от взаимното свързване на сонотродите, могат да генерират разнородни вибрации между тези сонотрои. Следователно получената напречна уплътнителна лента може да не бъде еднаква.

За да се преодолее този недостатък, документ WO-A-2007/020208, регистриран на името на същия заявител, разкрива еднокомпонентен сонотрод, който съдържа три задвижващи единици, осигурени от един генератор. По-подробно, задвижващите устройства са фиксирани в съответните жлебове на сонотрода и имат съответния набор от пиезоелектрични елементи.

В допълнение, сонотрода, разкрита в WO-A-2007/020208, съдържа двойка процепи, които са поставени между съответната двойка задвижващи устройства, разположени една до друга.

И накрая, сонотродът съдържа много, по-специално, три двойки S-образни куки за фиксиране на сонотрода към стягащата рамка. S-куките на всяка двойка са поставени на противоположните страни на сонотрода и могат да бъдат заварени или направени като едно цяло с сонотрода. По този начин сонотродът е защитен от колебания на S-образни куки. С други думи, S-образни куки определят възловите точки на сонотрода и лежат върху така наречената възлова равнина на такъв сонотрод.

По-специално, жлебовете се простират ортогонално към уплътняващата повърхност на сонотрода и между две последователни двойки S-образни куки. По-специално, каналите продължават както над, така и под S-образните куки. Следователно, каналите преминават през равнината на възела на сонотрода.

Заявителят е установил, че вибрацията на сонотрода, разкрита от WO-A-2007/020208, става нестабилна поради няколко допълнителни фалшиви честоти.

Следователно, получената напречна уплътнителна лента все още не може да бъде напълно еднородна и непрекъсната. В допълнение, тези допълнителни паразитни честоти водят до допълнителни напрежения на умора на сонотрода, с последващо намаляване на остатъчния им експлоатационен живот.

В рамките на тази индустрия е необходимо да се създаде сонотрод, който е в състояние да произвежда достатъчно дълга уплътнителна лента, и вибрациите на които са възможно най-малко засегнати от гореспоменатите допълнителни честоти.

В рамките на тази индустрия е необходимо да се намалят енергийните загуби, дължащи се на застой на водата в сонотрода, доколкото е възможно, за да се ограничи последващото намаляване на ефективното време на запечатване и следователно вероятността уплътнителната лента да остане частично разпечатана.

И накрая, в рамките на тази индустрия е необходимо да се премахнат възможно най-много паразитни честоти на сонотрода.

ЕР-А-1241099 разкрива устройство за ултразвуково запечатване, което включва корпус, закрепен към една от скобите, и три отделни сонотрода, поставени една до друга и поставени в корпуса.

Уплътнителното устройство също така съдържа две междинни опори, като ламели, всяка от които е разположена между главите на две сонотроди, разположени една до друга.

По-специално, главата на всеки сонотрод няма никакъв канал в него.

Настоящото изобретение е създаването на сонотрод, направен да отговаря на поне едно от горните изисквания.

Този проблем е решен в предложения сонотрод, съдържащ:

глава, която определя уплътняваща повърхност, простираща се по първата посока; и

- поне първото и второто задвижващо устройство, които са различни един от друг, всеки от които съдържа поне един пиезоелектричен елемент,

при което първото и второто задвижващи устройства са електрически свързани по време на работа с един генератор, за да предизвикат трептене по време на работа, като главата по продължение на втора посока напречно на споменатата запечатваща повърхност, с вълна с предварително определена дължина на вълната, и

височината на главата, измерена по посока на втората посока, е по същество равна на половината от дължината на вълната на споменатата осцилация в посоката на втората посока;

освен това споменатият сонотрод съдържа:

- поне един първи канал, който преминава през споменатата глава напречно на споменатата първа и втора посока;

- най-малко един краен брой възлови точки, при които по време на работа амплитудата на трептене на главата е по същество нула; и

- равнина, на която лежи поне няколко от споменатите възлови точки и която разделя споменатата глава на първа секция и втора секция,

обаче, съгласно изобретението, споменатият поне един първи канал се простира изцяло в рамките само на една част на първата и втората част и е разположен на определено разстояние от равнината.

Споменатата първа част за предпочитане определя споменатата запечатваща повърхност и споменатият първи жлеб за предпочитане се простира по цялата си дължина в споменатата първа част.

Споменатите задвижващи устройства за предпочитане са свързани към споменатата втора секция и при което сонотрода за предпочитане съдържа поне един втори жлеб, който се простира по цялата му дължина в споменатата втора секция.

Споменатият поне един втори жлеб за предпочитане се простира от противоположната страна на равнината по отношение на споменатия поне един първи жлеб и лежи върху удължението на споменатия най-малко един първи жлеб по посочената втора посока.

Споменатата глава за предпочитане съдържа непрекъснат първи ръб, който дефинира безкраен брой на споменатите точки на закрепване и който лежи на тази равнина, при което споменатият поне един първи канал се простира между споменатата запечатваща повърхност и споменатия първи ръб.

Сонотрода за предпочитане съдържа корпус, в който е разположена споменатата глава и е приспособена да бъде свързана, по време на работа, с опаковъчна машина, където споменатата глава е свързана към споменатото тяло по посочения първи ръб.

Сонотрода за предпочитане съдържа нечетен брой на споменатите задвижващи устройства.

Споменатият корпус за предпочитане съдържа:

- елемент, подобен на кутия, който държи една сред споменатите първа и втора части;

- най-малко един от допълнителните елементи, които определят клетката, която на свой ред побира друга сред споменатите първа и втора секции;

освен това, споменатият подобен на кутия елемент съдържа втори ръб, срещу който е поставен споменатият първи ръб,

и споменатият втори край на споменатия с форма на кутия елемент е свързан с поне един от споменатите допълнителни елементи с възможност за поставяне на споменатия първи ръб в предварително определено положение.

Sonotrode за предпочитане съдържа:

- първи уплътнителен пръстен, разположен между споменатия първи ръб и споменатия ко-формен елемент по посока на втората посока; и

- втори уплътнителен пръстен, противоположен на първия уплътнителен пръстен по отношение на първия ръб, който е разположен между споменатия първи ръб и споменатия поне един допълнителен елемент по посока на втората посока.

За предпочитане е споменатите първи и втори уплътнителни пръстени да бъдат разположени между съответните етапи на споменатата глава и релефа на споменатия блок, подобен на кутия, перпендикулярно на споменатата първа и втора посока.

Този проблем се решава и с помощта на опаковъчна машина за производство на запечатани опаковки, съдържаща запечатващо средство за запечатване на опаковъчен материал, t

при което споменатото запечатващо средство съдържа опора и сонотрод, където сонотрода е сонотрода съгласно горните аспекти на изобретението.

Машината за пакетиране за предпочитане съдържа един генератор, електрически свързан с първото и второто задвижващи устройства на споменатия сонотрод.

Споменатата подпора и споменатият сонотрод за предпочитане се поддържат съответно от първа скоба и втора скоба, при което споменатата втора скоба е фиксирана към споменатия втори край на споменатия кутио-елемент,

освен това, споменатите опаковки са изработени, по време на работа, от тръба от опаковъчен материал, доставяна по вертикален път, които се пълнят непрекъснато с споменатия хранителен продукт и се захващат в еднакво разположени напречни сечения.

Техническият резултат, постигнат с предложеното изобретение, е, че е създаден сонотрод, който е способен да произвежда достатъчно дълга уплътнителна лента, а вибрациите на които са практически незасегнати от допълнителни паразитни честоти.

В този случай се постига намаляване на енергийните загуби, дължащи се на застоя на водата в сонотрода, за да се увеличи ефективното време на запечатване и да се намали вероятността уплътнителната лента да остане частично разпечатана.

Кратко описание на чертежите

Предпочитано неограничаващо изпълнение на настоящото изобретение ще бъде описано чрез пример с позоваване на придружаващите чертежи, в които:

Фиг. 1 е изображение в разглобен вид на сонотрода, съгласно настоящото изобретение, с отстранени части за яснота;

Фиг. 2 е изглед в перспектива на сонотрода съгласно фиг. 1 след монтажа;

Фиг. 3 и 4 са съответно преден и заден изглед в перспектива на главата на сонотрода съгласно фиг. 1 и 2 с отстранени части за яснота;

Фиг. 5 е разрез по линията V-V съгласно фиг. 3;

Фиг. 6 е изглед в перспектива на главата на сонотрода съгласно фиг. 3 и 4 с много пиезоелектрични елементи, монтирани върху него;

Фиг. 7 е схематичен изглед на сонотрода съгласно фиг. 1-4 по време на фазата на запечатване на тръбата за опаковъчен материал;

Фиг. 8 показва скобата и сонотрода съгласно фиг. 1-7, който е прикрепен към скобата;

Фиг. 9 е увеличен изглед в перспектива на разрез през някои части от фиг. 2;

Фиг. Фигура 10 показва графика на модула и фазата на импеданса на известен сонотрод като функция на честотата на вибрациите и с постоянна стойност на затварящата сила; и

Фиг. Фигура 11 изобразява графика на модула и фазата на механичния импеданс на сонотрода съгласно настоящото изобретение като функция на честотата на вибрациите и с постоянно количество уплътняваща сила.

Най-доброто изпълнение на изобретението

Позиция 1 на ФИГ. 1 показва сонотрода като цяло в съответствие с настоящото изобретение.

Сонотрод 1 може да бъде интегриран в опаковъчна машина (не е показана) за производство на запечатани насипни хранителни пакети, като пастьоризирано или свръхвисокотемпературно пастьоризирано мляко, плодов сок, вино и т.н., доставени от тръба 2 на опаковъчен материал, използвайки известни устройства ( не е показано) по вертикалната траектория Q (фиг. 7).

Тръбата 2 е изработена по известен начин чрез надлъжно огъване и запечатване на листа от топлинно уплътняващ листов материал и се напълва непрекъснато отгоре с стерилизиран или стерилизиран хранителен продукт.

Машината за опаковане съдържа, по известен начин, поне една двойка формиращи единици 3 (само една е показана на фигура 8), които взаимодействат циклично и последователно с тръбата 2 на опаковъчния материал за затягане, ултразвуково запечатване и рязане на тръбата 2 по равностоящи напречни сечения. По-специално, образуващите блокове 3 взаимодействат с тръбата 2 за първоначална трансформация на тръбата във вертикална ивица 4 от пакети, които са прикрепени един към друг посредством съответните напречни ивици 5, по които впоследствие тръбата 2 се реже.

Всяко оформящо устройство 3 - описано в този документ само поради необходимостта от ясно разбиране на настоящето изобретение - по същество включва скоба 6 (фигура 8) и противоположна конзола, които са поставени на противоположните страни на тръбата 2, поддържат съответно механичен генератор на вибрации или сонотрод 1 и опора 9, и разположени да се движат в посока напречно на пътеката Р, между отворената конфигурация и затворената конфигурация, в която те затягат и запечатват тръбата 2 в съответното напречно сечение за I съответния уплътнителната лента 5 на опаковката лента 4.

В първата алтернатива на машината за пакетиране, образуващите блокове 3 се движат по съответните водачи и взаимодействат циклично с тръбата 2 за топлинно заваряване на опаковъчния материал на тръбата 2. Всеки формиращ блок 3 съдържа плъзгач, който може да се движи напред и назад по съответния водач; и скобата 6 и контра-скобата, които са шарнирно прикрепени към дъното на съответния плъзгач и се движат между затвореното положение, в което те си сътрудничат с тръбата 2 за нейното уплътняване, и отвореното положение, в което те са разединени от тръбата 2.

Във втората алтернатива опаковъчната машина съдържа два верижни транспортьора, които определят съответната затворена колона и са снабдени с подходящ брой скоби 6 и съответстващи импулсни скоби. Двете части имат съответни разклонения, по същество облицовани и успоредни един на друг, и между които тръба 2 на опаковъчния материал се подава по такъв начин, че скобите 6 на един конвейер взаимодействат със съответните контра-скоби на друг транспортьор по посочените разклонения на съответни пътеки, за да закрепят тръба в серия от последователни секции и за запечатване и рязане на пакети.

Сонотрод 1 по същество съдържа (Фиг. 1-6 и 9):

- една глава 15, която определя уплътняваща повърхност 14, простираща се по посока А;

- множество от (три в показаното изпълнение) задвижващи устройства 12, прикрепени към главата 15, и всяка от които съдържа множество съединени пиезоелектрични елементи 13 (фигура 6); и

- корпуса 30, в който е разположена главата 15.

Машината за опаковане също така съдържа единичен алтернатор (не е показан), който е електрически свързан, при използване, с всички задвижващи устройства 12.

По-подробно, главата 15 е ограничена от двойка стени 16, 17, противоположни една на друга, и двойка стени 18, 19, противоположни една на друга, и е разположена между стените 16, 17.

Стената 16 определя уплътняваща повърхност 14.

Сонотрод 1 е полуволно резонатор, т.е. Пълната дължина на сонотрода 1 по посока В е половината от дължината на вълната на главата 15.

По-специално, височината Н на главата 15, измерена по протежение на посоката В, ортогонална на запечатващата повърхност 14, е равна на половината от дължината на вълната на вълновото колебание, в действие, по протежение на посоката В (фиг. 5).

В резултат, дължината на пиезоелектричните елементи 13 по протежение на посоката В е в дължината на главата 15 по протежение на посоката В.

Така, както е показано на фиг. 5, максималната амплитуда на трептене на главата 15 се постига върху уплътняващата повърхност 14.

Главата 15 съдържа непрекъснат ръб 20, който има формата на затворена линия и който определя линията на възловите колебания на главата 15.

С други думи, точките на ръба 20 по същество не колебаят, когато пиезоелектричните елементи 13 на задвижващите устройства 12 предизвикват трептения на останалата част на главата 15.

В допълнение, точките на ръба 20 определят така наречената повърхност на възела, по-специално така наречената нодална равнина Р, която е поставена ортогонално на посоката Б.

Край 20 по същество съдържа два сегмента 25, успоредни на посока А, и два сегмента 26, ортогонални на сегменти 25 и закръглени в противоположните им краища на сегменти 25.

В допълнение, равнината Р разделя главата 15 на първата и втората секции 21, 22.

Главата 15 също включва етап 70 и етап 71 (фигура 9). Край 20 е разположен по протежение на посока В между издатините 70, 71 и се издава на това място.

Задвижващите устройства 12 имат съответни краища (фиг. 1), които лежат в равнината P.

Раздел 21, 22 съответно съдържа стена 16, 17.

Дебелината на участъка 21 е първа постоянна и след това нараства, продължавайки от повърхността 14 до ръба 20.

В допълнение, секция 21, 22 съдържа съответните двойки канали 23, 27, които продължават по посока В и преминават през главата 15 от стената 18 до стената 19.

За предпочитане, жлебовете 23 се простират изцяло в зоната 21, каналите 27 се простират изцяло в участъците 22, а жлебовете 23, 27 продължават на определено разстояние от равнината Р. С други думи, жлебовете 23, 27 са разделени една от друга и не пресичат равнината Р,

С други думи, каналите 23, 27 са прекъснати на определено разстояние от равнината R.

По-специално, жлебовете 23 се простират по цялата им дължина между ръба 20 и уплътняващата повърхност 14.

Вдлъбнатините 27 продължават от противоположната страна на ръба 20 по отношение на жлебовете 23 и се поставят на удължението на съответните жлебове 23 по протежение на посоката В.

Секция 22 определя множество гнезда 24 (три в показаното изпълнение) за съответните задвижващи устройства 12.

Главата 15 е прикрепена към корпуса 30 по протежение на ръба 20.

Корпусът 30 съдържа (Фиг. 1 и 2):

- кутията като елемент 31, в която е разположена частта 22 на главата 15;

- плоча 32, взаимодействаща със страната на елемента 31, която е противоположна по отношение на уплътняващата повърхност 14;

- плоча 33, взаимодействаща с част от страната на плочата 32, която е противоположна на елемента 31, чрез поставянето на уплътняващия пръстен 41;

- съединител 35 за свързване на пиезоелектричните елементи 13 към генератора и взаимодействащ с допълнителна част от страната на плочата 33, която е противоположна на плочата 32.

Елементът 31 съдържа противоположната страна на плочата 32 на крайния ръб 36.

Край 36 е правоъгълен и съдържа две дълги страни 37а, 37Ь, успоредни на посока А, и две къси страни 38а, 38Ь, ортогонални на страните 37а, 37Ь и разположени между тях.

Както е показано на ФИГ. 9, елементът 31 също така включва релефна вдлъбнатина 34 и издатина 72, която е закръглена към релефната вдлъбнатина 34. По-точно, релефната вдлъбнатина 34 се простира между стъпалото 72 и вътрешния профил на крайния ръб 36.

Уплътнителният пръстен 40 е разположен по протежение на посоката В между ръба 20 и ръба 72 на елемента 31 и е монтиран между ръба 70 и релефната зона 34 в съседство с ръба 72.

По същия начин уплътнителният пръстен 42 е монтиран между ръба 71 и крайната част 73 на релефната вдлъбнатина 34.

В допълнение, корпусът 30 съдържа:

- елемент 45, който дефинира плоча 46, пръчка 47, простираща се успоредно на посока А и издаваща се надолу от плоча 46, и много (четири в показаното изпълнение) раздалечителни устройства 48, разположени по протежение на посоката А и излизащи от плоча 46 от противоположната страна по отношение на лента 47;

- плоча 49, адаптирана към елемента 45 с винтове;

Уплътнителният пръстен 42 е разположен по протежение на посока В между ръба 20 и пръта 50.

Елементът 45, плочата 49 и лентата 50 определят куха клетка, която побира секцията 21 на главата 15.

Лентата 47 е прикрепена към страната на крайния ръб 37а 36 с множество винтове 51, докато лентата 50 е прикрепена към крайния ръб 37 на страната 37b с множество винтове 52.

По този начин винтовете 51, 52 закрепват елемента 45 и шината 50 към елемента 31, съответно, по протежение на страните 37а, 37Ь на крайния ръб 36.

Корпусът 30 е прикрепен към скобата 6 посредством множество (четири от показаното изпълнение) винтове 60а, 60Ь, 60с, 60d.

По-специално, винтовете 60а, 60Ь преминават през първите отвори, ограничени от противоположния край на лентата 50, и вторите отвори, ограничени от противоположния край на страната 37а на крайния ръб 36, и се завиват към скобата 6.

Винтовете 60с, 60d преминават през третите отвори, ограничени от противоположния край на лентата 47, и четвъртите отвори, ограничени от противоположния край на страната 37Ь на крайния ръб 36 и завинтени към скобата 6.

По този начин, винтовете 60а, 60в, 60с, 60d закрепват корпуса 30 към скобата 6 в противоположния край на страните 38а, 38Ь.

Позовавайки се на ФИГ. 7, опората 9, в показаното изпълнение, е от типа, описан и илюстриран в ЕР-В-615907, и по същество е ограничена до две отделни горна и долна секции 61, 62, определящи между тях седалка 64 за поместване на ножа 65. Много кратко Ножът 65 е плъзгащо разположен вътре в седалката 64 на опората 9 и се управлява от познато задвижващо устройство (не е показано) за рязане на тръбата 2 близо до напречните уплътнителни ленти 5 и по този начин се отделя от лентата 4 на опаковките, напускащи формиращия блок 3, и подлежи на сгъване konchatelnuyu форма.

Функционирането на сонотрода 1 в този документ е описано с позоваване само на двойка, състояща се от скоба 6 и контра клема, и на базата на конфигурация, в която стяга 6 и контра клема са в затворена конфигурация и стяга тръба 2 близо до напречното сечение.

При тази конфигурация сонотродът 1 взаимодейства с опората 9 и напречното сечение на тръбата 2 се затяга между тях.

На този етап генераторът осигурява задвижващите устройства 12 с предварително определена стойност на променлив ток, като по този начин причинява ултразвукови вибрации на пиезоелектричните елементи 13 и следователно на сонотрода 1.

Ултразвуковите вибрации на сонотрода 1 предизвикват запечатване на тръбата 2 и образуването на уплътнителната лента 5.

По-специално, когато сонотрод 1 вибрира, непрекъснатият затворен ръб 20 не се колебае.

Всъщност ръбът 20 е разположен близо до крайния ръб 36 на елемента 31 на корпуса 30;

- елементът 31 на корпуса 30 е прикрепен към елемента 45 и лентата 50 по страните 37а, 37Ь на крайния ръб 36; и

- Крайният ръб 36 на корпуса 30 е прикрепен към скобата 6.

С други думи, ръбът 20 образува непрекъсната затворена възлова линия на сонотрода 1.

След откачане на задвижващите устройства 12 и преди отварянето на скобата 6 и контра-скобата за започване на следващия цикъл на формоване, ножът 65 се задвижва и освобождава от гнездото 64 в опората 9 за рязане на опаковъчния материал по съответната уплътнителна лента 5 и по този начин, отделяйки от тръбата 2 съответния пакет от възглавници, който е значително сгънат в крайната си форма.

Предимствата на сонотрода 1 съгласно настоящото изобретение ще бъдат ясни от следващото описание.

По-специално, каналите 23, 27 се простират изцяло в рамките на съответните секции 21, 23 и на определено разстояние от равнината Р, която е ограничена от ръба 20.

Заявителят е открил, че поради факта, че жлебовете 23, 27 не преминават през равнината Р, определена от непрекъснатата възлова линия на главата 15, вибрацията на сонотрода 1 по същество няма допълнителни паразитни честоти, които влияят на сонотрода, разкрита в уводната част на настоящото описание.

По-точно, заявителят е установил, че както е показано на ФИГ. 10, графиките G, Z на модула и фазата на импеданса като функция на честотата и при постоянна стойност на силата на запечатване на сонотрода, подобно на онези, разкрити в WO-A-2007/020208, имат съответни нискочестотни завои I, J близо до резонансната честота и последователност от много близки. локални максимуми и минимуми.

Наличието на пречупвания I, J и много близки максимуми и минимуми се дължи главно на допълнителния режим, възбуден от допълнителни паразитни честоти.

С други думи, както е показано на ФИГ. 11, графиките на K, L модула и фазата на импеданса като функция на честотата и при постоянна стойност на силата на запечатване на сонотрода 1 нямат нито нискочестотни прегъвания, нито последователност от много близки локални максимуми и минимуми.

Това се дължи на факта, че вибрациите на сонотрода 1 нямат гореспоменатите допълнителни честоти.

В резултат, дори когато са много дълги, напречните уплътнителни ленти 5, направени с помощта на сонотрода 1, са много еднакви. Това се дължи на факта, че същата глава 15 побира множество пиезоелектрични елементи 13 и факта, че равнината Р не пресича жлебовете 23, 27.

Освен това, поради факта, че каналите 23 се простират само в рамките на участъка 21, застояването на водата се ограничава само до областта 21 и по същество се предотвратява в участък 22. Следователно, загубите на енергия, причинени от застоя на водата, намаляват значително, като по този начин се увеличава вероятността че напречните уплътнителни ленти 5 са ​​напълно уплътнени.

Уплътнителните пръстени 40, 42 са ефективни за намаляване на предаването на вибрации от главата 15 към елементите 31, 45 и шината 50.

И накрая, заявителят е установил, че поради факта, че този сонотрод има нечетно число по отношение на задвижващия елемент 12, сонотродът 1 показва фалшиви честоти на по-голямо разстояние един от друг, отколкото известните сонотроди, имащи четно число по отношение на задвижващия блок.

Очевидно е, че могат да бъдат направени промени по отношение на сонотрода 1, описан в този документ, без да се излиза извън обхвата на настоящото изобретение.

По-специално, главата 15 може да съдържа, вместо ръба 20, множество действащи елементи, които са свързани към скобата 6.

В този случай действащите елементи определят съответната точка на възела на главата 15 и лежат върху равнината Р, докато жлебовете 23, 27 са разединени от равнината П.

1. Sonotrode (1), съдържащ:
глава (15), която оформя уплътняваща повърхност (14), простираща се по първата посока (А); и
- поне първото и второто задвижващи устройства (12), които се различават една от друга, всяка от които съдържа поне един пиезоелектричен елемент (13),
при което първата и втората задвижващи механизми (12) са електрически свързани по време на работа с един генератор, за да предизвикат колебание по време на работа на споменатата глава (15) по втората посока (В) напречно на споменатата запечатваща повърхност ( 14), с вълна с предварително определена дължина на вълната, и
височината (Н) на главата (15), измерена по посока на втората посока (В), е по същество равна на половината от дължината на вълната на споменатата трептене в посоката на втората посока (В);
освен това гореспоменатият сонотрод (1) съдържа:
- поне един първи канал (23), който преминава през споменатата глава (15) напречно на споменатата първа и втора посока (А, В);
- най-малко един краен брой възлови точки, при които по време на работа амплитудата на трептене на главата (15) е по същество нула; и
- равнина (Р), на която лежи поне няколко от гореспоменатите възлови точки и която разделя споменатата глава (15) на първа секция (21) и втора секция (22);
характеризиращ се с това, че споменатият поне един първи канал (23) се простира изцяло в рамките само на една част (21) на споменатата първа и втора част (21, 22) и е разположен на определено разстояние от равнината (Р).

2. Сонотрода съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че споменатата първа част (21) определя споменатата запечатваща повърхност (14) и че споменатият първи канал (23) се простира по цялата си дължина в споменатата първа част (21).

3. Сонотрода съгласно претенция 1 или 2, характеризираща се с това, че споменатите задвижващи устройства (12) са свързани с втората секция (22) и съдържат поне един втори жлеб (27), който се простира по цялата му дължина. в споменатата втора област (22).

4. Сонотрода съгласно претенция 3, характеризираща се с това, че споменатият поне един втори жлеб (27) се простира на противоположната страна на равнината (Р) по отношение на споменатия поне един първи жлеб (23) и е на продължаването на споменатия най-малко един първи канал (23) по посока на втората посока (В).

5. Сонотрода съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че главата (15) включва непрекъснат първи ръб (20), който определя безкраен брой на споменатите нодални точки и който лежи върху равнината (Р), при което споменатият поне един първият канал (23) се простира между споменатата запечатваща повърхност (14) и първия ръб (20).

6. Сонотрода съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че съдържа корпус (30), който помества главата (15) и е пригоден да бъде свързан, по време на работа, към опаковъчна машина и в тази глава (15) е прикрепена към споменатата глава. Корпус (30) по протежение на първия ръб (20).

7. Сонотрода съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че съдържа нечетен брой на споменатите задвижващи устройства (12).

8. Сонотрода съгласно претенция 6, характеризираща се с това, че споменатият корпус (30) съдържа: t
- елемент с форма на кутия (31), който държи един (21) между споменатите първа и втора секции (21, 22);
- поне един от допълнителните елементи (45, 49, 50), които дефинират клетката, която на свой ред побира другата (22) между първата и втората секции (21, 22);
освен това, гореспоменатият елемент с форма на кутия (31) съдържа втори ръб (36), срещу който е разположен първият ръб (20),
и споменатият втори ръб (36) на споменатия кутия като елемент (31) е свързан с поне един от споменатите допълнителни елементи (45, 49, 50) с възможност за поставяне на първия ръб (20) в предварително определено положение.

9. Сонотрод съгласно точка 8, характеризиращ се с това, че съдържа: t
- първи уплътнителен пръстен (40), разположен между споменатия първи ръб (20) и споменатия кутия (31) по посока на втората посока (В); и
- втори уплътнителен пръстен (42) срещу първия уплътнителен пръстен (40) по отношение на първия ръб (20), който е поставен между споменатия първи ръб (20) и споменатия поне един допълнителен елемент (45, 49, 50) по посока втора посока (В).

10. Сонотрода съгласно претенция 9, характеризираща се с това, че споменатите първи и втори уплътнителни пръстени (40, 42) са разположени между съответните издатини (70, 71) на споменатата глава (15) и релеф (34) на споменатия кутионен елемент (31), перпендикулярно към посочената първа и втора посока (А, В).

11. Опаковъчна машина за производство на запечатани опаковки, съдържаща запечатващи средства за запечатване на опаковъчен материал;
където споменатото запечатващо средство съдържа опора (9) и сонотрод (1);
характеризиращ се с това, че сонотродът (1) е сонотрод (1) съгласно която и да е от предходните параграфи.

12. Пакетираща машина съгласно претенция 11, характеризираща се с това, че съдържа един генератор, електрически свързан към първото и второто задвижващи устройства (12) на споменатия сонотрод (1).

13. Машина за пакетиране съгласно претенция 11 или 12, характеризираща се с това, че споменатата опора (9) и споменатият сонотрод (1) са поддържани съответно с помощта на първа скоба и втора скоба (6), при което споменатата втора скоба (6) е фиксирана към споменатата втора ръб (36) на споменатия с форма на кутия елемент (31),
освен това, споменатите опаковки са направени по време на работа от тръба (2) на опаковъчен материал, доставян по вертикален път (Q), непрекъснато се пълнят с гореспоменатия хранителен продукт и се захващат в еднакво разположени напречни сечения.

Прочетете Повече За Шизофрения