DK171800B1 - Fremgangsmåde og apparat til varmeforsegling af termoplastiske beholdere - Google Patents

Description

i DK 171800 B1

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til varmefor-segling af termoplasti ske beholdere, og navnlig et kredsløb og en fremgangsmåde til styring af varmeforseglingstemperaturen ved udførelsen af en hurtig række af forseglingsoperationer for at tilvejebringe en var-5 meforsegling af beholderne, som er ensartet og af høj kvalitet.

Det er kendt at emballere små artikler og fint massegods i forseglede termoplastiske poser. Disse emballager er særlig effektive til at beskytte de forseglede produkter og gør det lettere at skue indholdet i posen, uden at den skal åbnes.

10 Der kendes systemer, apparater og fremgangsmåder til at udføre au tomatisk og halvautomatisk emballering i poser af denne art. Eksempler på sådanne apparater, systemer og fremgangsmåder beskrives i US patentskrifterne nr. 3 948 015 og nr. 3 965 653.

Der kendes kommercielt udstyr til at udføre disse automatiske og 15 halvautomatiske emballeringsoperationer, og to eksempler på sådanne maskiner, der kendes under navnene model H-100 og model H-55, fremstilles og sælges af Automated Packaging Systems, Inc., Twinsburg, Ohio, U.S.A.

I emballeringsapparaterne og -systemerne, som udnyttes i de ovenfor nævnte maskiner anvendes der baner af sammenhængende varmeforseglelige 20 termoplastiske poser. Poserne indføres successivt i en påfyldnings- og forseglingsstation, hvor de åbnes ved et luftblæsesystem og fyldes.

De fyldte poser forsegles én efter én og adskilles derefter fra hinanden.

Under forseglingen griber et organ om hver af de fyldte poser én 25 efter én og isolerer den del af poserne, hvor der skal dannes en varme-forsegling. Et varmeelement bevæges i forhold til den isolerede sektion hen i umiddelbar nærhed af eller til anlæg mod det område, der ønskes forseglet. Den til varmeelementet tilførte elektriske effekt opvarmer forseglingsområdet til en temperatur, der er tilstrækkelig høj til at 30 udføre en varmeforsegling på den fyldte pose. Derefter adskilles de fyldte poser successivt fra banen. Alternativt kan varmeelementet være stationært, og et trykorgan presser forseglingsområdet mod varmeelemen tet.

Det ovenfor beskrevne apparat anvendes sædvanligvis til udførelsen 35 af en lang hurtig følge af forseglinger ved på hinanden følgende poser.

Ved en sådan anvendelse holdes varmeelementet varmt, dvs. holdes på en omtrent ensartet temperatur.

Andre typer af forseglingsmåder er imidlertid også af interesse.

DK 171800 B1 i

Kontinuert forsegling er en forseglingstype, hvor et kontinuerligt opvarmet varmeelement holdes i stort set kontinuert kontakt med det bevægede materiale, der skal forsegles. En sådan kontinuerlig forsegling kan for eksempel anvendes til fremstilling af de varmeforseglelige pi asti k-5 poser. Til dette formål startes der med en længde af en plastikslange af stor diameter. Slangen fladlægges, og et "varm-kniv"-varmeelement bevæges relativt i længderetningen af den store slange, hvilket tilvejebringer en longitudinal forsegling, der forløber på langs af den store plastikslange, for at omdanne slangen med den store diameter til to eller 10 flere slanger med en mindre diameter.

En anden forseglingsmåde er den intermitterende art, såsom hvor en forsegling af en pose med lille volumen udføres ved tidsintervaller, der kan ligge i varierende og betydelige indbyrdes afstande. Ved en sådan metode er det vigtigt med temperaturstyring, da intermitterende brug 15 forårsager termiske transi enter inden for maskinen og varmeelementet, hvilket kan vanskeliggøre en ordentlig forsegling. Såfremt intervallerne er små, kan der forekomme varmeopbygning, og varmeelementet kan blive for varmt. Hvis derimod intervallerne imellem forseglingsperioderne er store, kan der forekomme utilstrækkelig varmeopbygning, og varmeelemen-20 tet bliver for koldt til at udføre forsegling.

For udførelsen af ensartede varmeforsegli nger af god kvalitet er det vigtigt at holde varmeelementets temperatur indenfor et forholdsvis nøjagtigt område. Hvis varmeelementets temperatur er for lav, blødgøres det materiale, der skal forsegles, ikke tilstrækkeligt, og forseglingen 25 bliver ufuldstændig. Hvis varmeelementets temperatur derimod er for høj, smelter det termoplasti ske materiale, der skal forsegles, for meget, hvilket kan bevirke, at et eller begge lag af formstofmaterialet brændes igennem, og resulterer i en mangelfuld forsegling.

Ifølge et forslag til styring af temperaturen tilsluttes netspæn-30 ding til varmeelementet, og kredsløbselementsværdierne udvælges ganske enkelt til at holde varmeelementet på en given ønsket temperatur så længe, netspændingen er tilsluttet. Dette forslag har den ulempe, at varmeelementets temperatur ændres, såfremt netspændingen ændres, og i nogle tilfælde er denne ændring tilstrækkelig til at påvirke kvaliteten af de 35 udførte forseglinger uhensigtsmæssigt.

Ifølge et andet forslag overvåges varmeelementets temperatur af en varmeføleindretning, såsom et termoelement eller lignende, idet udgangssignalet fra termoelementet aflæses. Dette udgangssignal er på tilbage- 3 DK 171800 B1 førende måde forbundet til styrekredsløb til regulering af den energi, der tilføres varmeelementet. En ulempe ved denne fremgangsmåde er, at sådanne temperaturovervågningsindretninger i nogle tilfælde ikke har en tilstrækkelig stor nøjagtighed. En yderligere ulempe er, at sådanne tem-5 peraturovervågningsindretninger overvåger varmeelementets temperatur på en afstand derfra, hvilken afstand, selv når den er lille, kan resultere i unøjagtige temperaturangivelser. Dette er navnlig tilfældet, hvor omgivelsestemperaturen er forholdvis lav, eller når der forekommer træk.

En videre fremgangsmåde har været at anvende en termistor anbragt 10 og tilsluttet til at afbryde effekttilførslen til varmeelementet i en betydelig tidsperiode, når varmeelementet er ført væk fra forseglingsområdets nærhed.

Et yderligere forslag er at anbringe et temperaturfølsomt element i nærheden af varmeelementet, hvilket elements modstand ændres med tem-15 peraturen, og at udnytte denne modstandsændring til at aktivere styrekredsløb til regulering af den effekt, der tilføres varmeelementet.

De to sidstnævnte forslag har den samme ulempe som det tidligere nævnte forslag, nemlig at temperaturafføling sker ved afføling af varme-effekten fra varmeelementet og ikke ved direkte afføling af temperaturen 20 i selve varmeelementet.

I det foregående har der primært været beskrevet typer af repetitive forseglingsoperationer, hvor det er ønskeligt at holde et varmeelement på en stort set ensartet varmeforseglingstemperatur, og hvor e-lementet anvendes hurtigt på en række af ønskede forseglingsområder.

25 En anden type hensigtsmæssig forsegling er en forsegling, der om fatter et forholdsvis stort forseglingsområde, hvorpå indicia præges.

Sådanne indicia kan eksempelvis være et logo eller navn på den virksomhed, der fremstiller eller sælger indholdet i poserne. En anden anvendelse kan være indikering af navnet på den person eller den operatør, 30 der udførte forseglingen, eller som optalte eller inspicerede indholdet i poserne.

En praktisk anvendelse af en sådan fremgangsmåde er at emballere et på forhånd optalt pengebeløb i plastikposer for banker.

Prægede forseglinger anvendes også af sikkerhedshensyn, hvor det er 35 hensigtsmæssigt at tilvejebringe en forsegling, således at en beholder ikke let kan åbnes og genforsegles af en uautoriseret person, uden at det vil kunne opdages. For eksempel er det ikke muligt uden at efterlade spor at åbne en beholder med en præget forsegling og at genforsegle DK 171800 B1 4 denne med et simpelt varmeelement uden indicia.

Selv om der ikke ønskes prægning af forseglingsområdet med et logo, navn eller nummer, kan det alligevel af sikkerhedshensyn være hensigtsmæssigt at præge forseglingsområdet med et givent geometrisk møn-5 ster, der er relativt svært at efterligne.

Fremgangsmåden for udførelsen af prægede forseglinger er noget forskellig fra den ovenfor beskrevne. Til udførelsen af en præget forsegling er varmeelementet udformet som en bjælke tilpasset en klemflade, der er forsynet med et forhøjet mønster svarende til de ønskede indicia.

10 De lag af beholderen, der ønskes forseglet, indføres derpå mellem kæberne på klemmeapparatet, hvoraf i det mindste en del bærer eller udgøres af varmeelementet. Klemmen lukkes, før der tilføres elektrisk effekt til varmeelementet. Herefter tilføres der elektrisk effekt til varmeelementet, der opvarmer det område, der ønskes forseglet, til et punkt, hvor 15 forseglingen sker. Herefter afbrydes strømmen til varmeelementet, og den sammenklemte enhed lades køle af, hvorefter bespændingen frigives og den forseglede beholder fjernes før påbegyndelsen af en efterfølgende forsegl ingscyklus.

Private forsøg har vist, at det er vanskeligt at udføre prægede 20 forseglinger af høj kvalitet. Læsbarheden af indiciaene har i nogle tilfælde vist sig at medføre en modstrid med udførelsen af forseglinger med gode mekaniske egenskaber. Det har været forsøgt at styre forseglingskvaliteten ved at regulere den tidsperiode, hvorunder modstandsvarmeelementet holdes nede. Denne fremgangsmåde synes dog at volde problemer 25 i de tilfælde, hvor der kræves en længere følge af forseglingscykler. Varigheden af varmepåføringen til udførelsen af en god forsegling varierer betydeligt inden for en sekvens af forseglinger, sandsynligvis på grund af transiente termiske forhold under på hinanden følgende forseglingsoperationer. Sådanne varighedsperioder varierer fra mellem 1 1/2 30 sekund til ca. 0,3 sekund. Dette behov for vedvarende tidsstyring gør det uhensigtsmæssigt at udføre en følge af prægede forseglinger.

Nødvendigheden af at variere varmepåføringsperioden er en væsentlig hindring for udførelsen af hurtige følger af gode prægede varmeforseg-1inger.

35 Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en fremgangsmåde og et kredsløb til varmeforsegling til udøvelsen af 1) nøjagtig fastholdelse af et varmeforseglingselement på en stort set fastlagt temperatur og 2) til drift af varmeforseglingselementet inden for en ensartet tidsbestemt 5 DK 171800 B1 række af cykler til at udføre ensartede gode prægede forseglinger.

Det ovenfor angivne formål opnås i overensstemmelse med et første aspekt af den foreliggende opfindelse med en fremgangsmåde til stabilisering af temperaturen i et elektrisk opvarmet forseglingselement koblet 5 til et energiforsyningskredsløb for tilførsel af elektrisk opvarmningseffekt til forseglingselementet og til overvågning af en elektrisk egenskab ved forseglingselementet, hvilken egenskab er en funktion af varmeelementets temperatur, hvilken fremgangsmåde i overensstemmelse med opfindelsen er ejendommelig ved, at der intermitterende tilføres elektrisk 10 effekt til forseglingselementet og foretages ændring af arbejdsperioden af den intermittende tilførsel af elektrisk effekt til opvarmningselementet i afhængighed af overvågningstrinet.

Det ovenfor angivne formål opnås i overensstemmelse med et andet aspekt af den foreliggende opfindelse med et varmeforseglingskredsløb 15 omfattende et varmeforseglingselement, et energiforsyningskredsløb koblet til varmeforseglingselementet for tilførsel af elektrisk opvarmningsenergi til varmeforseglingselementet samt overvågningsindretninger koblet til varmeforsyningselementet for overvågning af en elektrisk egenskab ved energiforsyningen af varmeforsyningselementet, hvilken 20 elektrisk egenskab er en funktion af varmeforseglingselementets temperatur, hvilket varmeforseglingskredsløb i overensstemmelse med opfindelsen er ejendommeligt ved, at det har et kredsløb koblet til overvågningsindretningerne og til energiforsyningskredsløbet for intermitterende tilførsel af elektrisk effekt til varmeforseglingselementet og for 25 ændring af arbejdsperioden af den nævnte intermitterende tilførsel af elektrisk effekt til varmeforseglingselementet i afhængighed af kredsløbet til overvågning af den elektriske egenskab.

I DE-A-2549651, der er ækvivalent til GB-A-1520556, er beskrevet en varmestyringskonstruktion (svarende til første del af krav 1 og 3), ved 30 hvilken kredsløbet måler spændingsfaldet og strømmen gennem et svejsebånd. Et delekredsløb frembringer en momentan repræsentation af resistansen i svejsebåndet. Repræsentationen repræsenterende naturligvis en øjeblikkelig udlæsning af båndets temperatur. Effekten, som tilføres båndet, fastlægges på beholderbasis, og reguleringen sker ved hjælp af 35 en regulator, i hvilken strømværdi, som repræsenterer temperaturen fra strømmåleelementet, sammenlignes med en ønsket temperaturværdi for frembringelse af en ændring af transformerspændingen i fødetransformeren, der forsyner svejsebåndet.

DK 171800 B1 6

Opfindelsen består i en fremgangsmåde og et kredsløb til stabilisering af temperaturen i et elektrisk opvarmet forseglingselement koblet til et energiforsyningskredsløb for tilførsel af elektrisk opvarmningseffekt til forseglingselementet og til overvågning af en 5 elektrisk egenskab ved forseglingselementet, hvilken egenskab er en funktion af varmeelementets temperatur, er i overensstemmelse med opfindelsen ejendommelig ved et trin og et kredsløb, hvorved der intermitterende føres elektrisk effekt til forseglingselementet og foretages ændring af arbejdsperioden af den intermitterende tilførsel af 10 elektrisk effekt til opvarmningselementet i afhængighed af overvågningstrinet.

Fordelen ved opfindelsen i forhold til den i DE-A-2549651 beskrevne indretning er, at der ved intermitterende effekttilførsel opnås en særdeles nøjagtig styring af opvarmningselementet. Dette er særligt for-15 delagtigt, når relativt store områder skal præges.

Ifølge en anden foretrukken udførelsesform sker justering af arbejdsperioden af effektforsyningskredsløbet på følgende måde: Når strømmen gennem forseglingselementet reduceres til et niveau under en given værdi, reduceres også tilførslen af elektrisk effekt til varme-20 elementet. Hvis strømmen i forseglingselementet derimod er over en given værdi, tilføres der enten fortsat elektrisk effekt på et ensartet niveau, eller tilførslen forøges.

Stiger temperaturen i varmeelementet, vil dets modstand således også forøges, og strømmen gennem varmeelementet reduceres, forudsat at 25 spændingen er stort set konstant. Kredsløbet ifølge opfindelsen aflæser reduktion af strømmen (hvilket indikerer en stigning i forseglingselementets temperatur) under et givent niveau svarende til en ønsket temperatur. Som reaktion på et fald i strømmen til under det givne niveau, reduceres den elektriske effekt, eller tilførslen afbrydes helt, efter-30 som den temperatur, der ønskes i varmeelementet, er opnået.

Hvis strømmen derimod er over det givne niveau, er det en indikation om, at varmeelementets temperatur (som angivet ved dets forholdsvis lave modstand) er under den ønskede temperatur, og strømkredsen tilfører elektrisk strøm for at øge temperaturen.

35 Ifølge en yderligere foretrukken udførelsesform tilvejebringes der kredsløb omfattende en komparator til regulering af det forudbestemte niveau, hvor strømkredsen ifølge opfindelsen tilslutter eller afbryder for effekten.

7 DK 171800 B1 I en hensigtsmæssig udførelsesform omfatter kredsløbet yderligere kredsløb for kompensation for uønskede ændringer i netspændingen, der påtrykkes forseglingselementkredsløbet. Såfremt spændingen falder, vil spændingskompensationskredsløbene forlænge det tidsrum, hvori forseg-5 lingselementet opvarmes, for at kompensere for spændingsfaldet og for at holde den faktiske effekt, der udvikles i varmeelementet, på et stort set konstant niveau, uafhængigt af spændingsændringen. Hvis spændingen stiger, afkortes opvarmningsperioden af komplementære grunde.

Ifølge en yderligere foretrukken udførelsesform omfatter midlerne 10 til regulering af den forudbestemte temperatur, hvorved effekten afbrydes, et potentiometer. Ifølge denne udførelsesform er der til temperaturindstillingspotentiometret tilsluttet yderligere to potentiometre til at definere det temperaturinterval, der kan opnås ved fuldt udslag af den bevægelige udvælger på temperaturreguleringspotentiometret.

15 Kredsløbene ifølge opfindelsen kan drives på kontinuerlig måde, eller kan drives, så de udfører en række på hinanden følgende forseglingsoperationer på impulsfacon i hver cyklus. Sådanne forseglingsoperationer er specielt egnede til at udføre forseglinger med prægede indicia.

20 For at udføre en sådan præget forsegling klemmes det område, der skal forsegles, sammen ved et klemmeorgan, hvor den ene eller begge kæber omfatter modstandsforseglingselementer. Kredsløbet aktiveres herefter for at begynde tilførslen af elektrisk effekt til varmeelementerne. Kredsløbet fortsætter med at tilføre effekt, indtil varmeelementet når 25 den forud fastlagte temperatur, på hvilket tidspunkt strømmen afbrydes og de sammenklemte lag kan afkøles. Efter afkøling frigives de sammenspændte lag, og det forseglede emne føres bort under forberedelsen til indledningen af den næste impulscyklus.

I det følgende beskrives den foreliggende opfindelse nærmere under 30 henvisning til tegningen, hvorpå fig. 1 er en afbildning af et repræsentativt apparat, hvori opfindelsen kan indgå, og fig. 2 er en skematisk afbildning af et foretrukket kredsløb ifølge 35 opfindelsen.

Idet der henvises til fig. 1, vises et emballeringsapparat, hvori opfindelsen indgår, og betegnet som helhed ved M'. Et par af gummivalser DK 171800 B1 8 RI, R2 understøttes af en ramme F. En emballeringsbane W af sammenhængende poselignende beholdere tilføres vertikalt opad fra en lagersektion (ikke vist) udformet i den nedre del af kabinettet C. Banen trykkes over en valse RI og forløber horisontalt til valsen R2. Fra valsen R2 føres 5 banen nedad og opad ved en styreskinne B og et par af fødevalser R3, R4.

Fra valserne R3, R4 føres banen nedad langs en stort set vertikal bane hen til en påfyldningsstation betegnet som helhed ved L. En påfyldningstragt er indrettet til at tømme indholdet ud i en pose anbragt ved fyldestationen.

10 Der er tilvejebragt en opvarmningsbjælke H. Et par af gribestænger er arrangeret i nærheden af opvarmningsbjælken.

Der er tilvejebragt mekaniske midler til at presse opvarmningsbjælken mod det område på posen, som skal forsegles. Elektrisk strøm tilført til opvarmningsbjælken bevirker, at opvarmningsbjælkens tempera-15 tur hæves til et niveau, der er tilstrækkeligt til at udføre en forsegling af det termoplasti ske materiale, hvoraf poserne er fremstillet.

En detaljeret beskrivelse af dette apparat findes i US patent nr. 3 965 653, der er udstedt den 29. juni 1976, navnlig i den del af patentet, der omfatter forklaringen til figurerne 1-3.

20 Et kredsløb til styring af temperaturen i et modstandsvarmeelement 10 vises i fig. 2. Varmeelementet og det viste temperaturstyrekredsløb er en del af et apparat for lukning af termoplasti ske poser ved varme-forsegling. Eksempler på et sådan apparat beskrives i det ovennævnte US patentskrift, hvortil der her udtrykkeligt refereres. Apparater, hvori 25 opfindelsen kan anvendes, kendes som modellerne H-55 og H-100, der fremstilles kommercielt af Automated Packaging Systems, Inc, Twinsburg,

Ohio, USA.

Ifølge en foretrukken udførelsesform er varmeelementet 10 en rund tråd i rustfrit stål med en diameter på omtrent 1, 6 mm (1/16 tomme) og 30 en længde på mindst 102 mm (4 tommer). Det rustfri stålmateriale omfattende varmeelementet 10 har en resistivitet, der er en voksende funktion af temperaturen. Dvs. at når varmeelementets 10 temperatur stiger, så øges dets modstand også. Omvendt mindskes dets modstand, når varmeelementet 10 afkøles.

35 Varmeelementet 10 fremstilles fortrinsvis af et elektrisk ledende materiale med en resistivitets-temperaturkoefficient på i det mindste omkring 0,009.

Selvom en foretrukken udførelsesform omfatter en rund tråd af rust- 9 DK 171800 B1 frit stål, skal opfindelsen ikke anses for værende begrænset til en sådan udførelsesform. Der kan også anvendes andre varianter af varmeelementer indenfor opfindelsens rammer. For eksempel kan der i nogle typer forseglingsoperationer anvendes et bånd af folie, såsom et foliebånd 5 med en tykkelse på omtrent 0,127 mm (0,005 tommer) og med en bredde på 4,76 mm (3/16 tommer) til omtrent 0,525 mm (3/8 tommer). Der kan ligeså vel anvendes andre varianter, såsom et større varmeelement af bloktype, hvori der forløber en varmetråd, for eksempel i en reces eller not.

Hvis varmeelementet er længere, er det imidlertid ofte nødvendigt 10 at øge den spænding, der tilføres varmeelementet fra den elektriske effektforsyning.

Forsøg har vist, at der kan opnås tilfredsstillende resultater ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, når resistivitets-tempe-raturkoefficienten for varmeelementets materiale er mellem ca. 0,00094 15 og 0,00135. Andre forsøg har vist, at anvendelsen af et materiale med en resistivitets-temperaturkoefficient på 0,00036 ikke fungerede godt.

Varmeelementet 10 er serieforbundet i det sekundære kredsløb af en transformer 12. Transformeren 12 er en transformer til nedtransformering med et nedtransformeringsforhold på ca. 24, således at udgangssignalet 20 over dens sekundærkreds er ca. 5 volt, når der tilføres en 120 volt vekselstrøm til dens primærkreds, som er vist ved henvisningstallet 14.

Der tilføres tilstrækkelig effekt fra transformeren 12 til varmeelementet 10 til at tilvejebringe en strøm på omtrent 28 Amp.

Idet der henvises til den højre del på fig. 1, vises kredsløb for 25 tilførsel af det 120 volt vekselstrømssignal til primærkredsen 14 i transformeren 12. Dette vekselstrømssignal tilføres ved en terminal 16, der ses både i højre og venstre side af figuren 2.

En leder 18 er forbundet til en 120 volt vekselstrømskilde. Dette signal føres gennem en triac 20. Triacen kan på kendt måde styres, så 30 den kan gå fra en ledende tilstand til en ikke-ledende tilstand, afhængigt af tilstanden af et signal, der fremkommer på en leder 22.

Der er med triacen 20 parallel forbundet en RC-seriegren omfattende en 475k modstand 24 og en 1 mi krofarad kondensator 26. Grenen, der omfatter modstanden 24 og kondensatoren 26, har en dæmpningsfunktion for 35 at minimere virkningen af transienter.

Triacen 20 styres ved en optokobler 28. Optokobleren 28 udsender som reaktion på tilstedeværelsen af en positiv spænding på en indgangsledning 30 et positivt signal på udgangsledningen 22, som bringer tri- DK 171800 B1 10 acen 20 i dens tændte eller ledende tilstand.

Tilførslen af strøm til varmeelementet 10 starter ved udsending af en positiv "tickle"-puls på en ledning 32. Når en positiv puls udsendes på ledningen 32, bevirker den optiske kobling 28, at triacen 20 tændes, 5 hvilken gennem ledningen 16 sender det 120 volt vekselsstrømssignal til transformerens 12 primære kreds 14.

Den optiske koblings 28 videre funktion som svar på en eller flere efter hinanden følgende tickle-pulser udsendt på ledningen 32 vil blive beskrevet senere efter en mellemliggende diskussion vedrørende et tilba-10 gekoblingskredsløb, der udgør en vigtig del af den foreliggende opfindelse.

Indgang 30 til optokobleren 28 fødes også fra udgangen af en kom-parator 34. Komparatoren 34 udsender kun et positivt udgangssignal, når den indgangsspænding, der tilføres til dens positive eller lavere ind-15 gang overstiger spændingen, der tilføres til dens negative eller øvre indgangsterminal som vist i fig. 2. Den positive indgang til komparatoren 24 fødes fra en ledning 36, der i sidste ende er forbundet til sekundærkredsen i transformeren 12 ved et knudepunkt 38.

En strømføl emodstand 40 er serieforbundet med varmeelementet 10 i 20 sekundærkredsen. Knudepunktet 38 er arrangeret på et sted i sekundærkredsen således, at der, når der løber strøm i sekundærkredsen, frembringes et positivt signal på ledningen 36, hvilket signal er en funktion af værdien af sekundærstrømmen.

Den negative indgang på komparatoren 34 fødes af et signal på en 25 ledning 42. Spændingssignalet, der fremkommer på ledningen 42, er en funktion af spændingen over sekundæren af transformeren 12 på et sted angivet ved henvisningstallet 44. Signalet på ledningen 42 har almindeligvis en ikke-varierende positiv værdi.

Når signal spændingen på ledningen 36 er større end signalet på led-30 ningen 42, frembringer komparatoren 34 et positivt udgangssignal, der holder optokobleren 28 i en tilstand, der holder triacen 20 i dens ledende eller tændte tilstand. Dette opretholder tilførsel af strøm til det primære kredsløb i transformeren, hvilket opretholder tilførslen af elektrisk effekt til varmeelementet 10.

35 Såfremt signalet på ledningen 36 bliver mindre end værdien af sig nalet på ledningen 42, ophører komparatoren 34 med at frembringe sit udgangssignal. Standsning af udgangssignalet fra komparatoren 34 afbryder optokobleren, sætter triacen 20 i dens ikke-ledende tilstand og afbryder 11 DK 171800 B1 effekten til varmeelementet 10.

Når der udsendes en tickle-puls på ledningen 32, vil den optiske kobling 28 i første omgang blive tændt, hvilket starter tilførsel af e-lektrisk effekt til varmeelementet 10. Tilførslen af denne effekt til 5 varmeelementet 10 og til dens tilhørende sekundære kredsløb i transformeren bevirker et positivt spændingsfald over strømføl emodstanden 40, hvilket igen bevirker, at der fremkommer et positivt signal på ledningen 36.

Parametrene i kredsløbet i tilknytning til ledningen 42 er valgt 10 således, at værdien af den sekundære strøm i transformeren, når der indledningsvis tilføres strøm til et koldt varmeelement 10, øjeblikkeligt bliver tilstrækkelig høj til, at udgangssignalet på ledningen 36 er større end det på ledningen 42. Således starter udsendelsen af tickle-pulsen på ledningen 32 tilførslen af effekt til opvarmningsbjælken 10, 15 og den strøm, der øjeblikkeligt begynder at flyde i det sekundære kredsløb, bliver tilstrækkelig stor til at bevirke, at komparatoren 34 låser den optiske kobling 28, triacen 20 holdes i sin ledende tilstand.

I mellemtiden forbliver tilførslen af spænding til det primære kredsløb (og almindeligvis også til det sekundære kredsløb) stort set 20 konstant.

Resistivitets-temperaturkoefficienten for varmeelementet 10 er således, at, hvis varmeelementets 10 temperatur stiger, vil også modstanden i elementet øges. Øgningen af modstanden bevirker en tilsvarende reduktion i størrelsen af den sekundære strøm, der afføles af affølings-25 modstanden 40. Dette betyder, at signalet udsendt på ledningen 36 begynder at falde, efterhånden som varmeelementets 10 temperatur stiger.

Når signalet på ledningen 36 er faldet til en værdi, der er lig værdien for signalet på ledningen 42, ophører komparatoren 34 med at frembringe udgangssignal, hvilket bevirker, at optokobleren skifter tri-30 acen til dens slukkede tilstand, hvilket forhindrer, at der tilføres y-derligere elektrisk effekt til varmeelementet 10.

Såfremt der kun udsendes en enkelt tickle-puls til ledningen 32, begynder varmeelementet 10 således at varme op og fortsætter opvarmningen, indtil det når den temperatur, hvor den strøm, der frembringer 35 signalet på ledningen 36, falder til et niveau, hvor signalet på ledningen 36 bliver mindre end signalet på ledningen 42.

Hvis der derimod udsendes en anden tickle-puls kort tid efter, at udgangssignalet fra komparatoren 34 er ophørt, gentages opvarmningscy- DK 171800 B1 12 kl en.

Ifølge en hensigtsmæssig udførelsesform frembringes tickle-pulserne med en frekvens, der i det mindste er lige så høj som den, der kræves til at få kredsløbet til at lede tilstrækkelig varme ind i varmeelemen-5 tet til at kompensere for varmetabet i varmeelementet, og tilstrækkelig hurtigt til, at varmeelementet holdes indenfor et ønsket område omkring en forud fastlagt konstant værdi. Selv om den frekvens, der konkret anvendes, er en funktion af forseglingsparametre og kan bestemmes af en fagmand ud fra beskrivelsen af dette kredsløb, er det ved forsøg konsta-10 teret, at til føring af tickle-pulser med en frekvens på omtrent 5 Hz er hensigtsmæssig for mange anvendelser.

Det er ligeledes hensigtsmæssigt, at tickle-pulserne frembringes med en frekvens, der er tilstrækkelig til at kompensere for den varmetabshastighed, der forårsages af forseglingen ved den ønskede repeti-15 tionshastighed.

Ifølge en foretrukken udførelsesform er hver tickle-puls omtrent en firkantbølge med en værdi på 5 volt og en bredde på omtrent 10 millisekunder.

I en foretrukken udførelsesform har opvarmningsbjælken 10 en mod-20 stand på omtrent 0,2 ohm, mens affølingsmodstanden 40 har en modstand på omtrent 0,05 ohm.

Kredsløbssløjfen forbundet med ledningen 42 er som helhed betegnet ved henvisningstallet 50. Kredsløbssløjfen 50 har to funktioner. For det første kompenserer den for eventuelt uønskede netspændingsvariationer i 25 den spænding, der frembringes ved referencestedet 44 i transformerens sekundærkreds. For det andet tjener den til justering af opvarmningstemperaturen.

Hvis der forekommer sådanne variationer, justeres udgangssignalet på ledningen 42, så det ændres (lidt, hvis der kun regnes med små net-30 spændingsvariationer), for at regulere effekttilførslen til ledningen 10, så der opnås en stabil opvarmning af varmeelementet 10. Dette opnås ved at ændre det niveau for sekundærstrømmen, hvor effekttilførslen afbrydes af komparatoren 34 på den ovenfor beskrevne måde i forbindelse med og som reaktion på strømafføling.

35 Såfremt netspændingen falder, bliver det spændingssignal, der ud sendes på ledningen 42, også reduceret. Dette betyder, at spændingssignalet på ledningen 36, for at komparatoren 34 skal kunne afbryde strømmen til varmeelementet, skal falde til et niveau, der er lavere end det 13 DK 171800 B1 niveau, hvor effekten ville blive afbrudt, hvis spændingssignalet på ledningen 42 reflekterede normal netspænding.

Hvis den sekundære spænding målt ved stedet 44 reduceres, forlænges opvarmningscyklen i det sekundære transformerkredsløb, fordi den strøm-5 værdi, som sekundærstrømmen må falde til for at afbryde effekten, i dette tilfælde er lavere end den værdi, ved hvilken effekten afbrydes, hvis sekundærspændingen er normal.

Det bør bemærkes, at dette fænomen, der forekommer ved reduceret netspænding, ikke bevirker, at varmeelementet 10 bliver varmere end i 10 tilfælde med normal netspænding. Netop fordi den sekundære spænding reduceres, bevirker en given strøm ikke så megen opvarmning, som det er tilfældet, når der tilføres normal sekundærspænding ved den samme strøm.

Den længere opvarmningscyklus fremkaldt ved tilstedeværelsen af reduceret sekundærspænding opvarmer kun varmeelementet til i det væsentlige 15 samme temperatur, som det ville være tilfældet ved tilstedeværelsen af normal netspænding, men en kortere opvarmningscyklus.

En anden funktion for sløjfen 50 er at justere den temperatur i varmeelementet, ved hvilken det eksisterende kredsløb opretholder stabilisering af varmeelementet under kontinuert drift.

20 Kredsløbssløjfen 50 omfatter en spændingsfølger 52 og et addiiions- led 54 arrangeret i serie mellem referencestedet 44 og ledningen 42. Spændingsfølgeren 52 er indsat i kredsløbet for, at værdierne for to serieforbundne modstande 56, 58 kan vælges uden væsentlig påvirkning af sløjfens 50 forstærkning. Det er hensigtsmæssigt at kunne vælge værdier-25 ne for modstandene 56, 58 for at kunne kalibrere kredsløbet, så det frembringer eller bestemmer de spændingsniveauer, der fremkommer på ledningen 42, med værdier, der i forhold til spændingerne på ledningen 36 gør det muligt for kredsløbet at fungere på den her beskrevne måde. Disse værdier kan bestemmes af en fagmand ud fra beskrivelsen af kredsløbet 30 ifølge opfindelsen og ud fra parametrene for de forseglinger, der udføres ved varmeelementet 10, såsom typen og tykkelsen af de forseglede materialer og forseglingens areal.

Idet der henvises til temperaturjusteringsmuligheden tilvejebragt ved sløjfen 50, opnås denne temperaturjustering ved at justere armen på 35 et potentiometer 60, der vises sammen med den negative indgang på additionskredsløbet 54.

Additionskredsløbet 54 frembringer en udgangsspænding, der er en funktion af den algebraiske sum af de signaler, der frembringes hen- DK 171800 B1 14 holdsvis på dets positive og negative indgang. Når værdien af det spændingssignal, der fremføres på dets negative indgang, stiger, reduceres udgangssignalet fra additionskredsløbet.

For at forhøje den værdi, ved hvilken varmeelementets 10 temperatur 5 stabiliseres, bevæges potentiometerets 60 viser til højre som illustreret i fig. 2. Denne bevægelse forhøjer værdien af spændingssignalet frembragt ved et summationspunkt 62. Forhøjelse af værdien ved punktet 62 reducerer additionskredsløbets 54 udgangssignal. Antages det, at spændingen på det sekundære kredsløb ved punktet 44 forbliver konstant, 10 reducerer dette ledningens 42 udgangssignal.

Som beskrevet ovenfor, vil en reduktion af spændingsniveauet på ledningen 42 resultere i en nedsættelse af den sekundær-strømværdi, ved hvilken effekten til opvarmningselementet afbrydes. Dette betyder, at varmeelementet under disse omstændigheder må op på en højere modstand, 15 dvs. blive varmere, end det var tilfældet, før potentiometerets 60 viser blev bevæget mod højre.

Dette fænomen resulterer i, at varmeelementet når op på og holdes på en højere temperatur, når potentiometerets 60 viser bevæges mod højre.

20 Der er tilvejebragt potentiometre 64, 66 til justering af det in terval af varmeelementtemperaturer, der kan opnås ved fuld bevægelse af potentiometerets 60 viser fra den ene til den anden ende af dets modstandsbane eller tilsvarende element. For eksempel har forsøg med en fo-retrukken udførelsesform vist, at det foretrukne interval for regulering 25 til opnåelse af stabiliseret temperatur i opvarmningsbjælken er mellem 93°C og 371°C (200°F og 700°F). For at indstille systemet til denne funktion, må potentiometerets 60 viser bevæges til sin yderste venstre stilling som vist i fig. 2, og potentiometeret 64 justeres, så der frembringes en opvarmningstemperatur på 93°C (200°F). På samme måde må po-30 tentiometerets 60 viser herefter bevæges til sin yderste højre stilling, og potentiometerets 66 viser justeres, så der frembringes en opvarmningstemperatur på 371°C (700°F). Dette bevirker, at den valgbare temperatur, der kan opnås ved fuldt udsving af viseren på potentiometeret 60, nu ligger mellem 93°C og 371°C (200°F og 700°F).

35 Denne ejendommelighed sikrer, at en operatør ikke uagtsomt kan kom me til at indstille kredsløbet for varmeelement-temperaturen udenfor det foretrukne interval.

På trods af, at det foretrukne temperaturinterval for flertal let af 15 DK 171800 B1 forseglingsoperationer er som nævnt ovenfor, har forsøg vist, at dette kredsløb effektivt kan opretholde en i det væsentlige stabil temperatur i varmeelementet på op til 538°C (1000°F).

Den passende varmeelement-temperatur for enhver specifik forseg-5 1ingsoperation kan vælges af en fagmand på grundlag af forseg lingsoperationsparametre, såsom varmeelementkonfiguration, arealet af forseglingen, der skal udføres, den hastighed, hvormed hver enkelt forseglingsoperation skal udføres, forseglingspåføringens ydelsesgrad og typen og tykkelsen af materialet, der forsegles.

10 Kontinuert drift af kredsløbet ifølge opfindelsen, der opnås ved en relativ hurtig udsendelse af et kontinuert tog af ticklepulser som beskrevet ovenfor, er meget fordelagtig til hurtige forseglingsoperationer, der strækker sig over et længere tidsrum, og hvor det primære mål ganske enkelt er at tilvejebringe gode, solide forseglinger over hele 15 det ønskede forseglingsareal på den kortest mulige tid, og uden at gøre nogen af de lag af materiale, der skal forsegles til hinanden, flydende eller brænde igennem dem. Den meget stabile opvarmningstemperatur opretholdt af dette kredsløb sikrer, at temperaturen i varmeelementet er tilstrækkelig høj til at gøre materialet tilstrækkeligt blødt til at udføre 20 gode forseglinger, men at den ikke er så høj, at der brændes igennem materialet eller at det gøres alt for flydende.

Foruden de ovennævnte fordele har opvarmningskredsløbet ifølge opfindelsen, når det anvendes i en anden funktionsmåde, særlige fordele, når der skal udføres forseglinger med forholdsvis stort areal, og hvor-25 på det er ønskeligt at præge indicia. For at udføre en forsegling med prægede indicia skal varmeelementet presses mod forseglingsområdet, dernæst skal der tilføres opvarmningsenergi til forsegl ingsvarmeelementet, og endelig skal det forseglede område og varmeelementet lades afkøle, før det forseglede område frigives fra sammenpresningen med varmeelemen-30 tet.

For at udføre en eller en række af disse forseglinger drives det beskrevne kredsløb i én eller i en følge af impuls- eller "one shot"-cy-klusser. Disse impulscyklusser opnås ved tilførslen af ticklepulser på ledningen 32 med en betydelig lavere frekvens end det tog af ticklepul-35 ser, der anvendes til at drive kredsløbet til at opretholde en høj og stabil kontinuert temperatur i varmeelementet.

Som beskrevet ovenfor er der udført forsøg i forbindelse med udførelsen af serier af prægede forseglinger, hvor varmestyring blev udført DK 171800 B1 16 ved at regulere den tidsperiode, hvorunder der blev tilført effekt til at opvarme forseglingen, efter som serien skred fremad. Disse operationer udviste ikke specielt gode resultater, og krævede betydelig indgriben fra operatørens side for ændring af varigheden af 5 forseglingsperioden. Arsagen til, at periodejusteringer var nødvendige, skønnes at være den, at de perioder, der kræves til opnåelse af gode forseglinger, når der udøves en række af sådanne prægede forseglinger, varierer væsentligt over en følge af forseglinger.

Opfinderen har opdaget, at topværdien af temperaturen, der opnås i 10 varmeelementet og i det forseglede materiale, er af meget større betydning for at opnå gode forseglinger end varmepåføringsperioden, når der skal udføres gode prægede forseglinger ifølge den ovenfor beskrevne fremgangsmåde.

Kredsløbet ifølge opfindelsen kan let anvendes til en sådan styring 15 af toptemperaturen.

Under drift til at udføre prægede forseglinger, tilføres der kun en enkelt ticklepuls på ledningen 32 for hver forsegling, der udføres. De lag, der skal forsegles, indsættes mellem et par af kendte i det væsentlige flade bjælker, der danner en form for spændebakker, hvoraf den 20 ene eller begge kan omfatte et modstandsvarmeelement svarende til varmeelementet 10 i fig. 1. Spændebakkerne lukkes ned mod de lag, der skal forsegles. En enkelt ticklepuls tilføres på ledningen 32, hvorved effekttilførslen til varmeelementet 10 begynder. Strømmen (og følgelig varmeelementets modstand og temperatur) overvåges på ledningen 36.

25 effekten tilføres fortsat til varmeelementet, indtil det har nået en på forhånd fastlagt temperatur, på hvilket tidspunkt effekttilførslen afbrydes og opvarmningsbjælken og det forseglede materiale køler af. Når opvarmningsbjælken og materialet er afkølet, frigives klemmen, hvoraf varmeelementet udgør en del, og det prægede forseglede materiale fjernes 30 før begyndelsen på den efterfølgende forseglingsoperation.

Som i det tilfælde, hvor forseglinger blev udført ved hjælp af et varmeelement, der blev holdt på en stort set konstant temperatur, varierer den toptemperatur, der vælges til udførelsen af gode prægede forseglinger alt efter typen og tykkelsen af det materiale, der skal forseg-35 les, og alt efter det ønskede forseglingsareal. Under en foretrukken o-peration, hvor der ønskes udført forseglinger med indicia under anvendelse af polyethelenposer med en tykkelse på 0,051 mm (2 mils) og med et 6,35 mm (1/4") bredt forseglingsområde, har forsøg vist, at en effektiv 17 DK 171800 B1 toptemperatur er omkring 149°C (300°F).

I denne udførelsesform blev der anvendt et varmeelement omfattende et stykke af metallisk folie af rustfrit stål med en tykkelse på omkring 0,127 mm (0,005 tommer) og med en bredde på omkring 4,76 mm (3/16 tom-5 mer).

Som nævnt ovenfor styres den af varmeelementet opnåede toptemperatur ved indstillingen af potentiometeret 60.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til stabilisering af temperaturen i et elektrisk 5 opvarmet forseglingselement (10) koblet til et energiforsyningskredsløb (12) for tilførsel af elektrisk opvarmningseffekt til forseglingselementet (10) og til overvågning (40) af en elektrisk egenskab ved forseglingselementet, hvilken egenskab er en funktion af varmeelementets temperatur, KENDETEGNET ved at der intermitterende tilføres elektrisk ef-10 fekt til forseglingselementet (10) og foretages ændring af arbejdsperioden af den intermitterende tilførsel af elektrisk effekt til opvarmningselementet i afhængighed af overvågningstrinet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor overvågningstrinet er KEN-15 DETEGNET ved overvågning af spændingen i et kredsløb, der omfatter forseglingselementet.

3. Varmeforseglingskredsløb omfattende et varmeforseglingselement (10), et energiforsyningskredsløb (12) koblet til varmeforseglings- 20 elementet (10) for tilførsel af elektrisk opvarmningsenergi til varmeforsegl ingselementet (10) samt overvågningsindretninger (40) koblet til varmeforseglingselementet (10) for overvågning af en elektrisk egenskab ved energiforsyningen af varmeforseglingselementet (10), hvilken elektrisk egenskab er en funktion af varmeforseglingselementets temperatur,

25 KENDETEGNET ved, at det har et kredsløb (20, 28, 34) koblet til overvågningsindretningerne (40) og til energiforsyningskredsløbet (12) for intermitterende tilførsel af elektrisk effekt til varmeforseglingselementet (10) og for ændring af arbejdsperioden af den nævnte intermitterende tilførsel af elektrisk effekt til varmeforseglingselementet 30 (10) i afhængighed af kredsløbet til overvågning af den elektriske egen skab.

4. Kredsløb ifølge krav 3, KENDETEGNET ved, AT overvågningsindretningerne omfatter kredsløb (40, 34) til overvågning af strømmen gen- 35 nem forseglingselementet.

5. Kredsløb ifølge krav 3, KENDETEGNET ved, AT midlerne til at ændre arbejdsperioden omfatter kredsløb (64) til at definere en forud- 19 DK 171800 B1 bestemt, ønsket temperatur af forseglingselementet og til at ændre arbejdsperioden for fastholdelse af den forudbestemte temperatur.

6. Kredsløb ifølge krav 3, hvorved overvågningsindretningerne 5 overvåger den elektriske strøm gennem forseglingselementet, KENDETEGNET ved, AT midlerne (20, 28, 34, 40) til at ændre arbejdsperioden omfatter kredsløb til at afbryde den elektriske effekt til forseglingselementet, hvis den affølte strøm er under en forudfastlagt værdi, og til at fortsætte eller begynde tilførslen af elektrisk effekt til forseglings-10 elementet, hvis den affølte strøm er over en forudfastlagt værdi.