SE501098C2 - Anordning för försegling, sätt vid framställning av en förseglingsback och användning - Google Patents

Description

501 098 som endast har till uppgift att utgöra motháll för värmebacken och kyla materialet för att förseglingsskarven snabbt stabiliseras. De vanligast förekommande förseglingsbackarna vid automatiska moderna förpackningsmaskiner utgöres av värmebackar med tunna metallband anordnade utöver ett pà en stàlskena anordnat isolerande keramiskt material. Vid förseglingstillfället slutes förseglingsbackarna med stor presskraft så att de mellan sig upptar det material som skall förseglas, varefter en kort strömpuls ledes genom de nämnda metalliska banden som momentant uppvärmes till hög temperatur.

Den i de metalliska banden genererade värmen ledes över till förpackningsmaterialet och de mot varandra vända termoplastiska skikten bringas att sammansmälta. Strömpulsen avbrytes då tillräcklig värmemängd genererats, varefter förseglingsbackarna öppnas och det förseglade materialet frilägges.

Av tillverkningstekniska och andra skäl, t ex de krafter som påverkar banden p g a dess längdutveckling vid upphettning, är det svårt att med användande av tunna metallband åstadkomma annat än likformiga och raka förseglingar. I vissa fall önskar man sig emellertid att arbeta med krökta förseglingslinjer eller förseglingar med olika styrka eller vidhäftningskraft längs förseglingens utsträckning. Detta har i princip inte varit möjligt att åstadkomma med hjälp av känd teknik som utnyttjar metallband men i enlighet med föreliggande uppfinning kan dessa önskemål förverkligas.

Uppfinningen kännetecknas av att det elektriskt isolerande keramiska materialet utgöres av en blandning av Zirkoniumdioxid (ZrOg) och Kiselkarbid (SiC), varvid mängden ZrOg utgör 10-50 volymprocent, företrädesvis 30 volymprocent och det elektriska ledande keramiska materialet utgöres av en blandning av Titanborid (Tißg) och Kiselkarbid (SiC), varvid mängden Tißg utgör 20-60 volymprocent, företrädesvis 45 volymprocent. 3 501 oss Man har således i den föreliggande uppfinningen ersatt metallband med elektriskt ledande keramiskt material bestående av en blandning av Titanborid och Kiselkarbid, vilket bl a har den fördelen att man fàr betydligt mindre skillnader i längdutvidgningskoefficient mellan det ledande materialet och det underliggande isolerande keramiska skiktet bestående av en blandning av Zirkoniumdioxid och Kiselkarbid. Detta medför att de mekaniska spänningarna i det keramiska isolerande skiktet kan minskas.

En föredragen utföringsform av uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med hjälp av bifogade schematiska ritning, i vilken, Fig. 1 visar en perspektivvy över en värmeförseglingsback, Pig. 2 visar ett tvärsnitt av snittet AA i fig. 1, Fig. 3 visar en detalj av det keramiska isolerande materialet samt, Fig. 4 visar hur förseglingsförloppet tillgàr.

Den i fig. 1 visade värmebacken är uppbyggd på en skena l av t ek stål eller koppar på vilken det isolerande keramiska skiktet 2 är anbringat med hjälp av ett bindemedel 6 eller med hjälp av mekaniska fastsättningsdon. Som en "inläggning" i det isolerande keramiska skiktet 2 finns en sträng av ett elektriskt ledande keramiskt material 3. Det elektriskt isolerande materialet 2 kan, t ex utgöras av en blandning mellan Zirkoniumdioxid (Zr02) och kiselkarbid (SiC) och det elektriskt ledande keramiska materialet 3 av en blandning av Titanborid (TiB2) och Kiselkarbid (SiC). Andelen ZrO2 hos den isolerande keramen kan vara mellan 10-50 volymprocent, företrädesvis 30 volymprocent, och hos den elektriskt ledande keramen kan andelen TiB2 vara mellan 20-60 volymprocent, företrädesvis 45 volymprocent. Det elektriskt ledande materialet 3 utgör en kontinuerlig sträng som i det här fallet givits en komplicerad och varierad form i avsikt att underlätta beskrivningen och förståelsen av uppfinningen. Ändpunkterna av strängen 3 uppvisar metalliserade kontaktställen 4 till vilka elektriska ledningar 5 fràn en strömkälla kan anslutas. Som framgår av fig. 1 är strängens 3 utbredning indelad i tre zoner I, II och III för underlättande av den följande beskrivningen. 501 098 Då värme skall genereras i förseglingsvärmebacken enligt fig. 1 anslutes ledarna 5 till en strömkälla och en strömpuls ledes genom det elektriskt ledande keramiska materialet 3.

Eftersom det rör sig om en enda strömbana kommer den elektriska strömmen genom det elektriskt ledande keramiska materialet 3 att vara lika utmed alla delar av strömbanan och d v s vara lika inom de nämnda delarna I, II och III utmed strängen av keramiskt ledande material 3. Eftersom genomskärningsarean hos strängen av elektriskt ledande material 3 inte är lika utmed hela strömbanan kommer strömtätheten att variera och därmed även värmegenereringen.

Inom omrâdet I är strömbanan hos det keramiska materialet 3 visserligen oregelbunden i den meningen att den inte är rak men det keramiska ledande materialet 3 har samma tvärsnittsarea inom hela zonen I, vilket innebär att värmegenereringen utmed strömbanan inom zonen I är densamma per längdenhet inom hela zonen. Inom zonen II däremot har strängen av elektriskt ledande keramiskt material 3 en betydlig större bredd och eftersom vi antar att skiktets 3 tjocklek inte förändrats är tvärsnittsarean hos det elektriskt ledande materialet 3 inom zonen II betydligt större än inom zonen I. Som bekant är det elektriska motståndet hos ett material direkt proportionellt mot arean hos materialet, vilket innebär att det elektriska motståndet per längdenhet hos det keramiska ledande materialet inom zonen II är mindre än motsvarande elektriska motstånd inom zonen I. Eftersom värmeutvecklingen som erhålles då man leder en ström genom ett motstånd är R x I2, där R är resistansen eller det elektriska motståndet och I är strömstyrka, inses lätt att värmeutvecklingen per längdenhet inom zonen II blir mindre eftersom R, d v s det elektriska motståndet, är mindre än inom zonen I. Förutom att den genererande värmen är mindre i zonen II är kontaktytan hos det elektriskt ledande materialet 3 hos strängen inom zonen II betydligt större per längdenhet än inom zonen I, vilket innebär att den värme som genereras inom zonen II dels är mindre per längdenhet och dels är utbredd på en större yta. Detta innebär att en ytutvidgning av den typ som visas inom zonen II kan användas vid förseglingsbacken inom 501 098 områden där man önskar ingen eller ringa förseglingskraft och värmeutveckling. Inom zonen I alstras tillräcklig värme för att uppnå en ytsammansmältning av förseglat material utmed den konfiguration som bibringats det keramiskt ledande materialet 3 eftersom tillräcklig värmemängd inom en relativt smal zon genererats. Inom zonen II genereras, som tidigare nämnts, inte lika mycket värme och den värme som genereras är dessutom utspridd på en större yta, vilket medför sämre försegling. På motsvarande sätt kan man genom att lokalt förminska arean hos strömbanan få en lokal värmekoncentration i de fall då man önskar en sådan.

Inom zonen III indikeras hur man inte enbart på bredden kan variera förseglingsmönster och strömbanans 3 utseende utan inom partiet 14 i området III är strömbanan upphöjd några tiondels millimeter. Detta innebär att man inom detta område uppnår ett lokalt högre mekaniskt tryck då förseglingsbackarna anpressas mot det material som skall förseglas och detta medverkar även till att en kraftigare försegling kan erhållas.

Delen 15 av strömbanan har formats till en egg med vars hjälp man t ex kan utföra direkta klippoperationer, perforeringar eller önskad mekanisk bearbetning av förpackningsmaterialet (t ex åstakommande av inskärningar, hål, slitsar, etc.) samtidigt som förseglingen utföres. _ Det är således möjligt att med förseglingsbacken som visas i fig. 1 inte enbart åstadkomma förseglingslinjer av godtycklig utbredning utan man kan även åstadkomma avbrott på förseglingslinjen, lokal förstärkning av förseglingen och t o m åstadkommande av slitsar, perforeringar och utförande av andra mekaniska bearbetningar samtidigt som förseglingsoperationen utföres. Genom att, på ömse sidor om det ledande materialet, höja upp den elektriskt isolerande keramen i nivå med den ledande kan även kalla tryckzoner erhållas i närheten av förseglingsområdet som därmed kan hindra förseglingens utbredning i sidled. På grund av den extremt höga nötningsbeständigheten och hårdheten hos de keramiska materialen avtrubbas eller förändras inte den form som materialet bibringats vid tillverkningen.

*S01 098 6 I fig. 2 visas ett tvärsnitt av fig. l utmed linjen AA.

Som framgår av fig. 2 är stålskenan 1 försedd med borrade kylkanaler 7 eller med öppna kanaler 8 som ansluter sig direkt till det keramiska isolerande materialets 2 yta. Det keramiskt isolerande materialet 2 är som framgår av fig. 2 medelst ett bindemedelsskikt 6 direkt anslutet till stålskenan 1 och i det isolerande keramiska materialet 2 finns det elektriskt ledande keramiska materialet 3 inlagt. Eftersom de keramiska materialen 2,3 har i huvudsak samma längdutvidgningskoefficient kommer det inte att uppstå några avsevärda spänningar mellan det keramiska elektriskt isolerande skiktet 2 och det keramiska elektriskt ledande skiktet 3. Visserligen upphettas det ledande skiktet 3 betydligt mer än det isolerande skiktet 2 men en effektiv kylning med hjälp av kylkanalerna 7 och 9 medför att problemet med mekaniska spänningar i materialet kan kontrolleras.

Arbetssättet för värmeförseglingsbacken enligt fig. l visas schematiskt i fig. 4 där det för försegling avsedda materialet ll (bestående av ett förpackningsmaterial med ett pappersskikt 12 och plastbeläggningar 13) införts mellan en värmeförseglingsback och en s k mothållsback 10.

Värmeförseglingsbacken och mothållsbacken pressas mot varandra under det att de mellan sig upptager och sammanpressar förpackningsmaterialen ll. I samband med denna sammanpressning ledes en ström genom det elektriskt ledande keramskiktet 3 som momentant uppvärmes, varefter värmen genom ledning överföres till förpackningsmaterialets ll plastskikt 13 som bringas att smälta och under det rådande trycket förenar sig med varandra.

För att snabbt kunna stabilisera den åstadkomna skarven, d v s bringa plastmaterialet att åter kylas av, är i det visade exemplet mothållsbacken 10 försedd med kylkanaler 9. Efter utförd förseglingsoperation skiljes förseglingsbackarna åt, varefter det förseglade eller sammanfogade förpacknings- materialet ll kan avlägsnas.

Inledningsvis har framställningssättet för en värmeförseglingsback i enlighet med uppfinningen något berörts och skall i det följande ytterligare förklaras. , 501 098 Framställningssättet bygger på att det keramiska materialet kan framställas i två steg. I ett första steg framställes en kropp av det isolerande materialet 2 genom pressning av ett keramiskt pulver och en sådan kropp visas schematiskt i fig. 3. I kroppen 2 inpressas eller formas även en kanal eller inskärningló motsvarande formen hos det önskade utbredningsmönstret av den elektriskt ledande keramen 3.

Håligheten eller kanalenlá fylles därefter med keramiskt elektriskt ledande pulvermaterial, varvid strängen 3 formas.

Det material av varav kroppen 2 består utgöres av ett pulver som pressas till ett för ändamålet lämplig form, eventuellt med någon efterbearbetning. Materialet i strängen 3 kan utgöras av ett pulver som pressas in i håligheten 1§' alternativt uppblandas till en slamma som beläges över kroppen 2.

Denna pressade keramkropp har emellertid inte någon stor mekanisk styrka, varför den får handhas med viss försiktighet.

Den bildade keramiska kroppen eller rättare kombinat av olika keramiska material med olika elektriska egenskaper placeras i en tryckkammare. I denna tryckkammare som tillverkaren ABB har benämnt Quintus Press höjes trycket till c:a 160 MPa och temperaturen till 175000. Efter det att de keramiska materialen utsatts för värme och högtryck under c:a 4 timmar har de sintrat samman till en extremt finporig, hård och nötningsbeständig kropp som på sätt som ovan nämnts t ex medelst ett lod alternativt lim fastsättes på kylkroppen alternativt mekansiskt fastklämmes.

Det har visat sig att man med den nya tekniken med användande av keramiskt ledande material har stor frihet att välja förseglingars utseende, utbredning, lokal styrka, etc. och det har dessutom visat sig att de keramiska värmeförseglingsbackarna har en utmärkt nötningsbeständighet, varför de inte förslites i nämnvärd grad. Man kan givetvis inom ramen för uppfinnigens idé åstadkomma helt andra förseglingskonfigurationer och användningar än vad som här redogjorts för och det går också att använda andra keramiska material än vad som här angetts även om vi funnit att dessa 501 098 8 keramer som här nämnts är de mest ändamålsenliga av de av oss kända keramiska materialen eller keramerna. Det är ofta av vikt att hålla en stor precision och noggrannhet på en förseglingsbacks utförande och det kan därför vara nödvändigt att efter framställningen av förseglingsbacken enligt de metoder som redogjorts för slipa den elektriskt ledande strängen 3 för att dels få en bättre ytjämnhet och dels en större màttprecision. Det kan också visa sig nödvändigt och lämpligt att vid framställning av förseglingsbacken först framställa och tryckbehandla det elektriskt isolerande materialet 2 till àstadkommande av en kropp i enlighet med fig. 3. Därefter kan kanalerna 161 kroppen 2 fyllas med elektriskt ledande keramiskt material 3, varefter hela kroppen igen utsättes för tryck och värmebehandling så att även det keramiska materialet 3 sintrar samman till en hård och nötningsbeständig del. En samtidig tryckbehandling och sintring av de två keramerna är emellertid att föredraga och ger bästa förbandsstyrka mellan den elektriskt ledande och den elektriskt isolerande keramen.

Claims (9)

501 098

1. Anordning för försegling och/eller sammanfogning av termoplastmaterial eller med termoplast belagda material, företrädesvis förpackningsmaterial, genom uppvärmning och sammanpressning av materialen inom förseglingsområdeti ändamål att uppnå en ytsammansmältning av mot varandra anbringade termoplastskikt i och för erhållande av en tät och mekaniskt hållbar försegling, innefattande två relativt varandra rörligt anordnade förseglingsbackar, inrättade att mellan sig kunna upptaga det för försegling avsedda materialet (11), varvid åtminstone den ena förseglingsbacken uppvisar en keramisk del som innefattar åtminstone två keramiska material (2,3), varav det ena är elektriskt isolerande och det andra elektriskt ledande samt att det elektriskt ledande keramiska materialet (3) bildar en eller flera i det isolerande materialet (2) inbäddade kontinuerliga strängar som vid eller i närheten av sina ändpunkter (4) är anslutbara till en elektrisk strömkälla, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att det elektriskt isolerande keramiska materialet (2) utgöres av en blandning av Zirkoniumdioxid (ZrOg) och Kiselkarbid (SiC) varvid mängden 2,02 utgör 10-50 volymprocent, företrädesvis 30 volymprocent och det elektriska ledande keramiska materialet (3) utgöres av en blandning av Titanborid (TiB2) och Kiselkarbid (SiC) varvid mängden TiBg utgör 20-60 volymprocent, företrädesvis 45 volymprocent.

2. Anordning i enlighet med patentkravet 1, k ä n n et e c k n a d d ä r a v, att nämnda keramisk del genom lödning, vällning, klistring eller på annat sätt är fast anbringad på ett metalliskt underlag, företrädesvis en skena (1), uppvisande kylkanaler (7) i form av borrade hål eller öppna kanaler utöver den yta av skenan (1) mot vilken den nämnda keramiska delen är avsedd att anbringas.

3. Anordning i enlighet med patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att det isolerande keramiska materialet (2) uppvisar sammanhängande kanalliknande fördjupningar i vilka det elektriskt ledande keramiska materialet (3) är lokaliserat.

4. Anordning i enlighet med patentkravet 1, k ä n n et e c k n a d d ä r a v, att nämnda sträng eller strängar av elektriskt ledande material (3) har en kurvformad eller diskontinuerlig utbredning.

5. Anordning i enlighet med patentkravet 1, 501 098 '10 k ä n n e t e c k n a d d ä ra v, att nämnda sträng eller strängar av keramiskt material utmed sin längd har en diskontinuerlig utbredning i breddled och/elleri djupled.

6. Anordning i enlighet med patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den nämnda strängen eller de nämnda strängarna av keramiskt material har en diskontinuerlig tvärsnittsarea.

7. Sätt vid framställning av en förseglingsback i enlighet med patentkravet 1, i k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att de keramiska materialen i form av pulver (2,3) ' bibringas önskad form genom en pressnings- eller formningsoperation och förenas med varandra till en kropp motsvarande nämnda keramiska del, vilken kropp upphettas till mellan 1600°C och 190000 under inverkan av ett tryck överstigande 100 MPa under minst 120 minuter, varvid de keramiska materialen sintrar samman till en tät och porfri struktur som är extremt härd och nötningsbeständig.

8. Sätt i enlighet med patentkravet 7, k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att den ledande och den isolerande keramen anbringas i skikt ovanpå varandra samt att keramerna efter den sintrande behandlingen bearbetas medelst slipning till önskade dimensioner.

9. Användning av en anordning i enlighet med patentkravet 1 för framställning av förpackningar som formas av en fràn en plan bana av förpackningsmaterial framställd tub, vilken tub efter fyllning med avsett fyllgods avdelas till förpackningsbehàllare genom upprepade förseglingar tvärs tubens längsriktning.