ВАКУУМНО-УПАКОВОЧНАЯ МАШИНА Российский патент 1997 года по МПК B65B31/02 B65B31/04 

Изобретение относится к устройствам для упаковки изделий в особых условиях воздушной или газовой среды, а более конкретно для закрывания или наполнения с последующим закрыванием пакетов в камерах под вакуумом, или содержащих инертную среду.

Упаковка должна обеспечить не только защиту продукции от механических повреждений, но и от нежелательного воздействия атмосферной влаги, от проникновения пыли, паров воды и газов, в особенности при длительном хранении. Изоляция продуктов от атмосферного воздействия может быть осуществлена применением герметичной упаковки, например в пленочные пакеты.

Из патентной литературы известны разнообразные устройства для упаковки изделий в пленочные пакеты под вакуумом, содержащие рабочую камеру с шарнирно установленной крышкой, приспособление для сваривания пленки, включающее опору и подвижный прижим, несущие нагревательный элемент, устройства для расправки горловины пакета, для напуска защитного или инертного газа, варьирования объема камеры и привод (см. авт. св. N 173336, опубл. 15.05.92 в Бюл. N 18, Европатент по заявке N 0441189, опубл. 14.08.91, Бюл. N 33, заявки Японии N 5 16914 от 26.01.93, N 3 16225 от 12.07.91, патенты Великобритании N 2187702, 1987 г. Канады N 2072875 с приоритетом от 23.03.92, N 1299085 с приоритетом от 20.08.85, МКИ B 65 B 31/02 04 и патенты США N 5009060, опубл. 23.04.91, НКИ 53 512, N 5097648, опубл. 24.03.92, НКИ 53 88).

Наиболее простой конструкцией является описанная в изобретении по авт. св. N 1763299 с приоритетом от 04.04.90, опубл. 23.09.92 в Бюл. N 35, B 65 B 31/02, которая содержит коробчатой формы вакуумную камеру с шарнирно закрепленной крышкой, плоскость разъема которых выполнена под углом для параллельного смыкания и обеспечения герметичности. На крышке закреплена опорная рамка, сопрягаемая с неподвижной плитой, несущей нагревательные элементы. Плита смонтирована на эластичной диафрагме, разделяющей вакуумную камеру на две части, соединенные через клапан с вкуумирующей системой. За счет создания разряжения в рабочей полости и разницы давлений в обеих частях камеры посредством диафрагмы осуществляется смыкание элементов сварочного узла и дальнейшее запечатывание пакета под вакуумом.

Однако недостатками установки являются следующие:
ограниченная номенклатура и размеры упаковываемых изделий допустимой удельной нагрузкой на диафрагму и упругими свойствами ее материала, как конструкционного циклически нагружаемого элемента, и сроком его старения, при этом вероятно неравномерное смыкание сварных губок и, как следствие, некачественный шов;
трудности изготовления и наладки сопрягаемых частей вакуумной камеры сложной пространственной формы;
большая занимаемая производственная площадка, определяемая дополнительной зоной обслуживания при вручную откинутой за возвышающуюся ось поворота крышке.

Более совершенна вакуумно-упаковочная машина, выбранная авторами за прототип по технической сущности и большинству совпадающих признаков, описанная в изобретении по авт. св. N 1742140, опубл. 23.06.92 в Бюл. N23, МКИ B 65 B 31/02.

Известное устройство вакуумной упаковки продуктов содержит рабочую камеру и закрепленную на кронштейне, шарнирно связанном с приводом вертикальных перемещений, крышку, смонтированную на направляющих колонках. На крышке закреплен несущий сварочный узел U образный короб (полку) для размещения пакета с продуктом. На днище камеры закреплен привод перемещения подвижной губки (балки) сварочного узла с нагревательными элементами, который наполнен в виде цилиндра с подпружиненным поршнем, снабженным двухсторонним штоком, причем одна полость цилиндра сообщена с полостью камеры, а другая с атмосферой.

Смыкание-размыкание губок сварочного узла автоматическое, осуществляется от механического привода сборки рабочей камеры с крышкой и вакуумного цилиндра при смене давления в камере.

Недостатками известной машины являются большая высота при раскрытии рабочей зоны и недостаточная производительность из-за протяженных и продолжительных ходов механического автономного привода крышки и подачи приспособления для сварки пакетов, смыкание нагревательных губок которого осуществляется дополнительных приводом, что увеличивает вспомогательное время.

Допуски на подвижное соединение исполнительных механизмов и шарнирную подвеску крышки, ограничения степени свободы скользящей посадки крышки на направляющих колонках определяют неравномерность прижима материала пакета в губках и недостаточное качество по герметичности сваренного шва.

Сложность конструкции и управления исполнительных механизмов вакуумирования камеры привода нагревательных элементов, трудности конструктивно взаимосвязанной последовательности и длительности технологических операций ограничивают область использования машины.

Практически не представляется возможным обеспечить надежное разделение полостей разного давления приводного цилиндра для обеспечения заданного усилия прижима сварки во времени из-за негерметичности подвижного соединения поршень-цилиндр.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является устранение отмеченных недостатков и тем самым упрощение конструкции, повышение производительности с гарантированным заданным качеством сварки пакетов под вакуумом, т.е. повышение функциональной надежности и расширение области использования машины.

Заданный технический результат достигается тем, что в известной вакуумно-упаковочной машине, содержащей корпус, рабочую камеру с крышкой, закрепленной на кронштейне и несущей опору сварочного узла, напротив которой расположен нагревательный элемент, смонтированный на неподвижной балке, привод которой, закрепленный на днище камеры, включает цилиндр и подпружиненный поршень с двухсторонним штоком, причем одна полость цилиндра сообщена с системой вакуумирования, а другая с атмосферой, и полку для размещения пакета с изделием, согласно изобретению крышка ребром торца оперта на корпус, в котором выполнены прорези под кронштейны, связанные с корпусом посредством упругих элементов, преимущественно пружин, полка выполнена в виде съемных плит, штабелированных в рабочей камере напротив газонапускных форсунок, между которыми помещена балка, свободно установленная на токоведущем штоке цилиндра, полости которого перекрыты мембраной, сопряженной с поршнем и помещенной на кольцевом борте цилиндра с гарантированным зазором.

Отличительные признаки позволили повысить функциональную надежность машины, ее производительность и расширить технологические возможности, упростив при этом конструкцию.

Предложенный монтаж крышки в виде рычага второго рода создает безосевую шарнирную связь крышки с корпусом рабочей камеры, обеспечивающую герметичность в сборе за счет равномерного прижима по горизонтальному разъему. При этом крышка имеет устойчивое исходное положение при полностью открытой рабочей зоне вакуумной камеры, что удобно и доступно в обслуживании и сокращает вспомогательное время. Сравнительно с прототипом, исключены специальный привод принудительного перемещения крышки и узел ее соединения с корпусом рабочей камеры, устройство более компактно.

Свободная установка балки на штоке цилиндра позволяет самоустанавливаться нагревательным элементам на опоре крышки, компенсируя неточности изготовления и сборки, люфты соединений и т.п. что обеспечивает гарантированное качество сварного шва и, следовательно, изготавливаемых вакуумных упаковок. Подключение свободного конца токоведущего штока цилиндра к источнику электропитания нагревательных элементов обеспечивает новое качество за счет совмещения функций.

Выполнение узла герметизации полостей цилиндра привода балки в виде эластичной несущей конструкции обеспечивает точную фиксацию элементов сварочного узла в заданном положении необходимой длительности выдержки. При этом исключено трение пары поршень-цилиндр и осуществляется ориентированная укладка мембрана без деформаций и повреждений.

Независимое подключение цилиндра, смонтированного с наружной стороны днища камеры, к системе вакуумирования позволяет варьировать порядок операций и регулировать их длительность.

Оснащение рабочей камеры форсунками направленного действия создает дополнительные возможности упаковки изделий в защитной, инертной и др. среднах, причем укрепление горловины свариваемого пакета на форсунках повышает качество вакуумирования и свободный доступ напускаемого газа к упаковываемому изделию.

Установка различного числа съемных плит в рабочей камере позволяет регулировать ее объем, чем расширить технологические возможности по упаковке изделий различных типоразмеров в сторону увеличения и повышает производительность вакуумирования рабочей камеры, изменяя ее объем до минимального.

Каждый из существенных признаков изобретения сам по себе известен и не отличается новизной, но является необходимым для заявленной устойчивой совокупности, достаточной для проявления в новом качестве, которое создает положительный результат как эффект от их суммы, не присущий этим признакам в их разобщенности.

На фиг. 1 схематично изображена предложенная машина; на фиг. 2 рабочая камера, общий вид.

В корпусе 1 установлены (фиг. 1) блок 2 управления, насос 3, связанный через блок клапанов с рабочей камерой 5 и цилиндром 6, шток 7 которого электрически связан (условно не показано) с блоком 8 питания. Над камерой 5 на корпусе 1 смонтирована крышка 9, несущая опору 10 сварочного узла. Крышка 9 закреплена на кронштейнах 11, помещенных в прорезях 12 корпуса 1. Кронштейны 11 нагружены пружинами 13, закрепленными на корпусе 1 регулировочными винтами 14. На штоке 7 свободно установлена балка 15 сварочного узла, вдоль которой закреплены на торце нагревательные элементы 16 (нихромовые проволока и полоса, по фиг. 1 слева направо), электрически связанные со штоком 7. Поршень 17 (фиг. 2) цилиндра 6 нагружен пружиной 18 и связан с мембраной 19, герметично перекрывающей цилиндр 6 на две полости: связанную с вакуумирующей системой и нижнюю (по чертежу), сообщающуюся с атмосферой. На периферии мембрана 19 опирается на кольцевой борт 20, установленный с зазором в цилиндре 6. На дне камеры 5 уложены объемные плиты 21, напротив которых, с противоположной стороны балки 15 установлены поворотные форсунки 22, связанные с системой газонапуска.

Натяжением пружин 13 посредством винтов 14 крышка 9, опирающаяся ребром торца на корпус 1, устанавливается в крайнее верхнее положение, открывая свободный доступ в рабочую камеру 5, на дно которой укладывается штабель съемных плит 21, чем сокращается свободный ее объем (в зависимости от размеров упаковываемого изделия подбирается максимально возможное количество плит 21). В исходном положении (от усилия пружин 18 через поршень 17) шток 7 с балкой 15 находится внизу.

Машина работает следующим образом.

Изделие в пакете из многослойного полиэтилена укладывается на штабель плит 21, горловину поворота надевают на форсунки 22 в распор за счет их поворота и затем вручную закрывают крышку 9 до смыкания с корпусом 1, растягивая при этом пружину 13.

Далее включают посредством блока 2 управления последовательность операции:
к блоку 8 подключаются нагревательные элементы 16, которые разогреваются;
создается разрежение в камере 5 насосом 3 через блок 4 крышка 9 атмосферным давлением прижимается к корпусу, герметично запирая камеру 1;
производится впрыск через форсунки 22 защитного или инертного газа в пакет (или без газонапуска).

Затем переключением клапанов блока 4 верхняя полость цилиндра 6 подключается к насосу 3. Разницей давлений в полостях цилиндра 6, посредством мембраны 19 и поршня 17 шток 7 перемещается в крайнее верхнее положение, до упора нагревательных элементов 16 в опору 10 крышки 9, сваривая пакет плоским нагревательным элементом и отрезая оплавлением кромку пакета выступающим нагревательным элементом проволокой, т.е. создается двойной сварной шов, запечатывающий изделие под вакуумом.

После этого в блоке 4 переключаются клапаны на возврат механизмов в исходное положение.

Давление в полостях цилиндра 6 выравнивается и под действием пружины 18 в поршень 17 шток 7 опускается в крайнее нижнее положение. При этом мембрана 19 укладывается на кольцевой борт 20, балка 15 размыкает нагревательные элементы 16 с опорой 10. При повышении давления в камере 5 крышка 9 под действием пружин 13 автоматически возвращается в исходное положение, открывая доступ к запечатанному в пакет изделию, которое извлекают из машины.

Далее цикл повторяется.

Машина проста и удобна в эксплуатации, обслуживается одним оператором, имеет широкий диапазон переналадки на различные типоразмеры упаковок изделий и продуктов под вакуумом, в среде инертного и защитного газов. Режимы технологических операций, их продолжительность и последовательность выставляются и точно выдерживаются наладкой исполнительных механизмов и элементов конструкции. Результатом является гарантированное качество упаковки изделий под вакуумом в пленку.

Рабочие чертежи опробованной опытной машины предложенной конструкции находятся в подготовке производства для организации серийного выпуска по договорам поставок и контрактам в текущем году.

Использование: изобретение относится к устройствам для упаковки продуктов, товаров, изделий в пленочные пакеты под вакуумом или в среде защитных, инертных газов. Сущность изобретения: машина содержит рабочую камеру с крышкой, сварочный узел, подвижная балка которого свободно установлена на штоке приводного цилиндра, полку для размещения пакетов с изделием и систему вакуумирования. Особенностью машины является безосевое подвижное крепление крышки, которая ребром торца оперта на корпус и через кронштейны, размещенные в прорезях, нагружена пружинами. Полка выполнена в виде съемных плит, напротив которых установлены форсунки газонапуска. Шток приводного цилиндра выполнен токоведущим, на поршне которого укреплена мембрана, закрепленная в цилиндре и свободно размещенная между ними на кольцевом борте. 2 ил.

Вакуумно-упаковочная машина, содержащая корпус, рабочую камеру о крышкой, закрепленной на кронштейне и несущей опору сварочного узла, напротив которой расположен нагревательный элемент, смонтированный на подвижной балке, привод которой, закрепленный на днище камеры, включает цилиндр и подпружиненный поршень c двусторонним штоком, причем одна полость цилиндра сообщена с системой вакуумирования, а другая с атмосферой, и полку для размещения пакета с изделием, отличающаяся тем, что крышка ребром торца оперта на корпус, в котором выполнены прорези под кронштейны, связанные с корпусом посредством упругих элементов, преимущественно пружин, полка выполнена в виде съемных плит, штабелированных в рабочей камере напротив газонапускных форсунок, между которыми помещена балка, свободно установленная на токоведущем штоке цилиндра, полости которого перекрыты мембраной, сопряженной с поршнем и помещенной на кольцевом борте цилиндра с гарантированным зазором.