СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНЫМИ ЧАСТОТАМИ НАКЛАДЫВАЮЩИХСЯ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2001 года по МПК B65B51/22 B23K1/06 B29C65/08 

Настоящее изобретение относится к способу управления резонансными частотами накладывающихся колебаний в ультразвуковых запечатывающих устройствах, которые имеют расположенное в центре устройство возбуждения, окруженное телами реакции, и раструб с вытянутой узкой поверхностью запечатывания.

Общеизвестно, что ультразвуковые устройства применяются для запечатывания емкостей. Этот способ может также быть применен для запечатывания в наполняющих устройствах, которые упаковывают жидкие пищевые продукты в пакеты одноразового использования. В наполняющем устройстве лист упаковочного материала формируется в виде трубы с перекрывающимся продольным соединяющим швом или местом спайки. Упаковочный материал может состоять из внутренней части из бумаги или картона, которая ламинирована различными термопластичными слоями и, возможно, алюминиевой фольгой. Лист упаковочного материала, сформированный в виде трубы, заполняется предназначенным для этого содержимым, а труба из материала запечатывается в поперечном направлении через одинаковые повторяющиеся промежутки. Труба, заполненная жидкостью, затем разделяется в местах поперечного запечатывания на отдельные упаковки.

Ультразвуковое устройство запечатывания, описанное в патенте Швеции N SE 9300918-1, в частности адаптировано для использования при поперечном запечатывании материала трубы в наполняющем устройстве описанного выше типа. Устройство запечатывания имеет вытянутую и узкую поверхность запечатывания, ширина которой соответствует ширине поперечного запечатанного соединения. Для того, чтобы обеспечить достаточно длинное поперечное запечатываемое соединение, должны быть объединены несколько запечатывающих устройств для получения составного законченного устройства запечатывающего оборудования.

Такое ультразвуковое запечатывающее оборудование со сложной геометрией должно работать с заданным основным видом колебаний на заданной рабочей частоте. Этот вид колебаний должен задаваться устройством возбуждения в устройстве запечатывания, и для того, чтобы можно было получить однородную и достаточно высокую амплитуду для запечатывания, не должно быть накладывающегося типа колебаний, расположенного слишком близко к рабочей частоте основного вида колебаний.

При изготовлении таких ультразвуковых устройств запечатывания могут быть несимметричности в материале, или может иметь место асимметрия в процессе обработки материала. Такие несимметричности могут составлять до 30 процентов производимых устройств. Эти несимметричности приводят к перекрывающимся видам колебаний на резонансных частотах, близких к рабочей частоте, что способствует неодинаковой амплитуде, которая в свою очередь, приводит к неровному запечатыванию. Они также дополнительно приводят к неблагоприятным усилиям и напряжениям в устройствах, что сокращает срок службы таких устройств. Степень эффективности запечатывающих устройств дополнительно ослабляется накладывающимися колебаниями.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа управления резонансными частотами накладывающихся колебаний, которые приводят к упомянутым неудобствам. Используя способ согласно настоящему изобретению, возможно сдвигать резонансные частоты накладывающихся колебаний так, чтобы режимы колебаний не содержали элементов наложения.

Другим техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение 100-процентной работоспособности производимых запечатывающих устройств и осуществление ими заданных функций.

Эти и другие технические результаты достигаются в настоящем изобретении посредством того, что способ, описанный во введении, имеет отличительное свойство, заключающееся в том, что в телах реакции имеются симметрично расположенные пазы, эти пазы располагаются там, где накладывающиеся колебания показывают максимум потенциала или, наоборот, максимальное смещение.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг. 1 представляет схему известного ультразвукового запечатывающего устройства, для которого предназначен способ согласно настоящему изобретению,
фиг. 2 представляет запечатывающее устройство согласно настоящему изобретению,
фиг. 3 представляет симметричное отражение колебаний,
фиг. 4 представляет антисимметричное отражение колебаний.

На фиг. 1 представлена схема ультразвукового запечатывающего устройства 1, для которого предназначен способ согласно настоящему изобретению. Это ультразвуковое устройство 1 имеет размер, равный половине длины волны, т.к. в наполняющем устройстве, где он используется, ему предоставляется очень ограниченное пространство. Это сделано для того, чтобы запечатывающее устройство 1 можно было использовать в существующих наполняющих устройствах без необходимости их существенной переделки. Наполняющее устройство предназначено для упаковки жидких продуктов питания в пакеты одноразового использования. Лист упаковочного материала, состоящий из ламинированной бумаги или картона, различных термопластичных слоев и, возможно, алюминиевой фольги, в наполняющем устройстве формируется в виде трубы, которая заполняется предназначенным для этого содержимым. Лист материала запечатывается поперек трубы с жидким наполнителем, и лист материала разделяется в поперечном направлении для образования отдельных пакетов. Запечатывающее устройство 1 разработано для таких операций поперечного запечатывания.

Ультразвуковое запечатывающее устройство 1 (фиг. 1) состоит из расположенного в центре устройства возбуждения 2, которое подсоединено к источнику переменного тока (не показан). Устройство возбуждения 2 расположено в центре в точке пересечения двух плоскостей симметрии (см. фиг. 2), на которые запечатывающее устройство 1 может быть разделено. Устройство возбуждения 2 окружено симметрично расположенными телами реакции 3. Запечатывающее устройство 1 содержит также раструб 4, который заканчивается вытянутой узкой поверхностью 5 запечатывания. Ширина поверхности 5 запечатывания соответствует ширине поперечного запечатанного соединения. Для того, чтобы достичь длины поперечного запечатанного соединения должны быть объединены несколько описанных запечатывающих устройств 1 для получения законченного устройства запечатывающего оборудования. Узловая плоскость 6 запечатывающего устройства, т. е. плоскость, где амплитуда 1 равна нулю, должна быть найдена между раструбом 4 и телами реакции 3. Узловая плоскость 6 снабжается краем 7 для зацепления и является местом, в котором устройство 1 фиксируется в заполняющем устройстве. Назначение тел реакции 3 заключается в обеспечении противоположных (противофазных) колебаний, которые компенсируют силы, возникающие при колебаниях раструба 4.

Ультразвуковое запечатывающее устройство 1, имеющее такую сложную геометрию, как описано выше, может генерировать большой набор различных видов колебаний, и каждое колебание имеет специфическую резонансную частоту. Чтобы устройство 1 могло работать удовлетворительно, должен быть выделен специфический основной вид колебаний или рабочий режим с заданной рабочей частотой из остальных видов колебаний. Этот рабочий режим должен обеспечить одинаковую амплитуду на всей поверхности 5 запечатывания, достаточно высокую амплитуду так, чтобы достичь однородного и надежного запечатывания, и точно заданную центральную плоскость 6, чтобы устройство 1 могло быть зафиксировано на крае 7 места крепления. Это должно ограничивать излишне высокие напряжения в материале или конструкции и должно дать возможность устройству возбуждения 2 задавать рабочий режим.

С помощью метода конечных элементов (МКЕ) возможно определить появление всех видов колебаний, которые имеют место в устройстве запечатывания 1, а также определить резонансные частоты колебаний. Запечатывающее устройство 1 имеет две плоскости симметрии 8, как показано на фиг. 2, и в обеих этих плоскостях могут иметь место симметричные отражения S, как показано на фиг. 3, или несимметричные отражения A, как показано на фиг. 4. В результате наличия двух плоскостей симметрии 8 могут иметь место четыре случая SS, AS, SA и AA. И фиг. 3 и фиг. 4 изображают очень упрощенные примеры колебательных смещений тел реакции 3. Запечатывающее устройство 1 может иметь до 35 различных видов колебаний в диапазоне от 0 до 40 кГц.

Основной вид колебаний, или рабочий режим, имеет тип SS. Он должен быть выделен и удален как можно дальше от других видов колебаний. В частности, другие колебания SS типа должны быть сохранены на расстоянии, по меньшей мере ± 5 кГц. Чтобы быть уверенным в достижении требуемого запечатывания, используя ультразвуковое запечатывающее устройство 1, должна быть проведена проверка на всех типах колебаний, которые расположены в диапазоне ± 10 кГц от частоты рабочего режима.

Так как асимметричности могут иметь место в материале или устройстве запечатывания 1 или могут появляться во время работы, то могут генерироваться режимы AS, SA и AA типов. Эти типы колебаний вызовут интерференцию, т. к. они имеют место в диапазоне ± 1 кГц от частоты рабочего режима. Чем ближе они расположены друг к другу, тем большую интерференцию они вызывают. Эти накладывающиеся колебания дают неодинаковую амплитуду, которая приводит к неровному запечатыванию. В худшем случае накладывающиеся колебания могут стать полностью преобладающими над рабочим режимом, и тогда вообще не осуществляется запечатывание. Накладывающиеся колебания приводят также к неблагоприятным напряжениям в материале и конструкции, которые сокращают срок службы запечатывающего устройства 1. В результате этих накладывающихся колебаний устройство запечатывания 1 будет менее эффективным из-за потерь энергии, которая рассеивается в виде тепла.

Колебания имеют несколько максимумов потенциала и несколько максимумов смещения. Для того чтобы можно было перемещать резонансную частоту накладывающихся колебаний, должен быть выделен максимум, который не совпадает с любым максимумом потенциала или смещения основного, или рабочего вида колебаний. Основной вид колебаний предпочтительно должен иметь минимум потенциала или смещения, там, где имеет место модификация.

Для того, чтобы избежать этих накладывающихся колебаний в соответствии с настоящим изобретением возможно управлять резонансными частотами накладывающихся колебаний таким образом, чтобы они далее не вызывали интерференции. Это обеспечивается посредством пазов 9 в телах реакции 3 запечатывающего устройства 1. Эти пазы 9 должны быть расположены и сформированы симметрично. Пазы 9 размещены в местах, где достигается максимум потенциала, т.е. максимум кривизны нежелательного вида колебаний, в то же время рабочий режим не должен изменять характер или сдвигаться от рабочей частоты. С другой стороны, симметрично расположенные пазы или скосы делаются там, где накладывающиеся колебания показывают максимум смещения. В этом случае основной вид колебаний также не должен изменять характер или сдвигаться от рабочей частоты. Основной вид колебаний сохраняет свой характер и резонансную частоту, если изменения сделаны там, где основной вид колебаний показывает более слабый потенциал и меньшие смещения.

Глубина, ширина и длина пазов 9 управляют величиной смещения. Если существует несколько накладывающихся колебаний, то необходимо сделать пазы 9 на каждой стороне для каждого режима колебаний. С другой стороны, максимум потенциала или максимум смещения для нескольких различных накладывающихся колебаний могут совпадать, и это делает возможным сделать только один общий паз 9 на каждой стороне для режимов колебаний.

Путем изготовления пазов 9 в телах реакции 3, где отдельный режим колебаний имеет максимум потенциала, устойчивость режима уменьшают. Можно предположить, что распределение масс и жесткости в теле являются решающими для режимов колебаний в теле. Это может быть выражено так, что отдельный режим колебаний имеет данную устойчивость и инерцию массы. Области с максимумом потенциала составляют устойчивость режима колебаний, а области с максимумом смещения составляют инерцию массы режима колебаний. Если устойчивость режима колебаний сокращается, уменьшается его резонансная частота, а если устойчивость увеличивается, то резонансная частота увеличивается. Соответственно, сокращенная инерция массы для режима колебаний влечет за собой увеличение его резонансной частоты, а увеличенная инерция массы для режима колебаний влечет за собой уменьшенную резонансную частоту.

Преимущество смещения резонансных частот накладывающихся колебаний к более низкому уровню в данном случае заключается а том, что рабочая частота основного режима колебаний может увеличиваться до 1 кГц в рабочей фазе. То, что существует относительно простая мера сокращения устойчивости по отношению к увеличивающейся массе, является предпочтительным альтернативным вариантом воплощения.

В то же время при управлении накладывающимися колебаниями следует контролировать, чтобы никакие другие режимы колебаний не стали накладывающимися посредством изготовления пазов 9 в телах реакции 3, которые вводятся в действие согласно изобретению. Важно, что эти выполняемые меры, т.е. изготовление пазов 9, являются сколь это возможно легкими, но в то же время сохраняют эффект управления.

Как ясно из приведенного описания, настоящее изобретение реализует способ управления накладывающимися резонансными частотами в ультразвуковом запечатывающем устройстве 1 так, чтобы запечатывающее устройство 1 могло обеспечить однородное и надежное поперечное запечатанное соединение. Способ также сопровождается сокращением неблагоприятных напряжений и усилий в материале и конструкции запечатывающего устройства 1.

Настоящее изобретение не должно рассматриваться ограниченным только приведенными выше и изображенными на чертежах вариантами, могут быть сделаны множество модификаций без потери смысла и формы прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение применяется для запечатывания емкостей, в которые упаковывают жидкие пищевые продукты. Изобретение применимо к такому типу ультразвукового запечатывающего устройства, которое имеет расположенное в центре устройство возбуждения, окруженное телами реакции, и раструб. Согласно данному способу в запечатывающем устройстве выполняют пазы в телах реакции, причем пазы располагают симметрично там, где накладывающиеся колебания имеют максимум потенциала или наоборот максимальное смещение. Технический результат - устранение неровностей при запечатывании и повышение срока службы запечатывающего устройства. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления резонансными частотами накладывающихся колебаний в ультразвуковых запечатывающих устройствах, содержащих расположенное в центре устройство возбуждения, окруженное телами реакции, и раструб с вытянутой узкой поверхностью запечатывания, при котором смещают резонансные частоты накладывающихся колебаний, отличающийся тем, что для смещения резонансных частот накладывающихся колебаний в телах реакции выполняют симметрично расположенные пазы в местах, где накладывающиеся колебания имеют максимальный потенциал или максимальное смещение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величина смещения резонансных частот накладывающихся колебаний зависит от высоты, глубины и длины паза. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что управление резонансными частотами накладывающихся колебаний предполагает смещение накладывающихся колебаний, устойчивость которых уменьшают так, чтобы осуществить смещение. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что резонансные частоты накладывающихся колебаний сдвигают вниз в частотном диапазоне. 5. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что резонансные частоты накладывающихся колебаний сдвигают, по меньшей мере, на 1 кГц.