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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Ultraschallsiegeln
zum hygienischen Verbinden von heißsiegelbaren Oberflächen. Sie
betrifft insbesondere das Siegeln in einer Maschine mit einer Anordnung,
um hygienische Bereiche, wo ein sauberes Produkt (wie Nahrungsmittel)
bloßliegt,
von nicht hygienischen Bereichen, wo eine Maschinenanlage steht,
zu isolieren.
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Maschinenanlagen
zum Verpacken von Nahrungsmitteln, Pharmazeutika oder anderen Produkten,
mit denen hygienisch umgegangen werden muss, sind bekannt. Üblicherweise
weisen solche Maschinenanlagen bestimmte Teile wie Getriebe, Motoren,
Lager usw. auf, die für
den Betrieb der Maschine erforderlich sind, jedoch nicht dem hygienisch zu
verpackenden Produkt ausgesetzt werden sollten. Typischerweise handelt
es sich dabei um bewegliche Maschinenteile, die schlecht zu reinigen
sind. Es ist auch gemeinhin erwünscht,
eine Verunreinigung der nicht hygienischen Bereiche mit dem hygienischen Produkt
zu verhindern. Um diese Ziele zu erreichen, muss eine Sperre zwischen
den hygienischen und den nicht hygienischen Bereichen der Maschine
aufrechterhalten werden.
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Es
ist schwieriger, eine passende Sperre zu gestalten, wenn die Maschine
bewegliche Teile hat, die sich regelmäßig zwischen den hygienischen
und nicht hygienischen Bereichen hin- und herbewegen (was üblicherweise
der Fall ist). In diesem Fall enthält die Sperre zwischen den
hygienischen und nicht hygienischen Bereichen der Maschine Abdichtungen, zusammenlegbare
Bälge oder
andere Elemente, um die Isolierung zwischen den hygienischen und
nicht hygienischen Bereichen entlang den Abschnitten der Maschinenanlage
aufrecht zu erhalten, die durch die Sperre hindurch gelangen.
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Eine
noch schwierigere Situation entsteht, wenn Ultraschallenergie von
einem Generator in dem nicht hygienischen Bereich der Maschine in
den hygienischen Bereich durch eine Sperre zwischen den entsprechenden
Bereichen übertragen
wird. Dabei wird es nicht ausreichen, lediglich eine Abdichtung vorzusehen,
die einen sich durch die Sperrwand erstreckenden Ultraschallumformer
wischt: die vom Umformer getragene Ultraschallenergie kann die Abdichtung
schnell beschädigen
und die Sperre durchbrechen. Andere Hilfsmittel, wie Balgabdichtungen zwischen
beweglichen Teilen, können
ebenfalls beschädigt
werden, wenn einer der Teile Ultraschallenergie trägt. Es ist
ebenso schwierig, eine dem hygienischen Bereich ausgesetzte Balgabdichtung
sauber zu halten oder auf Unversehrtheit zu untersuchen, und somit
kann diese für
den Gebrauch in dem hygienischen Bereich einer Maschine ungeeignet
sein.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Umformeranordnung zum Ultraschallsiegeln:
einen
hygienischen Siegelungsbereich und einen nicht hygienischen Bereich,
die durch eine erste Sperre (88) voneinander getrennt sind,
welche eine Öffnung
aufweist, die durch eine am Rand verlaufende Kante (188)
definiert ist;
einen in der Öffnung auf einer Achse (190)
angeordneten Umwandler (186), mit im nicht hygienischen Bereich
angeordneten Mitteln zum Schwingen des Umwandlers mit Ultraschallfrequenz,
wobei der Umwandler (186) einen Nullbereich (192)
hat, in dem eine derartige Schwingung minimal ist;
eine im
Wesentlichen zylindrischen Oberfläche (194), um den
nicht hygienischen Bereich gegenüber
dem hygienischen Bereich zu versiegeln, wobei die Oberfläche an einem
ersten Teil befestigt ist, das entweder die am Rand verlaufende
Kante (188) oder der Nullbereich (192) ist, wobei
die Siegelungsoberfläche
einem zweiten Teil gegenüber
liegt, das das jeweils andere von beiden ist, nämlich die am Rand verlaufende
Kante oder der Nullbereich, wobei die im Wesentlichen zylindrische
Oberfläche
durch eine Hülse (196)
definiert wird;
eine zweiten Sperre, die durch ein Gewebe (200)
definiert wird, das sich zwischen der Hülse (196) und dem
ersten Teil erstreckt; und
eine Abdichtung, die auf dem zweiten
Teil angeordnet ist und beim Hin- und Herbewegen des Umwandlers die im
Wesentlichen zylindrische Siegelungsoberfläche (194) wischt.
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Ein
Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung
ist, dass nur der Nullbereich des Umformers mit der Sperre in Kontakt
kommen muss, selbst wenn sich der Nullbereich mit dem Umformer bewegt,
daher befindet er sich nicht an einem festen Platz gegenüber der
Sperre. Sehr wenig Ultraschallenergie wird durch den Nullbereich übertragen,
so dass die Sperre weitgehend von der durch sie übertragenen Ultraschallenergie
isoliert ist. Somit hat die Ultraschallenergie wenig oder gar keinen
Einfluss auf die Unversehrtheit der Sperre. Außerdem ist die Anordnung leicht
zu reinigen, da keine komplexen Oberflächen (wie die Wände eines
zusammenlegbaren Balgrohrs) zur Aufrechterhaltung einer Sperre erforderlich
sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Beispielen und mithilfe der Zeichnungen
beschrieben:
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1 ist eine perspektivische
Ansicht einer Kartonsiegelungsmaschine.
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2 ist eine seitliche Aufrissansicht
der Maschine gemäß 1, wobei einige Abschnitte
im Schnitt dargestellt sind und andere Abschnitte entfernt wurden.
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3 ist eine Seitenansicht
von Linie 3-3 der 1,
wobei die aufliegende Anordnung der Klarheit wegen entfernt wurde.
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4 ist eine teilweise perspektivische
Detailansicht des Zugstabs, der Zugstange und des pneumatischen
Vorspannelements der Ambossantriebsanordnung, wobei ein Abschnitt
weg gebrochen ist, um die Innenausführung des Vorspannelements darzustellen.
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5 ist eine Teilausschnitt
des Vorspannelements entlang der Linie 5-5 der 4.
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6 ist eine schematische
Aufrissansicht, aus der Perspektive der Schnittlinie 6-6 der 1, eines Ambosses und eines
Siegelhorns beim Anschlagen in der Verschlusssiegelungsstellung.
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7 ist eine der 6 ähnliche Ansicht, die Amboss
und Siegelhorn in deren offenen Stellungen zeigt, wobei in einer
Verschlusssiegelungsstellung ein Giebelverschluss dazwischen angeordnet
ist.
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8 ist eine der 7 ähnliche Ansicht, die Amboss
und Siegelhorn in ihren jeweiligen geschlossenen Stellungen, wo
sie gegen den Giebelverschluss drücken, zeigt.
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9 ist ein Querschnitt entlang
der Linie 9-9 der 1 und
zeigt, wie die hygienischen und nicht hygienischen Bereiche der
vorliegenden Maschine voneinander getrennt bleiben, wo die Vorrichtung
zum Ultraschallsiegeln die Isolierungswand durchdringt.
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10 ist eine genauere perspektivische Ansicht,
bei der der Ambossstab aus 1 getrennt gezeigt
wird.
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11 ist eine Schnittdarstellung,
parallel zu einem der Hauptseitenflächen, durch einen der in 10 gezeigten Ambosse.
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12, 13 und 14 sind
jeweils Darstellungen der Beschleunigung, Geschwindigkeit und Position des
Nockenantriebs gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 1–11, jeweils über die
Zeit, zum Siegeln der oberen Abdichtung eines Giebeldeckelkartons.
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15–17 ähneln 12–14 und
zeigen die Beschleunigung, Geschwindigkeit und die Position des
Nockenantriebs zum Siegeln der unteren Abdichtung eines Giebelbodenkartons.
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Zuerst
wird auf 1 Bezug genommen,
worin die Vorrichtung zum Siegeln von Kartons, allgemein mit 20 bezeichnet,
ein Modul einer Kartonfüll- und
Verschließmaschine
ist, wie dasjenige, welches in der US Patentanmeldung SN 08/190,546,
eingereicht am 2. Februar 1994 und jetzt US Patent Nr. 5,488,812,
beschriebenen ist (die anderen Teile sind nicht dargestellt). Eine
Füll- und
Siegelmaschine diesen Typs enthält
zwei derartige Module, eines zum Versiegeln des Bodengrats (in 2 dargestellt) jedes Kartons 24 vor
dem Befüllen,
und das andere Modul zum Versiegeln des oberen Grats des Kartons 24 (der,
wie in 2 dargestellt,
an der Falzlinie 26 angeordnet sein wird, nachdem der obere
Verschluss zugefaltet ist). Der obere Grat 26 wird nach
dem Befüllen
des Kartons versiegelt.
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Jeder
Verschluss 22, 26 des Kartons 24 hat eine
erste Seite 28, die den Ambossen 32 gegenüberliegt,
und ein zweite Seite 30, die den Ultraschallsiegelhörnern 34 gegenüberliegt,
wenn sich der Karton 24, insbesondere ein Verschluss 22 des
Kartons 24, an einer Verschlusssiegelstellung befindet.
Ein typischer Verschluss, der gemäß der vorliegenden Maschine
gesiegelt werden kann, ist ein Giebelober- oder Bodenverschluss
für einen
Nahrungsmittelkarton.
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In 2 wird gezeigt, in welcher
Abfolge der Karton 24 gesiegelt wird: Zuerst wird der Karton 20, der
zuvor mithilfe einer hier nicht dargestellten Vorrichtung im Wesentlichen
in seine Endform gefaltet wurde, vorwärts bewegt, wobei sein unterer
Grat 22 von einer Stellung, in der er von der Vorrichtung
zum Siegeln von Kartons 20 befreit ist, in die Verschlusssiegelungsstellung übertragen
wird. Der Bodengrat wird dann gesiegelt, indem der Amboss 32 und
das Siegelhorn 34 im Wesentlichen gegeneinander verschlossen
werden, um den Verschluss 22 festzuklemmen, wie dies auch
in 8 dargestellt ist.
Das Siegelhorn erhitzt den unteren Grat 22 and schweißt dessen
heißsiegelbare
Elemente zusammen. Der Verschluss 22 wird dann freigegeben.
Nachdem der Amboss 32 und das Siegelhorn 34 getrennt
sind, wird der untere Grat 22 in Rückwärtsrichtung bewegt, um den
Karton 24 von der Vorrichtung zum Siegeln von Kartons 20 freizumachen,
damit der Karton 24 zur Füllstelle (nicht gezeigt) befördert werden
kann.
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Hauptelemente der Vorrichtung
zum Versiegeln
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Zurückkommend
auf 1, enthält die Vorrichtung
zum Versiegeln 20, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Maschine ist, einen Amboss 32, ein Ultraschallsiegelhorn 34,
einen allgemein mit 36 bezeichneten Ambossantrieb, einen
allgemein mit 16 bezeichneten Hornantrieb sowie Vorspannelemente 40 und 41.
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Ambossanordnung
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Serie von acht Ambossen 32 und 42–54 vorgesehen,
es können
also acht Kartons zur selben Zeit in einem einzigen reziproken Schlag
der gleichlaufenden Ambosse versiegelt werden. Die acht Ambosse 32 und 42–54 sind
auf einem Ambossstab 56 befestigt. Der Ambossstab 56 kann
vor und zurück
pendeln, wobei jeder Amboss so wie der Amboss 32 zwischen
einer offenen Stellung (am deutlichsten in 1 und 7 zu
sehen) vor und zurück
bewegt wird, in der ein Karton durchlaufen kann, und einer geschlossenen
Stellung (am deutlichsten in 8 zu sehen),
in der er gegen die erste Seite 28 eines Verschlusses (wie
der Bodengrat 22) drückt,
der an der Verschlusssiegelungsstellung angeordnet ist.
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Der
Ambossstab 56, die Zugstangen 60 und 62 und
ein Zugstab 64 definieren einen rechteckigen Ambossrahmen 58.
Die Zugstangen 60 und 62 sind fest an den Füßen 66 und 68 des
Ambossstabs 56 verschraubt. Einzelheiten der Befestigung
dieses Ausführungsbeispiels
sind am besten in 2 zu
erkennen. Die Zugstangen 60 und 62 sind mit dem Zugstab 64 mithilfe
der Vorspannelemente 40 und 41 operativ verbunden.
Die Einzelheiten dieser Verbindung werden unten beschrieben.
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Die
Zugstange 60 wird, um eine reziproken Bewegung gegenüber dem
Rahmen 70 der Vorrichtung zum Versiegeln von Karton 20 auszuführen, von Gleitlagern 72 und 74 (die
in 2 herausragen) gestützt, während die
Zugstange 62, um eine reziproke Bewegung gegenüber dem
Rahmen 70 der Vorrichtung zum Ver siegeln von Karton 20 auszuführen, von Gleitlagern 76 und 78 gestützt wird.
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In
den 1 und 2 können die Gleitlager 72 und 76 identisch
sein. Jedes wird von einer Buchse 80, die mit dem Rahmen 70 eins
ist, definiert und hat eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung 82,
die an ihren jeweiligen Enden durch Sicherungsringe 84 und 86 gedeckelt
ist. Ein Gleitring 84 ist an der entsprechenden Zugstange 62 befestigt
und innerhalb von Grenzen, die von den Sicherungsringen 84 und 86 definiert
werden, in der Bohrung 82 verschiebbar.
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Die
Sicherungsringe 84 und 86 dieses Ausführungsbeispiels
sind ebenfalls Wischvorrichtungen zum Abdichten, die dazu beitragen,
den nicht hygienischen Bereich, der sich im Wesentlichen rechts
(in 2) von der Isolierungswand 88 befindet,
wo die Antriebsanlage angeordnet ist, von dem hygienischen Bereich
zu trennen, der sich im Wesentlichen links von der Isolierungswand 88 befindet,
wo die Kartons befüllt
und verpackt werden. Dieses Hilfsmittel ist erwünscht, weil die Zugstangen 60 und 62 durch
die Buchse hin- und her pendeln. Indem man Dichtungsvorrichtungen
an beiden Enden der Bohrung 82 vorsieht, werden aufeinander
folgende Wechselbewegungen der Zugstangen Gleitmittel oder andere
Fremdkörper
nicht in oder durch die Bohrungen 82 von rechts nach links
befördern
(wie in 2 dargestellt).
Es ist gleichfalls wichtig, Fremdkörper, wie verschüttete Nahrungsmittel
oder Kartonabfälle,
daran zu hindern, von rechts nach links (wie in 2 gezeigt) in oder durch die Bohrungen 82 befördert zu
werden. Das Ziel wird ebenfalls durch das bildlich dargestellte
Ausführungsbeispiel
erreicht.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
sind die Gleitlager 74 und 78 gänzlich innerhalb
des nicht hygienischen Bereichs angeordnet, und zwar rechts von
der Isolierungswand 88 aus 2,
womit ein zweites Paar Sicherungsringe 84 und 86 überflüssig wäre. Folglich
reichen gewöhnliche
Gleitlager 74 und 78 ohne Wischabdichtungen aus,
um die Bewegung der Zugstangen 60 und 62 genau
axial entlang den Achsen der Zugstangen zu halten.
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Ambossantrieb
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Ein
Ambossantrieb 36 ist vorgesehen, um den Zugstab 64 und
somit auch den Ambossstab 56 und die damit verbundenen
Ambosse 42–54 zwischen
ihren jeweiligen offenen und geschlossenen Stellungen vor und zurück zu bewegen.
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Der
Antrieb zum Vorschieben der Ambosse 32 und 42–54 in
ihre geschlossenen Stellungen wirkt auf eine im Wesentlichen dem
Horn zugewandte Seite des Ambossrahmens 58 ein, und in
diesem Ausführungsbeispiel
wirkt er insbesondere auf die dem Horn zugewandte Seite 90 des
Zugstabs 64 ein. Die dem Horn zugewandte Seite des Zugstabs 64 hat vorlaufende
Nockenstößel, hier
die Walzen 92 und 93, sowie zurückführende Nockenstößel, hier
die Walzen 94 und 95 (95 wird größtenteils
durchsichtig in 3 dargestellt),
die daran angebracht sind und von den Nocken 96 und 98 angetrieben
werden. Da die beiden Nockenantriebe identisch sind, wird nur einer
im Einzelnen beschrieben.
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Die
Nocke 98 hat eine den Amboss vorschiebende Oberfläche 100,
um die Ambosse in ihre geschlossene Stellung zu bewegen und eine
den Amboss zurückziehende
Oberfläche 102,
um die Ambosse in ihre offene Stellung zu bewegen, was am besten
in 2 und 3 zu sehen ist.
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Die
Nocken 96 und 98 sind jeweils drehbar auf Zapfen
angeordnet. Die Nockenwellen 104 und 106 (die
wechselweise die jeweiligen Enden einer einzelnen Welle sein können), werden
in Drehlagern (nicht dargestellt) getragen und definieren diese
Zapfen. Die Nockenwellen 104 und 106 werden von
einem Servomotor 108 über
einen Getriebezug angetrieben, der in dem Getriebe 110 zum
Drehen der Nocken 96 und 98 um ihre Zapfen angeordnet
ist. Der Servomotor oder der Getriebezug können dazu benutzt werden, die
Drehgeschwindigkeit der Nocke an verschiedenen Punkten des Wegs,
relativ zu dem Nockenoberflächenprofil,
zu ändern,
so dass das vom Servomotor erforderliche Drehmoment seine Leistung
nicht übersteigt,
insbesondere dort, wo sich der Nockenradius stark ändert. Das
Siegelungsprofil der Nockenposition, Geschwindigkeit und Beschleunigung
kann ebenfalls von fern nach Wunsch geändert werden, indem die Position,
die Geschwindigkeit und das Beschleunigungsprofil des Servomotors
geändert
wird. Typische Profile werden weiter unten in Verbindung mit den 12–17 besprochen.
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Die
Nocke 98 in 2 und 3 befindet sich in ihrer
Ausgangsstellung, in der sich die Ambosse 32 und 42–56 in
ihren voll geöffneten
Stellungen befinden. Die Nocke 98 wird von dem Servomotor 108 zuerst
im Uhrzeigersinn um 160° gedreht,
so dass der Radius des Abschnitts der Nockenoberfläche 100, die
auf dem Nockenstößel 94 aufliegt,
im Wesentlichen größer wird.
Wie aus 1 ersichtlich,
schiebt diese Bewegung der Nocke 98 den Nockenstößel 94 und
somit den Ambossstab 56 nach oben in ihre jeweiligen geschlossenen
Stellungen.
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Ist
die Abdichtung erfolgt, und die Ambosse 32 und 42–54 sollen
in ihre offenen Stellungen zurückgezogen
werden, wird die Nocke 98 gegen den Uhrzeigersinn in ihre
Ausgangsstellung gebracht. Die den Amboss zurückziehende Oberfläche 102 der
Nocke 98 liegt auf dem Nockenstößel 95 auf, wobei
der Radius des Abschnitts der Nockenoberfläche 102, der von dem
Nockenstößel zusammengezogen
wird, im Wesentlichen abnimmt. Die Gegendrehung der Nocke 98 zieht
den Zugstab 64, die Zugstangen 60 und 62 und
den Ambossstab 56 nach unten (wie in 1 dargestellt) in ihre offenen Stellungen.
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Ultraschallhornanordnung
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Serie von vier Ultraschallhörnern oder Umformern – 34 und 112–116 – vorgesehen,
jedes weit genug, um auf zwei Ambossen aufzuliegen, so dass gleichzeitig
acht Kartons in einem einzigen reziproken Schlag der gleichlaufenden
Siegelungshörner versiegelt
werden können.
Die vier Siegelungshörner 34 und 112–114 sind
auf einem Gestell 118 befestigt.
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Das
Gestell 118 kann wechselseitig vor und zurück bewegt
werden und zwar zwischen einer offenen Stellung (am deutlichsten
in 1 und 7 zu sehen), in der ein Karton hindurch
kann, und einer geschlossenen Stellung (am deutlichsten in 8 zu sehen) zum Aufliegen
auf einer zweiten Seite 30 des Verschlusses (wie der untere
Grat 22), der an der Verschlusssiegelungsstellung angeordnet
ist.
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Das
Gestell 118 hat integrale Buchsen 120 und 122,
die verschiebbar auf den Zugstangen 60 und 62 aufgenommen
werden und die Gleitlager definieren. Diese Anordnung legt die Siege lungshörner und
Ambosse beim Hin- und Herbewegen exakt zueinander fest. Die Ultraschallgruppen,
die in den Siegelungshörnern 34, 112, 114 und 116 enden,
beinhalten ebenfalls Ultraschallwandler oder Umformer und Ultraschallgeneratoren,
die nicht dargestellt sind. Die Ultraschallgruppen werden auf dem
Gestell 118 befestigt, um diese festzustellen, zu tragen
und anzutreiben.
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Ultraschallhornantrieb
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Ein
Nocken betriebener Hornantrieb 38 ist zum Vor- und Zurückbewegen
des Gestells 118 zwischen seiner offenen Stellung und seiner
geschlossenen Stellung vorgesehen. Die Nocken 96 und 98 haben
jeweils eine das Horn antreibende Nockenoberfläche, wie die in 2 gezeigte Oberfläche 124, und
eine das Horn zurückziehende
Nockenoberfläche,
wie die in 2 gezeigte
Oberfläche 126.
Diese Nockenoberflächen
liegen den den Amboss antreibenden und zurückziehenden Oberflächen im
Wesentlichen gegenüber,
sind aber in etwa gleich geformt, so dass sich die Ambosse und Siegelungshörner entgegengesetzt
bewegen, wenn sich die Nocken drehen.
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Die
Nocken 96 und 98 treiben jeweils Nockenstößel 128 und 138 an,
die an dem Gestell 118 befestigt sind und folgen den das
Horn antreibenden Außenflächen 124 der
Nocken 96 und 98. Bei der oben beschriebenen Drehung
der Nocken 96 und 98 im Uhrzeigersinn erhöht sich
im Wesentlichen der von den Nockenstößeln 128 und 130 verfolgte
Radius, wodurch das Gestell 118 und die Siegelungshörner 34 und 112–116 nach
unten (wie in 1 dargestellt)
in ihre geschlossenen Stellungen getrieben werden.
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Die
Nocken 96 und 98 treiben jeweils Nockenstößel 128 und 138 an,
die an dem Gestell 118 befestigt sind und den das Horn
zurückziehenden
Innenflächen 124 der
Nocken folgen. Bei der oben beschriebenen Drehung der Nocken 96 und 98 entgegen
dem Uhrzeigersinn verringert sich im Wesentlichen der von den Nockenstößeln 132 und 134 verfolgte
Radius, wodurch das Gestell 118 und die Siegelungshörner 34 und 112–116 nach
oben (wie in 1 dargestellt)
in ihre offene Stellungen getrieben werden.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Maschine ist, dass sowohl der Amboss als
auch das Siegelungshorn aufeinander abgestimmt durch dieselben Nocken
bewegt werden können
und somit dieselben Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- und Stellungsprofile
benutzen, so dass ein in der Mitte eines Kartons angeordneter Verschluss
in Eingriff genommen werden kann, ohne den Karton seitwärts zu bewegen.
Weder das Siegelungshorn noch der Amboss werden zu früh oder zu
spät ankommen,
da die beiden aufeinander abgestimmt angetrieben werden. Der Karton
kann somit seitlich nicht verschiebbar gehalten werden, da die Position
des Kartons nicht eingestellt werden muss, um Verschiebungen in
der geschlossenen Stellung der Hörner
und Ambosse auszugleichen.
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Ein
weiterer Vorteil der dargestellten Anordnung liegt darin, dass der
Ambossantrieb und der Hornantrieb auf derselben Seite des Siegelungsbereichs
liegen, und nicht auf gegenüberliegenden
Seiten. Demzufolge ist eine Isolierungswand 88 nur auf einer
Seite des Siegelungsbereichs erforderlich, so dass der Siegelungsvorgang
leicht von dieser Seite der Maschine überprüft werden kann, während der Betrieb
des nicht hygienischen Teils der Maschine von der anderen Seite
der Einzelisolie rungswand beobachtet werden kann. Die in einem Bereich
angeordnete und multifunktionale Nocken nutzende Siegelungsvorrichtung
hat eine minimale Breite, was erwünscht ist, um die Breite der
Siegelungslinie zu minimieren.
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Vorspannelement
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Das
Vorspannelement 40 – das
man sich als Kissen oder Feder vorstellen kann – ist entweder zwischen dem
Amboss oder dem Horn und seinem Antrieb befestigt (oder zwischen
jedem dieser Elemente und dessen Antrieb in einem alternativen Ausführungsbeispiel).
Das Vorspannelement begrenzt den Siegelungsdruck, der zwischen dem
Amboss und dem Horn entsteht, auf einen vorbestimmten maximalen
Wert. Der vorbestimmte Wert ist der Druck, der von dem Vorspannelement
ausgeübt
wird. Dadurch wird verhindert, dass der Amboss und das Horn den Verschluss
zu fest greifen und dann entweder den Verschluss oder die Siegelungsmaschine
beschädigen,
und kleine Unregelmäßigkeiten
bei der Position des Ambosses und des Horns werden ausgeglichen, ohne
den Siegelungsdruck zu erhöen
oder zu senken. Die Vorspannkraft kann ebenfalls von fern eingestellt
werden, ohne die Maschine anzuhalten, indem von außen Druckluft
als Vorspannelement zugeführt
wird.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbinden
die Vorspannelemente 40 und 41 wirksam die Ambosse 32 mit
ihrem Nockenantrieb. Aus den 4 und 5 ist ersichtlich, dass die
Vorspannelemente 40 und 41 identische pneumatische
Verbindungen sind. Federn oder andere federnde Kopplungen können ebenfalls
verwendet werden, obgleich federnde Verbindungen bestimmte Vorteile
haben, die unten genau beschrieben werden.
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Der
Kürze wegen
werden hier nur die Vorspannelemente 40 beschrieben.
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Die
Vorspannelemente 40 weisen eine Bohrung 140 auf,
die einen Gleitkolben 142 aufnimmt. Die ringförmigen Zylinder-
und Kolbenoberflächen 144 und 146 und
die Bohrung 140 definieren einen im Wesentlichen geschlossener
Raum 148. Der Kolben 142 wird am Ende der Zugstange 62 von
Muttern 150 und 152 erfasst, die auf die Verlängerung 154 der Zugstange 62 geschraubt
sind. Die Bohrung 140 befindet sich in einem eingebauten
Teil des Zugstabs 64.
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Der
Raum 148 wird über
einen Port 156 und einen Druckregler 158 aus einer
Druckgasquelle 160 mit Druck beaufschlagt. Mit einer Fernsteuerung 162 kann
der Drucksollwert des Reglers 158 verändert werden, wodurch sich
der Druck innerhalb des Raums 148 ändert. Der Gasdruck innerhalb
des Raums 148 spannt die Kolbenoberfläche 146 nach rechts
im Verhältnis
zur Zylinderoberfläche 144 vor, so
dass der Kolben oberhalb oder vor der Oberfläche 144 schwebt und
so die Zugstangen 62 und der Ambossstab 56 gegen
deren jeweilige geschlossene Stellungen spannt.
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Der
Grad, bis zu dem der Kolben 142 über der Zylinderoberfläche 144 schwebt,
kann durch Ergreifen des Kolbens 142 gesteuert werden.
In dem Ausführungsbeispiel
von 5, ergreift der
Flansch 164 des Kolbens 142 den Kolben 142 innerhalb
der Zylinderbohrung 140.
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Befinden
sich der Zugstab 64 und die Ambosse wie der mit 32 bezeichnete
in ihren geschlossenen Stellungen, drücken die Ambosse, die den Flansch 164 von
seinem Anschlag fernhalten, gegen den Kartonverschluss, der versiegelt
wird. Zu diesem Zeitpunkt ist das Gaskissen in dem Raum 148 die einzige
Kraft, die durch den Amboss gegen den Verschluss und das gegenüber liegende
Siegelungshorn ausgeübt
wird. Diese Siegelungskraft ist das Produkt des Gasdrucks innerhalb
des Raums 148 und des effektiven Bereichs der Oberfläche 144.
In diesem Ausführungsbeispiel
wird eine spezifische Kraft von etwa 15.000 N in Erwägung gezogen,
wobei mehr oder weniger Druck in bestimmten Situationen erstrebenswert
sein kann.
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Ein
Vorteil der dargestellten Anordnung liegt darin, dass die Siegelungskraft,
die von den Ambossen 32 ausgeübt wird, reproduzierbar ist
und zwar trotz kleinerer Unterschiede in Dicke oder Federkraft der
Grate 22 (z. B. durch das gelegentliche Erfassen kleiner
Produktmengen in der Falzung des Grats 22). Ein weiterer
Vorteil ist, dass der Ambossdruck, der gleich dem Gasdruck innerhalb
des Raums 148 ist, durch Ändern des Gasdrucks geändert werden
kann. Der Gasdruck kann leicht von fern geändert werden.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Anordnung kann dadurch realisiert
werden, dass ein Austausch zwischen den jeweiligen Räumen 148 von zwei
oder mehr Vorspannelementen 40 und 41 zugelassen
wird. Dadurch kann zuverlässig
identischer Vorspanndruck zu jeder Zeit durch zwei Vorspannelemente
ausgeübt
werden, die mit denselben Zugstangen 62 oder anderen Maschinenelementen
verbunden sind. Ein derartiger Austausch ist in 1 schematisch dargestellt.
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Ultraschallumwandlerabdichtung
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In
den 1 und 9 wird eine Anordnung zum Abdichten
zwischen dem mit Ultraschall vibrierendem Umwandler 186 und
der Isolierungswand 88 gezeigt, die den nicht hygienischen
Bereich (links von der Wand 88 in 9) von dem hygienischen Bereich (rechts
von der Wand 88 in 9)
trennt. Dieser Bereich muss versiegelt werden, weil sich der Umwandler 186,
der an dem Siegelungshorn 112 angeordnet ist, auch zwischen
offenen und geschlossenen Stellungen hin- und herbewegt, wenn sich
das Gestell 118 bewegt. Es ist wichtig zu verhindern, dass
Fremdkörper
auf die eine oder andere Art durch die Hin- und Herbewegung und die Schwingung
des Umwandlers 186 durch die Isolierungswand 88 geschoben
werden.
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Die
erforderliche Sperre wird auf die in 9 dargestellte
Weise erreicht. Die Isolierungswand 88 weist eine Öffnung auf,
die durch eine am Rand verlaufende Kante 188 definiert
ist. In der Öffnung 188 ist
ein Ultraschallumwandler 186 angeordnet, der innerhalb
der Öffnung 188 hin-
und herbewegt wird und zwar entlang einer durch die Öffnung verlaufenden Achse 190.
Der Umwandler 188 schwingt mit Ultraschallfrequenz mithilfe
einer in dem nicht hygienischen Bereich angeordneten Maschinenanlage.
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Der
Umwandler 186 hat einen Nullbereich oder Schwingungsknoten 92,
an dem der Umwandler im Wesentlichen minimal schwingt. (Die Ultraschallwellen
sind Stehwellen, die sich entlang der Achse 190 fortpflanzen,
so dass der Umwandler 196 einen oder mehrere Knotenpunkte
hat, die jeweils in einer im Wesentlichen senkrecht zur Achse 190 stehende Ebene
angeordnet sind, wo die örtliche
Amplitude der Schwingungen ziemlich klein im Verhältnis zu
ihrer maximalen Amplitude ist.)
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Eine
im Wesentlichen zylindrische Siegelungsoberfläche 194, die durch
eine Hülse 196 definiert
ist, ist an einem ersten Teil befestigt, das entweder die am Rand
verlaufende Kante oder der Nullbereich ist. Hier ist die Hülse 196 an
einer vorne überstehenden
Randleiste 198, die von dem Nullbereich 192 herabhängt, befestigt.
Die Randleiste kragt effektiv den Nullbereich nach vorne aus, was
wichtig ist, damit der Umwandler keine bedeutende Ultraschallenergie
an die Hülse 196 abgibt,
was die unten beschriebene Abdichtung beschädigen oder schmelzen könnte.
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Die
Siegelungsoberfläche 194 liegt
einem zweiten Teil gegenüber,
das das jeweils andere der am Rand verlaufenden Kante und dem Nullbereich
ist (und hier definiert die am Rand verlaufende Kante 188 die Öffnung in
der Wand 88).
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Das
Gewebe 200 der Hülse 196 ist
mit der Randleiste 198 verbunden, z. B. verschweißt. Das Gewebe 200 definiert
eine Sperre zwischen der Siegelungsoberfläche 194 und dem Nullbereich 192,
die Fremdkörper
daran hindert, durch die Hülse 196 zu gelangen.
Die Abdichtung zwischen dem Umwandler 186 und der Öffnung 188 wird
durch eine Wischabdichtung 202 vervollständigt, die
an der Öffnung 188 befestigt
ist und die die im Wesentlichen zylindrische Siegelungsoberfläche 194 wischt,
wenn sich der Umwandler 196 hin- und herbewegt.
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Es
versteht sich, dass die Teile der Anordnung neu angeordnet werden
können.
So kann z. B. die Abdichtung 202 an dem Nullbereich 192 angeordnet
werden, und die Hülse
kann an der Öffnung 188 angeordnet
werden, um denselben Effekt zu erzielen.
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Ausrichtung des Ambosses
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Die 1, 10 und 11 zeigen
bestimmte vorteilhafte Einzelheiten der Ambosse 32 und 42–54 und deren
Befestigung auf dem Ambossstab 56. Jeder Amboss ist auf
gleiche Weise verbunden, so dass nur der Amboss 32 und
dessen Befestigung beschrieben wird.
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Der
Amboss 32 wird von einem Stützelement – hier dem Ambossstab 56,
der im Wesentlichen senkrecht zur Achse 210 verläuft – aufgenommen, das
sich im Wesentlichen entlang der Achse 210 zwischen einer
offenen und einer geschlossenen Stellung gegenüber dem Umformer oder dem Siegelungshorn 34 (in 7 dargestellt) bewegt, so
wie zuvor beschrieben. Der Ambossstab besitzt eine flache Befestigungsoberfläche 208,
mit der die Ambosse 32 verschraubt sind.
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Der
Ambossstab 56 hat eine zylindrisch gekrümmte Stirnfläche 212,
die dem entsprechenden Umwandler 34 gegenüber liegt
und einen Bogen eines Kreises mit einem Krümmungsmittelpunkt 214 definiert
und im Wesentlichen in einer Ebene (hier die Ebene des Papiers für 11) liegt, die durch die Achse 210 definiert
ist. Diese Ebene wurde gewählt, weil
die Notwendigkeit besteht, den Amboss in dieser Ebene drehbar anzuordnen.
Der Kreis, der die Ausrichtungsebene definiert, kann auch in einer
Ebene liegen, die die Ebene des Papiers in 11 schneidet, sollte eine Ausrichtung
in einer anderen Ebene gewünscht
werden. Die gekrümmte
Oberfläche 212 kann
alternativ eine kugelförmig
gekrümmte
Oberfläche
sein, die eine Universaleinstellung bei der Ausrichtung des Ambosses 32 um
die Mitte 214 ermöglicht.
Die Oberfläche 212 wird
als konkave Oberfläche
gezeigt, kann aber auch eine konvexe Oberfläche sein.
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Insbesondere
in 11 wird gezeigt,
dass die Ambossanordnung 32 eine Ambossunterlage 216,
ein gegenüberliegendes
Teil 218, ein federndes Unterlage 220 sowie Rohrkoppler 222 und 224 enthält, die
alle auf geeignete Art und Weise miteinander verbunden sind. Die
Befestigungsschrauben 226 und 228 werden in den
Befestigungsbohrungen 230 und 232 aufgenommen,
um die Ambossanordnung 32 an der Befestigungsfläche 208 auf
normale Weise festzuklemmen.
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Die
Ambossanordnung 32 besitzt eine komplex ausgebildete Stirnfläche 234,
die in den 7 und 8 besser dargestellt ist,
um ein Werkstück
zu berühren,
sowie eine gekrümmte
hintere Fläche 236, die
im Wesentlichen komplementär
zu der gekrümmten
Stirnfläche 212 ist
und normalerweise auf ihr aufliegt. So wie hier in der Beschreibung
verwendet, besteht ein „komplementäres" Oberflächenpaar
aus einer konvexen und einer konkaven Oberfläche, die im Wesentlichen einen
gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt
haben und Kreise definieren, die in derselben Ebene liegen.
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Die
Befestigungsbohrungen 230 und 232 sind im Wesentlichen
größer als
die Schäfte
der Befestigungsschrauben 226 und 228, die sie
aufnehmen, aber kleiner als die Köpfe der Befestigungsschrauben 226 und 228.
Alternativ können
die Köpfe auch
kleiner sein und es können
Scheiben zwischen den Köpfen
der Befestigungsschrauben und dem Abschnitt der Ambossunterlage 216 eingefügt sein,
gegen die die Köpfe
der Befestigungsschrauben 226 und 228 ansonsten
direkt drücken
würden.
Die im Vergleich zu den Befestigungsschrauben 226 und 228 im
Wesentlichen größeren Befestigungsbohrungen 230 und 232,
am deutlichsten in 11 zu
sehen, ermöglichen
ein Schaukeln des Ambosses 32 um die Mitte 214,
zumindest so weit wie gewünscht, um
die Ausrichtung des Ambosses 32 gegenüber dem Ambossstab 56 einzustellen.
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Die
Befestigungsschrauben 226 und 228 werden in entsprechende
Gewindebohrungen in der Befestigungsfläche 208 eingeführt. Alternativ
können die
Schrauben 226 und 228 durch größere Bohrungen in der Befestigungsfläche 208 reichen
und in entsprechende Gewindebohrungen in der Ambossunterlage 216 eingeführt werden.
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Die
Befestigungsschrauben 226 und 228 haben Sicherungsstellungen,
um die Ambossunterlage 216 und den Ambossstab aneinander
zu befestigen, die durch das ausreichend weite Einführen der Schrauben 226 und 228 in
die Befestigungsfläche 208 erreicht
werden, um die Ambossunterlage 216 an der Befestigungsfläche 208 festzuklemmen.
Die Befestigungsschrauben 226 und 228 besitzen
eine Einstellposition, damit die Ambossunterlage um die Mitte 214 bezüglich dem
Ambossstab 56 rotieren kann, so dass der Amboss 32 gegenüber dem
Siegelungshorn 34 (1)
ausgerichtet werden kann. Die Einstellposition wird durch ausreichendes
Lösen der Schrauben 226 und 228 erreicht,
so dass die Ambossunterlage 216 bezüglich der Befestigungsfläche 208 schaukeln
kann. 10 zeigt, dass,
wie oben beschrieben, die Ambosse 32 und 42–54 unabhängig voneinander
an der Befestigungsfläche 208 angebracht
sind, so dass sie unabhängig
voneinander um ihre jeweiligen Krümmungsmittelpunkte schaukeln können, so
wie dies bei der Mitte 214 und der Ambossunterlage 216 der
Fall ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 6–8 und 11, können
die Ambosse 32 und die Umformer 34 der Anordnung
zum Ultraschall siegeln 20 leicht vor Beginn des Herstellungsgangs
ausgerichtet werden. Die Befestigungsmittel 226 und 228 für alle Ambosse 32 und 42–54 werden
zuerst in ihre Einstellpositionen zurückgeführt. Dann, falls erwünscht, können die Sollkontaktstellungen
der Ambosse 32 und der Siegelungshörner 34 dadurch eingenommen
werden, dass man sie mit leichtem Druck schließt, so dass sie sich in der
Sollschließstellung
berühren,
wie dies in 6 gezeigt
wird. Das Anschlagen von Siegelungshörnern 34 und Ambossen 32 bewirkt,
dass sich die Ambosse 32 um ihre Mitten 214 schieben,
wodurch die Ambosse 32 in genau parallele Positionen relativ zu
den jeweiligen Siegelungshörnern 34 ausgerichtet werden.
Die Befestigungsmittel können
dann nach vorne in ihre Sicherungsstellungen bewegt werden, um die
Einstellung zu halten. Ist die Sollausrichtung der Ambosse erreicht,
können
Ambosse und Umformer getrennt werden.
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Nach
oder anstelle der Einstellung der Ambosse 32 um ihre Mitten 214 mit
leichtem Schließdruck
und ohne vorhandene Kartons, können
Messstücke,
die einzuklemmende Werkstücke
darstellen (das können
einfach die oberen Grate 26 oder die unteren Grate 28 eines
Kartons vom nächsten
Typ sein), zwischen jedem Amboss 32 und Umformer 34, wie
in 4 gezeigt, eingeführt werden.
Die Befestigungsmittel 226 und 228 können zurückgezogen werden
(oder bleiben). Die Messstücke 26 oder 28 können zwischen
die Ambosse 32 und die Umformer oder Siegelungshörner 34 geklemmt
werden und zwar mit dem vollen Siegelungsdruck, der während des
Herstellungsgangs aufgebracht werden soll, wie dies in 8 gezeigt ist. Die Schließkraft wird
jede Ambossunterlage 216, die nicht mehr ausgerichtet ist,
dazu bringen, sich wieder selbst auszurichten, indem sie sich um
ihre Mitten 214 stellen. Die Befestigungsteile 226 und 228 können dann
nach vorne in ihre Sicherungsstellungen bewegt werden, um die Einstellung
zu halten. Eine Anpassscheibe 237 kann zwischen die Oberflächen 212 und 236 gelegt
werden, um für
die seitliche Einstellung zu sorgen.
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Ambosskühlvorrichtung
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Die
Ambosse nehmen einen Teil der Ultraschallenergie von den Umformern
oder Siegelungshörnern
auf, wenn die Kartons versiegelt werden. Um zu verhindern, dass
sich die Ambosse extrem erhitzen, können die Ambosse abgekühlt werden.
Dazu kann Kühlwasser
durch die Ambosse geleitet werden, um diese abzukühlen. In
den 10 und 11 hat jeder Amboss 32 einen
inneren Wasserdurchlass 240, der seine Eingangs- und Ausgangsnippel 222 und 224 verbindet.
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10 zeigt, dass Wasser einem
Wasseranschluss 242, der eine kommunale Wasserversorgung sein
kann, entnommen wird. Das Wasser kann wahlweise keimfrei sein, so
dass es den hygienischen Bereich der Maschine im Falle einer undichten
Stelle nicht verunreinigen kann. Das Wasser aus der Wasserversorgung 242 wird über einen
biegsamen Schlauch 244 dem Amboss 54 zugeführt. Der Schlauch 244 ist
lang genug und so ausgelegt, dass die Hin- und Herbewegung des Ambossstabs 56 aufgenommen
werden kann.
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Der
Schlauch 244 ist an dem Nippel 246 befestigt,
um Kühlwasser
in die inneren Durchlässe
des Ambosses zu leiten. Das Kühlwasser
verlässt
den Ausgangsnippel 248 des Ambosses 54 über einen Überbrückungsschlauch 250,
der das Wasser dann zum Eingangsnippel 252 des nächsten Ambosses
in der Reihe, hier Amboss 52, leitet. Eine ähnliche
Reihe aus Überbrückungsschläuchen 243–264 leitet
das Kühlwasser
abwechselnd durch jeden der Ambosse. Zum Schluss leitet ein Ausgangsschlauch 266 das Kühlwasser
von dem letzten Amboss (32) in der Reihe zu einem Abfluss 268.
Der Ausgangsschlauch 266 ist ein biegsamer Schlauch, der
lang genug ist und so ausgelegt ist, dass die Hin- und Herbewegung
des Ambossstabs 56 aufgenommen werden kann. Natürlich kann
der Abfluss 268 entfallen und das Wasser abgekühlt und
bis zur Quelle 242 wieder aufbereitet werden, falls dies
erwünscht
ist, insbesondere dann, wenn das Wasser mit verhältnismäßig teuren Desinfektionsmitteln
behandelt wurde, die man recyceln möchte.
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Mehrere
Anpassungen des vorliegenden Kühlsystems
sind in 11 gezeigt.
Die federnde Unterlage 220, üblicherweise aus Gummi hergestellt, isoliert
sowohl ultraschallmäßig als
auch thermisch das Ambossstirnteil 218 gegenüber der
Ambossunterlage 216. Da das Stirnteil 218 isoliert
ist, kann das Kühlsystem
auf das Stirnteil 218 beschränkt werden.
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Auch
um ein Beschädigen
oder Lockern der äußeren Schlauchleitungen
und der Verbindungsstücke
zu verhindern, sind sie alle auf der Ambossunterlage 32 hinter
der federnden Unterlage 220 befestigt. Die Schlauchleitungen
und Verbindungsstücke
sind deshalb von der Ultraschallenergie getrennt. Der innere Wasserdurchlass 240 weist
einen Abschnitt 270 auf, der durch die federnde Unterlage 220 dringt
und Wasser aus dem Eingangsnippel 222 hinter der Unterlage 220 in
einen Abkühlungsbereich
vor der Unterlage 220 leitet. Der innere Wasserdurchlass
weist einen weiteren Abschnitt 272 auf, der durch die federnde
Unterlage 220 dringt und zu dem Ausgangsnippel 224 hinter
der Unterlage 220 führt.
Die federnde Unterlage 220 dient als Dichtung zwischen
der Unterlage 216 und dem Stirnteil 218.
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Verwendung der Anordnung
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Die
zuvor beschriebene Anordnung kann in einer Verpackungsmaschine wie
derjenigen benutzt werden, die in der US Patentanmeldung SN 08/190 546
(jetzt US Patent Nr. 5 488 812, auf das oben Bezug genommen wird)
offenbart wird. Die Anordnung kann von einem Servomotor und einem
zugehörigen Steuerungssystem
angetrieben werden, wie dies in der US Patentanmeldung SN 08/315
414 (Aktenzeichen des Anwalts: 10623US01; Firmenaktenzeichen: TRX-0126)
dargestellt ist, die den Titel „Control System for a Packaging
Machine" hat und
am selben Tag wie diese Anmeldung eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt
hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird.
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Wenn
die Vorrichtung zum Ultraschallsiegeln dazu benutzt wird, um den
Boden eines Kartons mit Giebeldeckel in einer Verpackungsmaschine
zu versiegeln, wie dies in dem US Patent Nr. 5 448 812 offenbart
ist, so kann dies mithilfe des in der US Patentanmeldung SN 08/315
414 (jetzt US Patent Nr. 5 706 627) dargestellten Steuerungssystems
gesteuert werden, welches das in den 15–17 dieser Anmeldung dargestellte
Bewegungsprofil einsetzt. Die 15–17 zeigen beispielhaft die
Beschleunigung, Geschwindigkeit und die Positionsprofile für einen einzigen
Siegelungszyklus.
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Das
Bewegungsprofil kann zwei Bewegungen beinhalten. Die erste Motorbewegung,
die nach etwa 0,2 Sek. bis 0,6 Sek. in dem Zyklus erfolgt, dreht die
Nocken zum Schließen
der Siegelungsbacken. Die erste Motorbewegung beginnt mit einer
ausreichenden Führungszeit,
um sicherzustellen, dass die Backen die Kartonböden berühren, direkt nachdem die Kartonböden in der
Ebene der Backen ankommen. Die zweite Motorbewegung, die nach etwa
1,3 Sek. bis 1,6 Sek. in dem Zyklus auftritt, dreht die Nocken,
so dass sich Siegelungsbacken öffnen.
Bei jeder Bewegung werden 15% der Bewegungszeit für das Beschleunigen
verbraucht, 70% der Bewegungszeit werden bei konstanter Geschwindigkeit
verbracht und 15% der Bewegungszeit werden beim Abbremsen verbraucht.
Die Nocken sind so geformt, dass sie die Backen während des
Bewegungsabschnitts, in dem die Geschwindigkeit konstant bleibt, bewegen
und somit vermeiden, dass möglicherweise das
zum Bewegen der Backen erforderliche Drehmoment zu dem zum Beschleunigen
der Nocken erforderlichen Drehmoment hinzu addiert wird.
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Jede
Bewegung dieses Profils ist grundsätzlich ein 15%, 70%, 15% Trapezgeschwindigkeitsprofil.
Während
einer beliebigen Beschleunigungszeit (oder Abbremszeit) werden jedoch
20% der Beschleunigungszeit zum Hochfahren auf die gleich bleibende
Beschleunigung benötigt,
und 20% der Beschleunigungszeit werden für das Herunterfahren auf ll
Beschleunigung benötigt.
Das Hoch- und Runterfahren der Beschleunigung hilft, ein Ruckeln
des Mechanismus zu verhindern.
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Verwendet
man die Presse zum Ultraschallsiegeln als Maschine zum Siegeln von
Deckeln, kann sie gemäß den in
den 12–24 dargestellten Bewegungsprofilen bewegt
werden. Die Bewegung kann in Übereinstimmung
mit zwei Bewegungen fortgeführt
werden.
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Der
erste Schritt ist ein atypischer Schritt, der aus drei Polynomsplinen
besteht. Die erste Spline, die nach etwa 0,6 bis 0,7 Sek. in dem
Zyklus auftritt, dreht die Nocken, so dass die Backen die oberen
Siegelungsbereiche des Kartons im Wesentlichen zeitgleich mit der
Ankunft des Kartons in der Ebene der Backen berühren. Die Nocken kommen an
diesem Punkt mit sehr niedriger Geschwindigkeit an. Die niedrige
Geschwindigkeit der Nocken war erwünscht, damit die Geschwindigkeit
der Backen gering genug ist, um den Faltmechanismen, wie den in
der US Patentanmeldung SN 08/315,400 (jetzt US Patent Nr. 5 518
578) dargestellten Mechanismen, Zeit zu geben, die Kartondeckel
so zu formen, dass sie richtig gefalzt und versiegelt werden. Gleichzeitig
ist es erwünscht,
dass die Geschwindigkeit größer als
null ist, damit die anschließende
Beschleunigung erfolgen kann, ohne die Haftreibung überwinden
zu müssen.
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Die
zweite Spline des Schritts, die nach etwa 0.7 Sek. bis 0,8 Sek.
in dem Zyklus auftritt, dreht die Nocken bis die Backen – und somit
die Kartondeckel – etwa
5 mm voneinander entfernt sind. Es ist erwünscht, dass diese Bewegung 100 ms
dauert, um den Faltmechanismen weiterhin Zeit zum Arbeiten zu verschaffen
und um überschüssige Luft
aus dem Karton entweichen zu lassen. Es ist ebenso erwünscht, dass
die Geschwindigkeit am Ende der zweiten Spline so niedrig wie möglich ist,
während
es den Backen noch möglich
ist, innerhalb der nächsten
100 ms über die
dritte Spline zu schließen.
Die geringe Geschwindigkeit am Ende der zweiten Spline (und somit
zu Beginn der dritten Spline) ist erwünscht, um die Zeit zum Luftentleeren
so weit wie möglich
in die dritte Spline hinein zu verlängern.
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Die
dritte Spline, die nach etwa 0,8 Sek. bis 0,9 Sek. in dem Zyklus
auftritt, muss so schnell wie möglich
abbremsen, um die Nockendrehung und den Backenschluss in den zugewiesenen
100 ms zu beenden.
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Der
zweite Schritt, der nach etwa 1,3 Sek. bis 1,6 Sek. in dem Zyklus
auftritt, öffnet
die Backen zum Siegeln des Deckels und ist derselbe wie der Schritt, der
die Backen zum Siegeln des Bodens öffnet. 15% der Bewegungszeit
werden beim Beschleunigen verbraucht, 70% der Bewegungszeit werden
bei gleich bleibender Geschwindigkeit verbracht und 15% der Bewegungszeit
werden beim Abbremsen verbraucht. Während einer beliebigen Beschleunigungszeit
(oder Abbremszeit) werden 20% der Zeit zum Hochfahren auf die konstante
Beschleunigung aufgebracht, und 20% der Zeit werden für das Herunterfahren
auf null Beschleunigung aufgebracht. Das Hoch- und Runterfahren
der Beschleunigungen wurde wiederum eingeführt, um das Ruckeln des Mechanismus
zu verringern.
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Die
oben genannten Figuren verwenden Einheiten, die in deg, deg/s und
deg/s2 Nockendrehung anstelle von Radius
oder Grade von Motordrehungen angegeben sind, weil die Motordrehung
direkt proportional zur Nockendrehung ist und weil die Nockendrehung
für viele
Menschen aussagekräftiger
ist als die Motordrehung.