MXPA05010280A

MXPA05010280A - Dispositivo de sellado por induccion y metodo el cual puede usarse para producir envases de productos alimenticios vertibles.

Info

Publication number: MXPA05010280A
Application number: MXPA05010280A
Authority: MX
Inventors: Javed Saquib
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-11-17
Also published as: AU2004224099A1; CA2519721A1; CA2519721C; UA81801C2; BRPI0408793B1; AU2004224099B2; RU2337005C2; ITTO20030238A1; HK1091439A1; ATE337160T1; JP4486959B2; PL1620249T3; EP1620249B1; WO2004085253A3; PT1620249E; JP2006521248A; KR20060002885A; EP1620249A2; US20060242928A1; ES2270369T3

Abstract

Dispositivo de sellado por induccion el cual puede usarse para produccion de envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente un tubo del material de envasado de hoja que tiene al menos una capa de material que puede calentarse por induccion cubierto con material plastico. El dispositivo de sellado tiene: un generador para generar la senal de energia alterna S((); un inductor para recibir la senal de energia alterna S(() para inducir la corriente electrica parasistica en la capa y fundir localmente el material plastico para formar el sello transversal; y el circuito de adaptacion para lograr la transferencia de energia optima entre el generador y el inductor. El circuito de adaptacion incluye el circuito inductivo-capacitivo, en el cual la capacitancia del elemento capacitivo de capacitancia variable es ajustable tal que el angulo de fase de corriente-voltaje es cercano a cero.

Description

DISPOSITIVO DE SELLADO POR INDUCCION Y METODO EL CUAL PUEDE USARSE PARA PRODUCIR ENVASES DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS VERTIBLES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el dispositivo de sellado por inducción y el método el cual puede usarse para producir envases de productos alimenticios vertibles . En particular, la invención puede usarse preferiblemente, aunque no exclusivamente, en una unidad de forma-y-sello para formar y sellar envases desde un tubo de material de envasado de hoja relleno continuamente con producto vertible. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Como se conoce, muchos productos alimenticios vertibles (por ejemplo jugo de frutas o vegetales, leche pasteurizada o ÜHT (ultra tratada con temperatura alta) , vino, etc.) se venden en envases fabricados de material para envasado esterilizado. Un ejemplo típico de este tipo de envase es el envase en forma de paralepípedo para productos alimenticios vertibles conocidos como Tetra Brik Aseptic®, el cual se fabrica doblando y sellando la trama de material para envasado laminado. REF: 166987 El material para envasado laminado comprende capas de material fibroso, por ejemplo papel, cu No. Ref.: 166987 lados con material plástico sellado con calor, por ejemplo polietileno, y, en el caso de envases asépticos para productos almacenados durante periodos largos, tales como leche UHT, también comprende, sobre el lado eventualmente en contacto con el producto alimenticio en el envase, una capa de material de barrera de oxigeno, por ejemplo una hoja de aluminio o VEOH, la cual a su vez está cubierta con una o más capas de material plástico sellado con calor. Como se conoce, tales envases se producen sobre máquinas de envasado completamente automáticas, sobre las cuales se forma un tubo continuo desde el material para envasado de alimento de trama; la trama del material de envasado se esteriliza sobre la máquina de envasado, por ejemplo aplicando el agente esterilizante químico, tal como la solución de peróxido de hidrógeno, la cual, una vez que se completado la esterilización, se quita, por ejemplo vaporizando con calor, desde las superficies del material de envasado; y la trama del material de envasado así esterilizado se mantiene en un ambiente estéril, cerrado, y se dobla y sella longitudinalmente para formar un tubo vertical. El tubo después se rellena desde la parte superior con el producto alimenticio vertible esterilizado o procesado estéril, y se sujeta en secciones transversales espaciadas igualmente por dos pares de mandíbulas. Más específicamente, los pares de mandíbulas actúan cíclicamente y sucesivamente sobre el tubo para sellar el material de envasado del tubo y formar la tira continua de envases similares a almohadillas conectados a cada otro por bandas de sellado transversales respectivas . Los envases similares a almohadillas se separan cortando las bandas de sellado relativas, y después se transportan hacia una estación de doblado final en donde se doblan mecánicamente en la forma de paralepxpedo terminada. En el caso de envases asépticos con una capa de aluminio como el material de barrera, las secciones transversales del tubo se sellan normalmente usando el dispositivo de sellado para inducir la corriente eléctrica parasítica en la capa de aluminio para fundir localmente el material plástico para sellado con calor. Más específicamente, una de las mandíbulas en cada par comprende el cuerpo principal fabricado de material no conductor, y el inductor alojado en el asiento frontal sobre cuerpo principal; y la otra mandíbula tiene cojinetes de presión fabricados de material con rendimiento elástico, tal como caucho. El inductor se enciende cuando el par relativo de mandíbulas se sujeta sobre el tubo, para sellar la sección transversal del tubo sellando la cubierta de material plástico . Más específicamente, además del inductor, el dispositivo de sellado también comprende un generador de señal de energía alterna y un circuito de adaptación para optimizar la transferencia de energía entre el generador y el inductor. El generador, de hecho, administra energía máxima cuando el ángulo de fase de corriente-voltaje es cercano a cero. Los circuitos de adaptación conocidos se definen normalmente por el circuito inductivo-capacitivo, en el cual el elemento capacitivo (definido normalmente por el número de capacitores paralelos) se conecta en paralelo al elemento inductivo (definido normalmente por el transformador) ; y los valores de capacitancia del elemento capacitivo, y el valor de inductancia del elemento inductivo se seleccionan así para producir el ajuste de fase por medio del cual el ángulo de fase de coriente-voltaje es cercano a cero. Tal ajuste en fase, sin embargo, es mejor para carga eléctrica predeterminada asociada con condiciones de operación dadas (por ejemplo volumen del envase, índice de salida de la máquina de llenado y velocidad de operación, tipo de inductor, etc . ) . En consecuencia, junto con la variación en carga eléctrica causada variando las condiciones de operación, existe una desviación notable de la condición de ajuste en fase óptima, reduciendo así la transferencia de energía para el inductor . BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención proporcionar el dispositivo de sellado diseñado para eliminar las desventajas de los dispositivos conocidos. De conformidad con la presente invención, se proporciona el dispositivo de sellado por inducción el cual puede usarse para producción de envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente el tubo de material de envasado de hoja que comprende al menos una capa del material que puede calentarse por inducción cubierto por material plástico, el dispositivo de sellado comprende: generar medios para generar la señal de energía alterna S (8) ; al menos un inductor recibiendo la señal de energía alterna S (8) para inducir la corriente eléctrica parasística en la capa y fundir localmente el material plástico para formar el sello transversal; y el circuito de adaptación para lograr la transferencia de energía óptima entre el generador y el inductor; caracterizada porque el circuito de adaptación comprende el circuito capacitivo, en el cual al menos un elemento inductivo se conecta hacia al menos un elemento capacitivo de capacitancia variable; la capacitancia del elemento capacitivo siendo ajustable tal que el ángulo de fase de corriente-volta e es cercano a cero. La presente invención también se relaciona con el método de sellado por inducción el cual puede usarse para producir envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente el tubo de material de envasado de hoja que comprende al menos una capa de material que puede calentarse por inducción cubierta con material plástico, el método comprende los pasos de : general la señal de energía alterna S (8) proporcionar la señal de energía alterna S (8) hacia al menos un inductor para inducir la corriente eléctrica parasística en la capa y fundir localmente el material plástico para formar el sello transversal; y optimizar la transferencia de energía entre el generador y el inductor por medio del circuito de adaptación; caracterizado porque el paso de optimización comprende el paso de ajustar la capacitancia de al menos un elemento capacitivo conectado hacia al. menos un elemento inductivo tal que el ángulo de fase corriente-voltaj e es cercano a cero. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La modalidad preferida, no limitante de la invención se describirá a manera de ejemplo con referencia a las figuras anexas , en las cuales : La Figura 1 muestra un diagrama eléctrico simplificado del dispositivo de sellado por inducción el cual puede usarse para producir envases de productos alimenticios vertibles ; La Figura 2 muestra una porción del dispositivo de la Figura 1 con más detalle; La Figura 3 muestra una variación del dispositivo de la Figura 1. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El número 1 en la Figura 1 indica de manera integral el dispositivo de sellado por inducción el cual puede usarse para producir envases de productos alimenticios vertibles; Más específicamente, el dispositivo de sellado 1 comprende un generador 3 para generar la señal de energía alterna S (8) ; un inductor 4 el cual recibe la señal de energía S (8) ; y el circuito de adaptación 7 para optimizar la transferencia de energía entre el generador 3 y el inductor 4. Más específicamente, el generador 3 puede generar convenientemente la señal de frecuencia media de voltaje variable (por ejemplo sinusoidal) (por ejemplo 530 kHz) con un voltaje pico de alrededor de unos pocos cientos de (por ejemplo 540) volts, puede generar la señal de energía S (8) alterna continua o en pulsos, y proporciona energía máxima (por ejemplo, 2500 watts) cuando el ángulo de fase entre la corriente y el voltaje (ambos medidos a la salida del generador 3 ) es cercano a cero . El inductor 4 se define convenientemente por el bobinado 10 el cual recibe la señal de energía alterna S (8) para generar el campo magnético de pulsos el cual a su vez produce la corriente eléctrica parasística en la hoja de aluminio' 12 que forma parte del tubo vertical 13 (mostrado parcialmente y no a escala) fabricado de trama moldeada apropiadamente de material de envasado laminado. El material de envasado laminado comprende la capa central 15 de material fibroso (por ejemplo papel) cubierta sobre ambos lados con un material plástico para sello con calor 16, por ejemplo polietileno; la hoja de aluminio 12 se interpone entre la capa central 15 de material fibroso y una de las capas de material plástico 15; y la corriente parasística funde localmente el material plástico 16 de dos porciones que se conectan del tubo vertical 13 para sellar el tubo 13 transversalmente . El circuito de adaptación 7 comprende al menos un primer capacitor 20 interpuesto entre la primera y segunda línea eléctrica 21, 22; y el número de capacitores 24, 25, 26, 27 (cuatro en el ejemplo mostrado, pero los cuales pueden obviamente ser de cualquier otro número) conectable/desconectable hacia/desde las líneas eléctricas 21, 22 con base en las señales de control que actúan sobre los ' interruptores respectivos 24a, 25a, 26a, 27a. El capacitor 20 puede definirse convenientemente por el número de capacitores paralelos (por ejemplo tres- no se muestran) , y puede tener convenientemente capacitancia de alrededor de 14-40 nF. Más específicamente, los primeros extremos 21a, 22a de las líneas eléctricas 21, 22 definen la entrada del circuito de adaptación 7, y los segundos extremos 21b, 22b de las líneas eléctricas 21, 22 se conectan hacia las terminales del extremo del bobinado primario 23a del transformador 23 que tiene el bobinado secundario 23b que define la salida del circuito de adaptación 7. El transformador 23 preferiblemente tiene núcleo de ferrita, y bobinados 23a, 23b fabricados de conductores Litz para reducir enormemente pérdidas internas . El circuito de adaptación 7 por lo tanto define el circuito inductivo-capacitivo que comprende el elemento inductivo (definido por el bobinado 23a del transformador 23) paralelo al elemento capacitivo de capacitancia variable el cual se modifica conectando uno o más capacitores 24, 25, 27, 27 paralelo al capacitor 20. De conformidad con la presente invención, el valor de capacitancia del elemento capacitivo se regula tal que el ángulo de fase corriente-volta e es cercano a cero. La capacitancia se regula convenientemente por el circuito de control 30 el cual mide los parámetros (por ejemplo el valor instantáneo del ángulo de fase corriente-voltaje f en la salida del generador 3 y/o la impedancia en la salida del generador 3 , es decir la impedancia de entrada del circuito de adaptación 7) durante el proceso de producción de envase, y determina la capacitancia objetivo C0bj que el elemento de capacitancia debe tener para obtener el ángulo de fase de corriente-voltaj e cercano a cero. La corriente y el voltaje se miden en la salida del generador 3 por un instrumento conocido (no se muestra) el cual mide los valores instantáneos del voltaje V, corriente I, y ángulo de fase f. La señal de control se envía así hacia uno o más interruptores 24a, 25a, 26a, 27a para conectarse con uno o más capacitores 24, 25, 26, 27 paralelos al capacitor 20 y lograr la capacitancia objetivo determinada C0bj · Por lo tanto las variaciones en condiciones de operación varían los parámetros proporcionados al circuito de control 30, el cual abre/cierra la combinación predeterminada de interruptores 24a, 25a, 26a, 27a, tal que la capacitancia total satisface la condición anterior . La Figura 2 muestra una modalidad ejemplificante de uno de los interruptores 24a-27a. Más específicamente, cada uno de los interruptores 24a-27a comprenden un primer y un segundo transistor IGBT 40a, 40b que tienen emisores (E) conectados con cada otro, y colectores (C) conectados respectivamente a la línea eléctrica 21 y a una terminal del extremo del capacitor respectivo 24-27. Las compuertas (G) de los transistores IGBT 40a, 40b se conectan con cada otra por la línea eléctrica 42 la cual, por la vía de la resistencia 44, recibe el comando en voltaje vdc (por ejemplo, 24 volts) definiendo la señal de control para cambiar los transistores IGBT 40a, 40b a encendido/apagado. La resistencia 46 se interpone entre las compuertas (G) y los emisores (E) de transistores IGBT 40a, 40b para descargar la corriente almacenada en los capacitores internos de los transistores IGBT cuando estos están apagados. Un diodo Zener 48 también se interpone entre las compuertas (G) y los emisores (E) de los transistores IGBT 40a, 40b, para limitar el voltaje vge de los transistores IGBT a un valor máximo predeterminado (por ejemplo 16 volts) . Un diodo de recirculación se interpone entre el colector (C) y el emisor (E) de cada transistor IGBT para permitir el flujo de corriente durante la mitad de onda opuesta del flujo directo a través del transistor IGBT (el cual es un dispositivo de un sentido) . Alternativamente, puede usarse un primer y segundo transistor MOS de efecto de campo (MOSFET no se muestra) , con las fuentes (S) conectadas a cada otra, y los drenadores (D) conectados respectivamente a la línea eléctrica 21 y a una terminal del extremo del capacitor respectivo 24-27. En la variante de la Figura 3, el dispositivo 1 también define el elemento inductivo de inductancia variable paralelo para el elemento capacitivo de capacitancia variable. En la modalidad no limitante en la Figura 3 , la inductancia variable se define por el transformador 23 que tiene el bobinado primario 23a con el número de entradas 50 asociadas con las vueltas respectivas y produciendo así, cuando se selecciona, diferentes índices de transformación del transformador 23. Las entradas 50 se conectan selectivamente a las lineas 21 y 22 con base en la señal de control desde el circuito de control 30. Más específicamente, las entradas 50 se seleccionan para alterar la inductancia del circuito de adaptación, tal que la impedancia de entrada del circuito de adaptación 7 (es decir la impedancia "vista" por el generador de señal 3) asume el valor cercano al valor óptimo de impedancia zott (por ejemplo 50 ohms) para maximizar la transferencia de energía desde el generador 3 hacia el inductor 4. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : ?. Dispositivo de sellado por inducción el cual puede usarse para producción de envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente un tubo del material de envasado de hoja que comprende al menos una capa de material que puede calentarse por inducción cubierto con material plástico, y el dispositivo de sellado comprende: - generar medios para generar la señal de energía alterna S (oo) ; - al menos un inductor que recibe la señal de energía alterna S (8) para inducir la corriente eléctrica parasística en la capa y fundir localmente el material plástico para formar el sello transversal; y el circuito de adaptación para lograr la transferencia de energía óptima entre los medios de generación y el inductor; caracterizado porque el circuito de adaptación comprende el circuito inductivo-capacitivo, en el cual al menos un elemento inductivo se conecta hacia al menos un elemento capacitivo de capacitancia variable; la capacitancia del elemento capacitivo siendo ajustable tal que el ángulo de fase corriente- olta e es cercano a cero. 2. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento inductivo y el elemento capacitivo son paralelos uno con otro.
3. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el elemento capacitivo comprende al menos un capacitor principal, y un número de capacitores auxiliares son conectable/desconectable selectivamente al capacitor principal.
4. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque los dispositivos de interrupción se conectan a los capacitores auxiliares respectivos para alternar los capacitores auxiliares respectivos a encendido/apagado .
5. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el dispositivo de interrupción comprende los primer y segundo transistores IGBT que tienen emisores (E) conectados con cada otro, y colectores (C) que se comunican respectivamente con la linea eléctrica que se comunica con el capacitor principal, y con la terminal del extremo del capacitor auxiliar respectivo; las compuertas (G) de los transistores IGBT conectadas con cada otra, y recibiendo el comando de voltaje vdc para cambiar los transistores IGBT a encendido/apagado.
6. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque al menos un transistor se interpone entre las compuertas (G) y los emisores (E) de los transistores IGBT; la resistencia asegurando descarga de la corriente almacenada en los capacitores internos de los transistores IGBT cuando están apagados .
7. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque al menos un diodo Zener se interpone entre la compuerta (G) y el emisor (E) de cada transistor IGBT; el diodo Zener limitando el voltaje vge del transistor IGBT a un valor máximo predeterminado.
8. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento inductivo tiene un valor de inductancia variable; el valor de inductancia siendo regulado tal que la impedancia del circuito de adaptación asume un valor cercano a un valor de impedancia óptimo zott, por ejemplo de 50 ohms, para maximizar la transferencia de energía desde los medios de generación hacia el inductor.
9. Dispositivo de sellado de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el elemento inductivo comprende el transformador que tiene un bobinado primario con un número de entradas asociadas con las vueltas respectivas y produciendo así, cuando se selecciona, diferentes índices de transformación del transformador.
10. Método de sellado por inducción que puede usarse para la producción de envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente un tubo de material de envasado de hoja que comprende al menos una capa de material que puede calentarse por inducción cubierto con material plástico, el método comprende los pasos de: - generar la señal de energía alterna S (8) por medio del generador; - suministrar la señal de energía alterna S {8) hacia al menos un inductor para inducir la corriente eléctrica parasística en la capa y fundir localmente el material plástico para formar el sello tansversal; y -optimizar la transferencia de energía entre el generador y el inductor por medio del circuito de adaptación; caracterizado porque los pasos de optimización comprenden el paso de ajustar la capacitancia de al menos un elemento capacitivo conectado hacia al menos un elemento inductivo tal que el ángulo de fase corriente-voltaje es cercano a cero.
11. Método de sellado de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende el paso de regular el valor de inductancia del elemento inductivo tal que la impedancia vista por el generador asume el valor cercano al valor de impedancia óptimo z0tt, por ejemplo de 50 ohms, para maximizar la transferencia de energía desde el generador hacia el inductor.