NO315083B1

NO315083B1 - Ultralyd-transduseranordning for hygienisk ultralyd- forsegling

Info

Publication number: NO315083B1
Application number: NO19971143A
Authority: NO
Inventors: Stefan Annehed; Hisami Mitsuishi; Erik Schott; Dean C Skonieczny; Par J Svensson
Original assignee: Tetra Laval Holdings & Finance
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1997-03-12
Publication date: 2003-07-07
Also published as: EP0783407A1; BR9509213A; NO971143D0; DE69533805D1; MX9702081A; AU3543895A; FI970986A; DE69533805T2; FI970986A0; WO1996009932A1; NO971143L; EP0783407A4; JP3970924B2; CA2199471A1; AU688135B2; EP0783407B1; US5575884A; JPH10509385A

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt en ultralyd-forseglings- eller -sveisemaskin for hygienisk forbindelse av to varmeforseglbare flater, mer særskilt en slik maskin som har et arrangement for isolering av de hygieniske områder hvor et rent produkt (såsom et næringsmiddel) vil være eksponert mot ikke-hygieniske områder hvor maskineriet er plassert.

Maskineri for pakking av næringsmidler, farmasøytika eller andre produkter må håndteres på en velkjent hygienisk måte. Typisk innbefatter slikt maskineri visse deler, såsom gir, motorer, lagre etc. som må være tilstede i en arbeidende maskin, men som ikke bør eksponeres mot det produkt som skal pakkes hygienisk. Typisk dreier slike bevegede maskinelementer seg om elementer som er vanskelig å rengjøre. Vanligvis er det også ønskelig å kunne hindre kontaminering av de ikke-hygieniske områder med det hygieniske produkt. Det må opprettholdes en barriere mellom maskinens hygieniske og ikke-hygieniske områder for å møte disse krav.

Arbeidet med utforming av en egnet barriere vil være mer komplisert når maskinen har bevegelige deler som regelmessig går frem og tilbake mellom de hygieniske og ikke-hygieniske områder (noe som vanligvis er tilfelle). I en slik situasjon er det kjent at barrieren mellom det hygieniske og ikke-hygieniske område i maskinen innbefatter tetninger, belger, eller andre elementer som tjener til å opprettholde isolasjonen mellom de hygieniske og ikke-hygieniske områder langs de deler av maksineriet som går gjennom barrieren.

En enda mer vanskelig situasjon oppstår når ultralyd-energi overføres fra en generator i maskinens ikke-hygieniske område og inn i det hygieniske område gjennom en barriere mellom de respektive områder. Helt enkelt å anordne en avtetning som stryker av en ultralyd-transduser som rager gjennom en barrierevegg vil ikke være tilstrekkelig. Ultralyd-energien som bæres av transduseren kan raskt ødelegge tetningene og bryte barrieren. Andre tiltak, såsom en belgtetning mellom bevegelige deler, vil også kunne skades når en av delene bærer ultralyd-energi. En belgtetning som er eksponert mot det hygieniske område vil også være vanskelig å holde ren eller å inspisere med hensyn på integriteten, og kan således være utilfredsstillende med hensyn på bruk i det hygieniske området i en maskin.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en ultralyd-transduseranordning for hygienisk ultralydforsegling som angitt i innledningen til de medfølgende kravene 1 til S. Anordningen er således kjennetegnet ved de karakteriserende trekk som angitt i det selvstendige krav 1. Foretrukne trekk ved ultralydtransduseranordningen ifølge opprinnelsen fremgår av de medfølgende uselvstendige kravene 2-5.

Det kreves beskyttelse for en ultralyd-transduseranordning for hygienisk ultralyd-forsegling. Anordningen innbefatter et hygienisk forseglingsområde som må holdes rent for å beskytte eksponerte næringsmidler, og et ikke-hygienisk område hvor nærings-middelet ikke vil være eksponert. Disse områder er skilt fra hverandre med en barrierevegg. Barriereveggen har en åpning som muliggjør at en ultralyd-omformer kan bevege seg frem og tilbake (resiproserende) gjennom åpningen.

Ultralyd-omformeren vibreres med en ultralydfrekvens av maskineri anordnet i maskinens ikke-hygieniske område og sender disse vibrasjoner til maskinens hygieniske område. Omformeren har et null-område hvor omformeren vibreres i hovedsaken minimalt, og har andre områder som vibreres mer kraftig.

En i hovedsaken sylindrisk tetningsflate er fiksert i forhold til et første element. Dette første element kan enten være kanten til hullet gjennom barriereveggen eller transduserens null-område. Tetningsflaten vender mot et andre element som vil være hullkanten dersom det første element er null-området, eller vice versa. En pakning er montert på det andre element. Denne pakning avstryker den i hovedsaken sylindriske tetningsflate når omformeren beveges frem og tilbake.

Et trekk ved foreliggende maskin er at bare transduserens null-område er i kontakt med barrieren, selv om null-området beveger seg sammen med transduseren og således ikke har en fiksert plassering relativt barrieren. Det overføres bare en meget liten ultralyd-energi gjennom nullområdet, slik at barrieren i overveiende grad vil være isolert relativt den ultralyd-energi som overføres gjennom barrieren. Således vil ultralyd-energien ha liten eller ingen innvirkning på barrierens integritet.

Et annet trekk ved foreliggende maskin er at den er lett å rengjøre, fordi det ikke kreves noen komplekse flater (såsom veggen i en belgledning) for opprettholdelse av en barriere.

Fig. 1 viser et perspektivriss av en kartong-forseglingsmaskin,

fig. 2 viser et snitt gjennom maskinen i fig. 1,

fig. 3 viser et sideriss etter linjen 3-3 i fig. 1, med overliggende struktur fjernet for oversiktens skyld,

fig. 4 viser et gjennomskåret perspektivriss av trekkbjelken, trekkstangen, og det pneumatiske spennelement i ambolt-drivanordningen,

fig. 5 viser et delsnitt gjennom spennelementet, etter linjen 5-5 i fig. 4,

fig 6 viser et skjematisk riss etter linjen 6-6 i fig. 1, med en ambolt og et forseglingshom i innbyrdes anlegg i en forseglingsstilling,

fig. 7 viser et riss som i fig. 6, med ambolten og forseglingshornet i respektive åpne stillinger og med en beholder-lukkegavl anordnet mellom dem,

flg. 8 viser et riss som i fig. 7 og viser ambolten og forseglingshornet i respektive lukkede stillinger, i anlegg mot gavlen,

fig. 9 viser et snitt etter linjen 9-9 i fig. 1, og viser hvordan maskinens hygieniske og ikke-hygieniske områder holdes adskilt der hvor ultralyd-forsegleren går gjennom isolasjonsveggen,

fig. 10 viser et mer detaljert perspektivriss av amboltbjelken i fig. 1.

fig. 11 viser et snitt gjennom en av de i fig. 10 viste ambolter, tatt parallelt med en av hovedsideflatene,

fig. 12,13 og 14 viser respektive plottediagrammer for akselerasjon, hastighet og stilling av kamdriften ifølge utførelsen i fig. 1-11 for forsegling av toppforseglingen i en gavltopp-beholder,

fig. 15-17 viser plottinger som i fig. 12-14 i forbindelse med forsegling av en bunn-forsegling i en beholder med gavlbunn.

Selv om et eller flere foretrukne utførelseseksempler skal beskrives er det underforstått at kravene ikke er begrenset til disse. Tvert i mot, kravene skal tolkes slik at de innbefatter samtlige alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter innenfor kravenes ramme.

I fig. 1 er det vist en kartongforsegler 20 som er en modul i en kartong-fylle- og

-forseglingsmaskin, eksempelvis som beskrevet i US 5 448 812. En fylle- og forseglingsmaskin av denne type har to slike moduler, en for forsegling av bunnfinnen 22 (vist i fig. 2) på hver kartong, såsom 24 før kartongen fylles, og en annen for forsegling av toppfinnen til kartongen 24 (som vil være lokalisert ved brettelinjen 26 i fig. 2 etter at topplukkingen er

brettet sammen). Toppfinnen 26 forsegles etter at kartongen er fylt.

Hvert lukke 22,26 i kartongen 24 har en første side 28 som vender mot ambolter såsom 32, og en andre side 30 som vender mot ultralyd-forseglingshorn såsom 34 når kartongen 24, og mer særskilt et lukke såsom 22 i kartongen 24, er plassert i en lukkeforseglingsstilling. Et typisk lukke som kan forsegles ifølge foreliggende maskin er et gavltopp- eller bunnlukke for en næringsmiddelkartong.

Kartongen 24 forsegles på følgende måte, se fig. 2. Først føres kartongen, som på forhånd er brettet til omtrentlig sluttform ved hjelp av her ikke vist utstyr, frem slik at bunnfinnen 22 befinner seg i en lukkeforseglingstilstand. Bunnfinnen forsegles så ved at ambolten 32 og forseglingshornet 34 føres sammen og klemmer sammen lukket 22, som vist i fig. 8. Forseglingshornet 34 varmer opp bunnfinnen 22 og bevirker en varmeforsegling av elementene. Lukket 22 frigjøres så. Etter at ambolten 32 og forseglingshornet 34 er ført fra hverandre, overføres bunnfinnen 22 i motsatt retning slik at kartongen 24 fjernes fra kartongforsegleren 20 og kan gå videre til en ikke vist fyllestasjon.

Av fig. 1 går det frem at forsegleren 20, som er én utførelsesform, innbefatter en ambolt 32, et ultralyd-forseglingshorn 34, en amboltdrift 36, en horndrift 38, og spennelementer 40 og 41.

I utførelseseksempelet er det åtte ambolter 32 og 42-54, slik at åtte kartonger kan forsegles samtidig med en enkelt resiproserende slagbevegelse av de sammenstilte ambolter. De åtte ambolter 32,42-54 er montert på en amboltbjelke 56. Amboltbjeiken 56 er anordnet for bevegelse frem og tilbake på en resiprositerende måte, slik at hver ambolt såsom 32 kan beveges frem og tilbake mellom en åpen stilling (best vist i fig. 1 og 7) som muliggjør at en kartong kan passere, og en lukket stilling (best vist i fig. 8) for anlegg mot en første side 28 i et lukke (såsom bunnfinnen 22) i lukkeforseglingsstill-ingen.

En rektangulær amboltramme 58 dannes av amboltbj eiken 56, trekkstengene 60 og 62 og en trekkbjelke 64. Trekkstengene 60 og 62 er fastboltet til føtter 66 og 68 på amboltbj eiken 56. Detaljer vedrørende fastgjøringen er best vist i fig. 2. Trekkstengene 60 og 62 er operativt forbundet med trekkbjelken 64 ved hjelp av spennelementene 40 og 41. Detaljer vedrørende denne forbindelse er gitt nedenfor.

Trekkstangen 60 er opplagret for resiproserende bevegelse relativt rammen 70 i kartongforsegleren 20 i glidelagerne 72 og 74 (som er vist i fig. 2), og trekkstangen 62 er opplagret for resiproserende bevegelse relativt rammen 70 i kartongforsegleren 20 ved hjelp av glidelagre 76 og 78.

Som vist i fig. 1 og 2 kan glidelageme 72 og 76 være identiske. Hvert lager utgjøres av en bøssing såsom 80, utformet i ett med rammen 70 og forsynt med en i hovedsaken sylindrisk boring 82 som i de respektive ender begrenses av holderinger 84 og 86. En glidering 84 er festet til den tilhørende trekkstang såsom 62 og er glidbar mellom begrensninger som dannes av holderingene 84 og 86 i boringen 82.

Holdehngene 84 og 86 i denne utførelsen danner også avstrykningspakninger som bidrar til å isolere det ikke-hygieniske areale i hovedsaken mot høyre (i fig. 2) side av isolasjonsveggen 88, hvor drivmaskineriet er plassert, relativt det hygieniske område som i hovedsaken befinner seg til venstre for isolasjonsveggen 88, hvor kartongene fylles og pakkes. Dette tiltak er ønskelig fordi trekkstengene 60 og 62 resiproserer gjennom bøssingen 80. Ved å tilveiebringe pakninger i hver ende av boringen 82 oppnås at suksessive resiproserende bevegelser av trekkstengene ikke vil bringe smøremidler eller andre fremmedmaterialer inn i eller gjennom boringene 82 i fra høyre mot venstre (som sett i fig. 2). Det er også viktig å hindre fremmede materialer såsom næringsmiddelrester eller kartongrester, i å gå fra venstre mot høyre, inn i eller gjennom boringene 82. Slik hindring oppnås med utførelseseksempelet.

I dette utførelseseksempel er glidelageme 74 og 78 anordnet inne i det ikke-hygieniske område til høyre for isolasjonsveggen 88 i fig. 2, og et andre par holderinger såsom 84 og 86 er derfor ikke nødvendig her. Her er det derfor tilstrekkelig å benytte glidelagre 74 og 78 uten avstrykerpakninger for styring av bevegelsen til trekkstengene 60 og 62 på en nøyaktig måte aksialt i lengderetningen.

En amboltdrift 36 er anordnet for bevegelse av trekkbjelken 64, og således for bevegelse av amboltbjelken 56 og de tilknyttede ambolter 32 og 42-54, frem og tilbake mellom de respektive åpne og lukkede stillinger.

Driften for fremføring av amboltene 32 og 42-54 til deres lukkede stillinger virker på en i hovedsaken homrettet side av amboltrammen 58, og virker i dette utførelseseksempel mot den hornrettede side 90 av trekkbjelken 64. Den hornrettede trekkbjelkeside har fremadgående kamfølgere, her ruller 92 og 93, og tilbakegående kamfølgere, her ruller 94 og 95 (95 er bare vist stiplet i fig. 3), og disse kamfølgeme drives av kammer 96 og

98. Da de to kamdriftene er like, skal bare en beskrives nærmere.

Kaminen 98 har en ambolt-fremskyvende overflate 100 for bevegelse av amboltene mot deres lukkede stilling og har også en ambolt-tilbaketrekkende overflate 102, best vist i fig. 2 og 3, for bevegelse av amboltene mot deres åpne stilling.

Kammene 96 og 98 er dreibart montert på tapper. Her er det kamakslene 104 og 106 (som alternativt kan være de respektive ender av en enkelt aksel) opplagret i rotasjons-lagre (ikke vist) som definerer disse tapper. Kamakslene 104 og 106 drives av en servomotor 108 over en girutveksling i en girboks 110, for notering av kammene 96 og 98 om tappene. Servomotoren eller girutvekslingen kan benyttes for regulering av kamrota-sjonshastigheten på ulike steder av bevegelsen, relativt kamoverflateprofilen, slik at det dreiemoment som kreves av servomotoren ikke overskrider dens kapasitet, særlig når endringen i kamradius er brå. Forseglingsprofilen til kamstilling, hastighet og akselerasjon kan også endres fjernstyrt etter behov ved å endre servomotorens stilling, hastighet og akselerasjonsprofil. Typiske profiler er beskrevet nedenfor i forbindelse med fig. 12-17.

Den i fig. 2 og 3 viste kam 98 befinner seg i en utgangsstilling i hvilken amboltene 32 og 42-56 er i helt åpen stilling. Kammen 98 drives først med urviseren ca. 160° ved hjelp av servomotoren 108, slik at derved radien ril den del av kamoverflaten 100 som går mot kamfølgeren 94 øker. I fig. 1 ser man at bevegelsen til kammen 98 vil skyve kamfølgeren 94 og dermed trekkbjelken 64, trekkstengene 60 og 62 og amboltbjelken 56, oppover mot deres respektive lukkede stillinger.

Når en forsegling er ferdig og amboltene 32 og 42-54 trekkes tilbake til den åpne stilling, drives kammen 98 mot urviseren og til startstillingen. Den ambolt-tilbaketrekkende overflate 102 på kammen 98 går mot kamfølgeren 95, og radien til den del av kamoverflaten 102 som har kontakt med kamfølgeren 35, avtar. Denne motrotasjon av kammen 98 bevirker at trekkbjelken 64, trekkstengene 60 og 62 og amboltbjelken 56 trekkes nedover (som vist i fig. 1) mot deres åpne stillinger.

I utførelseseksempelet er det fire ultralyd-forseglingshorn eller transdusere 34 og 112-114-116. Hver av disse er bred nok til å gå mot to ambolter, slik at åtte kartonger kan forsegles samtidig med en enkel resiproserende slagbevegelse av de sammenstilte forseglingshorn. De fire forseglingshorn 34 og 112-114-116 er montert i en bro 118. Broen 118 er anordnet for bevegelse frem og tilbake mellom en åpen stilling (best vist i fig. 1 og 7) som tillater at en kartong kan passere, og en lukket stilling (best vist i fig. 8) for anlegg mot den andre siden 30 til et lukke (såsom bunnfinnen 22) anordnet i lukke-forseglingsstillingen.

Broen 118 har integrerte bøssinger 120 og 122 som er glidbart opplagret på trekkstengene 60 og 62, slik at det dannes glidelagre. Dette arrangement muliggjør en nøyaktig innbyrdes plassering av forseglingshornene og amboltene under slagbeveg-elsene. Ultralyd-utstyret som innbefatter forseglingshornene 34,112,114 og 116, innbefatter også ultralyd-omformere eller transdusere og ultralyd-generatorer, utstyr som ikke er vist. Ultralyd-utstyret er montert på broen 118.

En kambetjent horndrift 38 tjener til å bevege broen 118 frem og tilbake mellom åpen og lukket stilling. Kammene 96 og 98 har en respektiv horndrivende kamoverflate, såsom overflaten 124 i fig. 2, og en horn-tilbaketrekkende kamoverflate, såsom overflaten 126 i fig. 2. Disse kamoverflater er utformet hovedsakelig motsatt, men med samme form som de amboltdrivende og -tilbaketrekkende overflater, slik at amboltene og forseglingshornene beveger seg motsatt hverandre når kammene roterer.

Kammene 96 og 98 driver de respektive drivkamfølgere 128 og 130 som er festet til broen 118 og følger de horndrivende ytre overflater 124 på kammene 96 og 98. En rotasjon av kammene 96 og 98 med urviseren vil som nevnt medføre en gradvis øking av den radius som kamfølgerne 128 og 130 følger. Derved drives broen 118 og forseglingshornene 34 og 112-116 nedover (som vist i fig. 1) mot den lukkede stilling.

De respektive kammer 96 og 98 drives kamfølerne 132 og 134, som er festet til broen 118 og følger kammenes horn-tilbaketrekkende indre overflater 126. En rotasjon av kammene 96 og 98 mot urviseren som beskrevet foran vil redusere den radius som følges av kamfølgerne 132 og 134, hvorved broen 118 og forseglingshornene 34 og 112-116 drives oppover (som vist i fig. 1) mot den åpne stilling.

Et trekk ved foreliggende maskin er således at både ambolten og forseglingshornet er bevegbare koordinert ved hjelp av de samme kammer, slik at det brukes samme akselerasjon-, hastighet- og stillingsprofiler, slik at et lukke anordnet i senteret av en kartong kan påvirkes uten å bevege kartongen sideveis. Hverken forseglingshornet eller ambolten vil komme frem for tidlig eller for sent, fordi de to drives i innbyrdes samvirke. Derfor kan kartongen støttes på en sikker måte slik at den ikke beveges sideveis, og kartongstillingen krever derfor ingen justering for tilpassing til endringer av hornenes og amboltenes lukkede stilling.

En annen fordel med det viste arrangement er at amboltdriften og horndriften er plassert på samme side av forseglingsarealet, istedenfor på motsatte sider. Det kreves derfor bare en isolasjonsvegg 88 på en side av forseglingsarealet, slik at forseglingsoperasjonen lett kan inspiseres fra den maskinsiden, mens operasjonen til maskinens ikke-hygieniske del kan observeres fra den andre siden av den ene isolasjonsvegg. Forseglingsinnretningen, som er plassert i ett område og som benytter flerfunksjonskammer, har også en minimumbredde, noe som er ønskelig ut i fra behovet for å minimalisere bredden til forseglingslinjen.

Spennelementet 40 - som kan ses på som en pute eller fjær - er innkoplet mellom enten ambolten eller hornet og driften (eller mellom hvert av disse elementer og driften, i en alternativ utførelse). Spennelementet begrenser forseglingstrykket som utvikles mellom ambolten og hornet til en bestemt maksimalverdi. Denne forutbestemte verdi er det trykk som utøves av spennelementet. Dette hindrer at ambolten og hornet griper lukket for kraftig med fare for skade av lukket eller forseglingsmaskinen, og kompenserer også for små unøyaktigheter i amboltens eller hornets stilling, uten å øke eller redusere forseglingskraften. Spennkraften kan også fjeminnstilles, uten å stoppe maskinen, ved å bruke en ekstern tilførbar pneumatisk kraft som spennelement.

I foreliggende utførelse kopler spennelementene 40 og 41 amboltene, såsom 32, til kamdriften. Som vist i fig. 4 og 5 er spennelementene 40 og 41 identiske pneumatiske ledd. Fjærer eller andre ettergivende koplinger kan også benyttes, men pneumatiske ledd har visse fordeler som vil bli beskrevet nærmere nedenfor. For oversiktens skyld skal bare spennelementet 40 beskrives her.

Spennelementet 40 har en boring 140 hvori det er anordnet et glidestempel 142. Sylinder- og stempelflatene 144 og 146 og boringen 140 begrenser et i hovedsaken lukket rom 148. Stempelet 142 er festet til enden av trekkstangen 62 ved hjelp av muttere 150 og 152 som er skrudd på trekkstangens 62 forlengelse 154. Boringen 140 er utformet i en integrert del av trekkbjelken 64.

Rommet 148 trykksettes gjennom port 156 og en trykkregulator 158 fra en trykkgass-kilde 160. En fjernstyring 162 kan benyttes for endring av regulatorens 158 trykk-innstillingspunkt, for på den måten å kunne nedre trykket i rommet 148. Gasstrykket i rommet 148 vil presse stempelflaten 146 mot høyre i forhold til sylinderflaten 144, slik at stempelet vil befinne seg over eller foran flaten 144 og således trykke trekkstengene 62 og amboltbjelken 56 mot deres respektive lukkede stillinger.

Avstanden mellom stempelet 142 og sylinderflaten 144 kan styres ved å fange stempelet 142.1 utførelsen i fig. 5 har stempelet 142 en flens 164 som fanger opp stempelet i sylinderboringen 140.

Når trekkbjelken 64 og amboltene, såsom 32, er i de lukkede stillinger vil kartonglukket som skal forsegles ligge an mot amboltene, hvorved flensen 164 holdes i en avstand fra stoppflaten. På dette tidspunkt er det gassputen i rommet 148 som utøver den kraft som anbolten utøver mot lukket og det motstilte forseglingshorn. Denne forseglingskraft vil være produktet av gasstrykket i rommet 148 og det effektive areal til flaten 144. En spesifikk kraft på rundt 15.000 N antas i denne utførelse, men i gitte situasjoner kan trykket være høyere eller lavere.

En fordel med den viste utførelse er at forseglingskraften som amboltene utøver vil være reproduserbar, til tross for mindre forskjeller i tykkelsen eller ettergivenheten til finnene 22 (dette kan f.eks. skyldes tilfeldig tilstedeværelse av små produktmengder i foldene eller brettene til finnen 22). En annen fordel er at ambolttrykket, fordi det er likt gasstrykket i rommet 148, kan endres ved å endre gasstrykket. Gasstrykket kan lett endres på fjernstyrt måte.

Nok en fordel med foreliggende arrangement kan realiseres ved å tilveiebringe en kommunikasjon mellom de respektive rom 148 i to eller flere spennelementer såsom 40 og 41. Dette muliggjør på en pålitelig måte utøvelse av like spenntrykk til en hver tid med to spennelementer som er forbundet med samme trekkstenger 62 eller andre maskinelementer. En slik forbindelse er vist skjematisk i fig. 1.

I fig. I og 9 er det vist et arrangement for tetting mellom en ultralyd-vibrasjonsomformer 186 og isolasjonsveggen 88. Isolasjonsveggen skiller det ikke-hygieniske område (til venstre for veggen 88 i fig. 9) fra det hygieniske område (til høyre for veggen 88 i fig. 9). Dette område må være avtettet fordi omformeren 186, som er festet til forseglingshornet 112, resiproserer mellom åpen og lukket stilling når broen 118 beveger seg. Det er viktig å hindre at fremmedmateriale kan gå den ene eller andre vei gjennom isolasjonsveggen 88 når omformeren 186 går frem og tilbake og vibrerer. Den nødvendige barriere oppnås som vist i fig. 9. Isolasjonsveggen 88 har en åpning med en kant 188. En ultralyd-omformer 186 er plassert i åpningen 188 og går frem og tilbake i åpningen langs aksen 190. Omformeren 186 vibrerer med en ultralydfrekvens med utstyr anordnet i det ikke-hygieniske område. Omformeren 186 har et null-areal eller knutepunkt 192 hvor omformervibreringen er i hovedsaken minimal. (Ultralyd-bølgene er stående bølger som forplanter seg langs aksen 190, slik at omformeren 160 vil ha et eller flere knutepunkter. Hvert av disse er anordnet i hovedsaken i et plan perpendikulært på aksen 190, hvor den lokale vibrasjonsamplitude er meget liten sammenlignet med den maksimale amplitude).

En i hovedsaken sylindrisk tetningsflate 194 på en hylse 196 er fast i forhold til et første element som kan være åpningskanten eller null-området. Her er hylsen festet til et foroverragende skjørt 198 som går ut fra null-området 192. Skjørtet vil på en virknings-full måte forskyve null-området forover, noe som er viktig fordi omformeren da ikke overfører noen vesentlig ultralydenergi til hylsen 196, noe som eventuelt ville kunne skade eller smelte den nedenfor beskrevne pakning.

Tetningsflaten 194 er rettet mot et andre element som kan være åpningskanten eller null-området.

Et steg 200 i hylsen 196 er eksempelvis ved hjelp av sveising forbundet med skjørtet 198. Steget 200 danner en barriere mellom tetningsflaten 194 og null-området 192, slik at fremmedstoffer hindres i å passere gjennom hylsen 196. Avtettingen mellom omformeren 186 og åpningen 188 skjer ved hjelp av en avstrykningspakning 202 som er montert i åpningen og som avstryker den i hovedsaken sylindriske tetningsflate 194 når omformeren 186 beveger seg frem og tilbake.

Man vil forstå at denne anordnings deler kan plasseres på annen måte. Således kan eksempelvis pakningen 202 være montert på null-området 192 mens hylsen da er montert i åpningen 188, for oppnåelse av samme virkning.

Fig. 1,10 og 11 viser visse fordelaktige detaljer vedrørende amboltene 32,42,54 og deres montering på amboltbjelken 56. Hver ambolt er tilknyttet på identisk måte slik at her bare ambolten 32 og dens montering skal beskrives.

Ambolten 32 sitter på et oppbakkingselement, her amboltbjelken 56, som strekker seg i hovedsaken perpendikulært på aksen 210. Amboltbjelken er beregnet til å bevege seg i hovedsaken langs aksen 210, mellom en åpen og en lukket stilling relativt transduseren eller forseglingshornet 34 (vist i fig. 7), som foran beskrevet. Amboltbjelken har en plan monteringsflate 208 hvor amboltene såsom 32 er boltet fast.

Amboltbjelken 56 har en sylindrisk krummet frontflate 212 som er motsatt den tilsvarende transduser 34 og danner en bue av en sirkel med et krumningssente 214. Den ligger hovedsakelig i et plan gjennom aksen 210 (her papirplanet i fig. 11). Dette plan er valgt fordi det foreligger et behov for å kunne svingejustere ambolten i dette plan. Sirkelen som definerer innstillingsplanet kan også ligge i et plan som krysser papirplanet i fig. 11 dersom det er ønskelig med innstillingsmuligheter i andre plan. Alternativt kan den krummede flate 212 være en sfærisk krummet flate som vil muliggjøre universell orienteringsinnstilling av ambolten 32 om senteret 214. Flaten 212 er vist som en konkav flate, men kan også være en konveks flate.

Idet det særlig vises til flg. 11 ser man at ambolten 32 innbefatter en amboltpute 216, et frontelement 218, en ettergivende pute 220 og rørkuplinger 222 og 224, som alle er forbundne med hverandre på egnet måte. Festeskruer 226 og 228 er skrudd inn i hull 230 og 232 for fastklemming av ambolten 32 på monteringsflaten 208.

Ambolten 32 har en komplekst utformet frontflate 234, best vist i fig. 7 og 8, for kontakt med et arbeidsstykke, og en krummet bakside 236 som er i hovedsaken komplementær med og vanligvis ligger an mot den krummede frontflate 212. Som brukt her skal uttrykket "komplementær" for flatepar bety en konveks og konkav flate som har et i hovedsaken felles krumingssenter og danner sirkelbuer som ligger i samme plan.

Festehullene 230 og 232 er vesentlig større enn skaftene til festeskruene 226 og 228, men trangere enn hodene på festeskruene 226,228. Hodene kan alternativt være mindre og skiver kan være innlagt mellom festeskruehodene og den del av amboltputen 216 som festeskruehodene ellers ville ligge direkte an mot. Den vesentlig større utforming av festehullene 230 og 232 relativt festeskruene 226 og 228, best vist i fig. 11, gjør det mulig at ambolten 32 kan svinge om senteret 214 i det minste så meget som ønskelig for å kunne stille inn amboltens 32 orientering relativt amboltbjelken 56.

Festskruene 226 og 228 er skrudd inn i tilsvarende gjengeboringer i monteringsflaten 208. Alternativt kan skruene 226 og 228 gå gjennom større hull i monteringsflaten 208 og være skrudd inn i tilsvarende gjengeboringer i amboltputen 216.

Festeskruene 226 og 228 har fastgjøringsstillinger for sammenfesting av amboltputen 216 og amboltbjelken 56, hvilke stillinger nås ved å skru skruene 226 og 228 så langt inn i monteringsflaten 208 at amboltputen 216 klemmes mot monteringsflaten 208. Festeskruene 226 og 228 har en innstillings-stilling for å muliggjøre at amboltputen kan dreie seg om senteret 214 relativt amboltbjelken 46 for derved å kunne innrette ambolten 32 relativt forseglingshornet 34 (fig. 1). Innstillings-stillingen nås ved at skruene 226 og 228 løsnes tilstrekkelig til at amboltputen 216 kan svingebevege seg i forhold til monteringsflaten 208. Fig. 10 viser at amboltene 32,42-54 er uavhengig montert på monteringsflaten 208 som foran beskrevet, slik at de kan svinge uavhengig av hverandre om de respektive krumningssentre, såsom senteret 214 for amboltputen 216.

Det skal nå vises til fig. 6-8 og 11. Amboltene, såsom 32, og transduserne, såsom 34, i ultralyd-forseglingsanordningen 20 kan lett innrettes før begynnelsen av et arbeidsforløp. Festemidlene såsom 226 og 228 for samtlige ambolter 32,42-54 skrus først ut til innstillings-stillingene. Nå kan man etablere den nominelle kontakt mellom amboltene og forseglingshornene ved å føre dem sammen under et lett trykk, slik at de far kontakt i en nominell lukkestilling, som vist i fig. 6. Kontakten mellom forseglingshornene og amboltene bevirker at amboltene kan forskyve seg om sine sentre 214, slik at amboltene orienteres til nøyaktig parallelle stillinger relativt de korresponderende forseglingshorn 34. Festemidlene kan så tiltrekkes for holding av den innstilte stilling. Så snart den nominelle orientering av ambolten er etablert kan amboltene og transduserne føres fra hverandre.

Etter, eller istedenfor innstillingen av amboltene om senterne 214, med lett lukketrykk og uten tilstedeværelsen av en kartong, kan tykkelsesmaler som representerer arbeids-stykkene klemmes inn mellom den respektive ambolt og transduser, som i fig. 7. Disse malene kan eksempelvis helt enkelt være toppfinnen 26 eller bunnfinnen 28 i kartonger av den type som skal forsegles. Festemidlene 226 og 228 kan skrus ut, hvis de ikke allerede er skrudd litt ut. Tykkelsesmalene 26 eller 28 kan klemmes mellom amboltene 32 og transduserne eller forseglingshornene 34 under utnyttelse av fullt forseglingstrykk, dvs. det trykk som beregnes brukt under selve forseglingen, se fig. 8. Lukkekraften vil presse den eller de amboltputer som eventuelt er ute av innretting til riktig stilling, idet de svinger om senterne 214. Festemidlene 226 og 228 kan så strammes til for fastholding av den oppnådde innstilling. Mellom flatene 212 og 236 kan det for sidejustering legges inn små justeirngsplater 237.

Amboltene mottar noe av ultralydenergien fra transduserne eller forseglingshornene når kartongene forsegles. For å hindre for sterk oppvarming av amboltene kan de være kjølt. For å muliggjøre dette kan kjølevann føres gjennom amboltene for kjøling av dem. Som vist i fig. 10 og 11 har hver ambolt et innvendig vannløp 240 mellom innløps- og utløpskuplingene 222 og 224.

Fig. 10 viser at vann kan tas fra en vannkilde 242, som kan være en offentlig vann-ledning. Vannet kan eventuelt steriliseres slik at det ikke kan kontaminere maskinens hygieniske del i tilfelle av en lekkasje. Vann fra kilden 242 går til ambolten 54 gjennom en fleksibel slange 244. Slangen 244 er lang nok og anordnet på en slik måte at den kan følge den frem og tilbakegående bevegelsen til amboltbjelken 56.

Slangen 244 er tredd på nippelen eller kuplingen 246 for derved å føre kjølevann inn i de innvendige løp i ambolten 54. Kjølevannet går ut gjennom utløpsnippelen 248 på ambolten 54 via et overspenningsrør 250 som fører vannet til innløpsnippelen 252 i den neste ambolt, her ambolten 52. Tilsvarende sørger rørene 254-264 for at kjølevannet går suksessivt gjennom de respektive ambolter.

Til slutt går kjølevannet ut fra den siste ambolt 32 gjennom en utløpsslange 266 og til en drenering 268. Utløpsslangen 266 er fleksibel og har en tilstrekkelig lengde og er lagt slik at den kan følge bevegelsen til amboltbjelken 56. Selvfølgelig kan dreneringen 268 utelates, idet vannet da kjøles og føres tilbake til kilden 242, hvis så ønskes, noe som særlig er aktuelt dersom vannet er behandlet med relativt dyre steriliseringsmidler.

En utførelse av kjølesystemet er vist nærmere i fig. 11. Den ettergivende pute 220, vanligvis av gummi, vil ultralyd- og varmeisolere amboltens frontelement 218 relativt amboltputen 216. Fordi frontelementet 218 er isolert kan kjølesystemet begrenses til frontelementet 218.

For å hindre at eksterne slanger og kuplinger ødelegges eller arbeider seg løs, er de alle montert på amboltene bak de ettergivende puter 220. Rørene/slangene og kuplingene vil derfor være isolert relativt ultralyd-energien. Det indre vannløp 240 har et avsnitt 270 som går gjennom den ettergivende pute 220 og fører vannet fra en innløpsnippel 222 bak puten 220 til et kjøleområde i fronten av puten 220. Det indre vannløp 240 har et annet avsnitt 272 som går gjennom puten 220 og til utløpsnippelen 224 bak puten 220. Den ettergivende pute 220 virker som en pakning mellom puten 216 og frontelementet 218.

Det foran beskrevne utstyr kan benyttes i en pakkemaskin såsom den som er beskrevet i US-patentsøknad 08/190,546,2/2-1994, hvis innhold anses å inngå i denne søknad. Utstyret kan drives med en servomotor og tilhørende styresystem såsom vist i US-patentsøknad 08/315,414 "Control System for a Packaging Machine", innlevert på samme dag som foreliggende søknad og hvis innhold anses som en del av foreliggende søknad.

Når ultralyd-forsegleren benyttes for forsegling av bunnen til en gavltopp-kartong i en pakkemaskin, eksempelvis som vist i US-patentsøknad 08/190,546, kan den styres med det styresystem som er vist i US-patentsøknad 08/315,414, med de bevegelsesprofiler som er vist i foreliggende søknads fig. 15-17. Fig. 15-17 viser eksempler på akselerasjons-, hastighet- og stillingsprofiler for en enkelt forseglingssyklus.

Bevegelsesprofilen kan innbefatte to bevegelser. Den første motorbevegelse, som finner sted mellom ca. 0,2 sekunder og 0,6 sekunder inn i syklusen, roterer kammene for lukking av forseglingsbakkene. Den første motorbevegelse begynner med et forsprang tilstrekkelig til å sikre at bakkene får kontakt med kartongbunnene like etter at kartongbunnene har nådd inn i bakkeplanet. Den andre motorbevegelse, som finner sted mellom ca. 1.3 og ca. 1,6 sekunder inn i syklusen, vil rotere kammene slik at forseglingsbakkene åpner seg. For hver bevegelse brukes 15% av tiden til akselerering, 70% av tiden til en konstant hastighet, og 15% av tiden til nedbremsing. Kammene er utformet til å bevege bakkene under konstant hastighet-delen av bevegelsen for således å unngå muligheten av adderingen av det for bakkebevegelsen nødvendige moment til det moment som kreves for å akselerere kammene.

Hver del av profilen er i utgangspunktet en 15%, 70%, 15% trapesoidal hastighetsprofil. Under akselereringen (eller bremsingen) brukes imidlertid 20% av akselerasjonstiden til en oppkjøring opp til konstant akselerasjon, mens 20% av akselerasjonstiden brukes til en nedkjøring til null akselerasjon. Akselerasjonsendringene bidrar til å hindre slag i mekanismen.

Når ultralyd-forseglingspressen benyttes som toppforsegler kan den beveges i samsvar med de bevegelsesprofiler som er vist i fig. 12-14. Bevegelsen kan skje i samsvar med to bevegelsestrekk.

Det første er et atypisk bevegelsestrekk som består av tre polynomiale maler. Den første mal, som virker mellom ca. 0,6 og ca. 0,7 sekunder inn i syklusen, roterer kammene slik at bakkene får kontakt med kartongens toppforseglingsområder i hovedsaken samtidig som kartongen kommer inn i bakkenes plan. Kammene når frem til dette punkt med en meget lav hastighet. Den nedre kamhastighet er ønskelig fordi man ønsker at bakke-hastighetene skal være små nok til å gi brettemekanismer, eksempelvis som vist i US-patentsøknad 08/315,400 "Apparatus for Sealing the Fin of a Garbled Carton", innlevert samme dag som foreliggende søknad, tid til å tilforme kartongtoppene slik at det oppnås skikkelig bretting og forsegling. Samtidig er de ønskelig å ha litt større hastighet enn null, slik at den etterfølgende akselerasjon kan gjennomføres uten at man må overvinne statisk friksjon.

Den andre bevegelsesmal, som virker mellom 0,7 sekunder og 0,8 sekunder inn i syklusen, roterer kammene helt til bakkene, og således kartongtoppene, har en innbyrdes avstand på ca. 5 mm. Det er ønskelig at denne bevegelse varer minst 100 msek. for fortsatt å gi tid for virkningen til brettemekanismene og muliggjøre at overskytende luft kan unnslippe fra kartongen. Det er også ønskelig at hastigheten ved slutten av denne andre fase er så lav som mulig samtidig som bakkene fremdeles kan avslutte lukkingen i løpet av de neste 100 msek. i den tredje mal eller fase. Den lave hastighet ved slutten av den andre fase (og således også ved begynnelsen av den tredje fase) er ønskelig for å forlenge luftutslippingstiden så langt inn i den tredje fase som mulig.

Den tredje bevegelsesfase, som ligger mellom ca. 0,8 sek. og 0,9 sek. inn i syklusen, tjener til å bremse så raskt som mulig, for å fullstendiggjøre kamrotasjonen og bakke-lukkingen i de gitte 100 msek.

Den andre bevegelse, som virker mellom ca. 1,3 sek. og ca. 1,6 sek. inn i syklusen, gir en åpning av toppforseglerbakkene og er den samme bevegelse som åpner bunnforseglingsbakkenl. 15% av tiden går med til akselerasjon, 70% brukes for konstant hastighet, og 15% brukes for bremsing. Under akseleringen (eller bremsingen) går 20% av tiden med til å kjøre opp til konstant akselerasjon, mens 20% av tiden går for nedkjøringen til null akselerasjon. Også her benyttes akselerasjonsendringene for å redusere slagbevegelser i mekanismen.

Figurene viser enheter i °, 7sek. og 7sek ?• for kamrotasjonen istedenfor radius eller rotasjonsgrader for motoren. Dette skyldes at motorrotasjonen er direkte proporsjonal med kamrotasjonen og er benyttet fordi kamrotasjonen vil være mer meningsfull for flere folk enn en motorrotasjon vil være.

Claims

1. Ultralyd-transduseranordning (34,112,114,116) for hygienisk ultralyd-forsegling, karakterisert ved at den innbefatter et hygienisk forseglingsområde (til venstre for 88 i fig. 2) og et ikke-hygienisk område (til høyre for 88 i fig. 2), hvilke forseglingsområder er adskilt med en første barriere (88) som har en åpning (82) begrenset av en marginalkant (188), en ultralyd-omformer (186) med et forseglingshorn (112), hvilken ultralydomformer (186) er anordnet i åpningen (82) og går gjennom denne langs en akse (190) og vibreres med en ultralyd-frekvens med maskineri (38) anordnet i det ikke-hygieniske område, hvilken ultralyd-omformer (186) har et null-område (192) hvor ultralyd-omformeren vibreres i hovedsaken minimalt, hvilken ultralyd-omformer (186) resiproseres med forseglingshornet (112) mellom en første stilling i hvilken forseglingshornet (112) er ute av samvirke med en gjenstand som skal forsegles og en andre stilling i hvilken forseglingshornet (112) samvirker med nevnte gjenstand som skal forsegles, en i hovedsaken sylindrisk flate (194) for avtetting av det ikke-hygieniske område mot det hygieniske forseglingsområde, hvilken i hovedsaken sylindriske flate (194) er fast relativt et første element som er marginalkanten (188) eller null-området (192), hvilken sylindriske flate (194) vender mot et andre element som er null-området (192) eller marginalkanten (188), og en pakning (202) som er montert på det andre element og avstryker den i hovedsaken sylindriske flate (194) når den nevnte omformer (186) og forseglingshornet (112) resiproseres mellom de nevnte stillinger, hvorved det hindres en kontaminering av det hygieniske forseglingsområde fra det ikke-hygieniske område.

2. Ultralyd-transduseranordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den i hovedsaken sylindriske flate dannes av en hylse (196).

3. Ultralyd-transduseranordning ifølge 2, karakterisert v e d en andre barriere dannet av et steg (200) som strekker seg mellom hylsen (196) og det nevnte første element.

4. Ultralyd-transduseranordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det nevnte første element er det nevnte null-område (192) og at det nevnte andre element er den nevnte marginalkant (188).

5. Ultralyd-transduseranordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at ultralydomformeren (186) innbefatter et legeme og at det nevnte null-område innbefatter et skjørt (198) som strekker seg i hovedsaken langs den nevnte akse (190) og ut fra legemet.