NO862057L

NO862057L - POWER SUPPLY UNIT FOR HEATING WITH MICROWAVE ENERGY.

Info

Publication number: NO862057L
Application number: NO862057A
Authority: NO
Inventors: Kay Wallin; Ingemar Nilsson; Bengt Jacobson
Original assignee: Sprinter System Ab
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1986-05-23
Publication date: 1986-07-23
Also published as: AU4964085A; JPS62500272A; DK242286D0; SE8404828D0; DK242286A; WO1986002229A1; EP0229758A1; SE443069B

Description

Oppfinnelsen angår en innretning for oppvarming av termoplastmateriale eller termoplastbelagt papirmateriale ved hjelp av mikrobølgeenergi under utnyttelse av de i materialet forekommende, dielektriske tap når dette utsettes for et høyfrekvent, elektrisk felt for generering av varme som kreves i materialet for en etterfølgende forsegling, fortrinnsvis over et langstrakt oppvarmingsområde. The invention relates to a device for heating thermoplastic material or thermoplastic-coated paper material using microwave energy while utilizing the dielectric losses occurring in the material when it is exposed to a high-frequency electric field for the generation of heat that is required in the material for a subsequent seal, preferably over a elongated heating area.

Det er kjent å sammensveise plast, plastbelagt papir eller kartong og liknende ved hjelp av mikrobølgeenergi, idet den for sveisingen nødvendige oppvarming finner sted som følge av de dielektriske tap i det materiale som er beregnet for sveising. Metoden er særlig egnet for tett forsegling av forpakninger som er dannet av termoplast, kartong eller plastbelagt papir, særlig ved en kontinuerlig prosess hvor sveisingen er kontinuerlig eller trinnvis, slik at en langstrakt sveisesøm eller sveiseskjøt ikke til-veiebringes ved sveising av hele sømmen i en operasjon, men gradvis, og eventuelt trinnvis. Mikrobølgesveising er av stor interesse ved forsegling av forpakninger ved påsvei-sing av et lokk, eller eventuelt en overbrettet del, av en i ett stykke dannet forpakning for å oppnå en tett luk-ning . It is known to weld together plastic, plastic-coated paper or cardboard and the like by means of microwave energy, the heating necessary for welding taking place as a result of the dielectric losses in the material intended for welding. The method is particularly suitable for tightly sealing packages made of thermoplastics, cardboard or plastic-coated paper, especially in a continuous process where the welding is continuous or stepwise, so that an elongated welding seam or welding joint is not produced by welding the entire seam in one operation, but gradually, and possibly step by step. Microwave welding is of great interest when sealing packages by welding on a lid, or possibly an overfolded part, of a package formed in one piece to achieve a tight closure.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en innretning av den innledningsvis angitte type som omfatter et forenklet og driftsmessig mer pålitelig system enn de hittil benyttede, og som dessuten er mindre følsomt for forurensninger i oppvarmingsenheten. Det som i hovedsaken utmerker oppfinnelsen, er at innretningen omfatter en kraftforsyningsenhet som er utformet som et separat aggregat og omfatter en mikrobølgeenergigenererende enhet, en oppvarmingsenhet, en energiopptagende enhet og antenner for overføring av mikrobølgeenergi mellom enhetene, idet oppvarmingsenheten danner det langstrakte oppvarmingsområde og i hovedsaken omfatter en langstrakt, hul profil med en likeledes langstrakt sliss i hvilken det termoplastmateriale som skal forsegles, er innrettet til å bevege seg på en forutbestemt avstand fra en langsgående tungeformasjon som er beliggende inne i profilen og innenfor slissen, idet The purpose of the present invention is to provide a device of the type indicated at the outset which comprises a simplified and operationally more reliable system than those used up to now, and which is also less sensitive to contamination in the heating unit. What essentially distinguishes the invention is that the device comprises a power supply unit which is designed as a separate unit and comprises a microwave energy generating unit, a heating unit, an energy absorbing unit and antennas for transmitting microwave energy between the units, the heating unit forming the elongated heating area and in the main comprises an elongate, hollow profile with a similarly elongate slot in which the thermoplastic material to be sealed is arranged to move a predetermined distance from a longitudinal tongue formation located within the profile and within the slot,

Viktig informasjonimportant information

Av arkivmessige grunner har Patentstyret for denne allment tilgjengelige patentsøknad kun tilgjengelig dokumenter som inneholder håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, eller som kan være stemplet "Utgår" eller lignende. Vi har derfor måtte benytte disse dokumentene til skanning for å lage en elektronisk utgave. For archival reasons, the Norwegian Patent Office only has access to documents for this generally available patent application that contain handwritten notes, comments or crossing outs, or that may be stamped "Expired" or the like. We have therefore had to use these documents for scanning to create an electronic edition.

Håndskrevne anmerkninger eller kommentarer har vært en del av saksbehandlingen, og skal ikke benyttes til å tolke innholdet i dokumentet. Handwritten remarks or comments have been part of the proceedings, and must not be used to interpret the content of the document.

Overstrykninger og stemplinger med "Utgår" e.l. indikerer at det under saksbehandlingen er kommet inn nyere dokumenter til erstatning for det tidligere dokumentet. Slik overstrykning eller stempling må ikke forstås slik at den aktuelle delen av dokumentet ikke gjelder. Crossing outs and stampings with "Expired" etc. indicates that newer documents have been received during the proceedings to replace the earlier document. Such crossing out or stamping must not be understood as meaning that the relevant part of the document does not apply.

Vennligst se bort fra håndskrevne anmerkninger, kommentarer eller overstrykninger, samt eventuelle stemplinger med "Utgår" e.l. som har samme betydning. oppvarmingsenheten videre er forsynt med minst to antenner som fortrinnsvis er anordnet ved oppvarmingsenhetens endeområder, for overføring av mikrobølgeenergi som er frembrakt i den mikrobølgeenergigenererende enhet, til de forskjellige enheter, idet ikke-utnyttet mikrobølgeenergi som er overført til oppvarmingsenheten, kan overføres via en antenne ved oppvarmingsenhetens ene endeområde til den energiopptagende enhet, og eventuelt også til den mikrobølgeenergigenererende enhet, dvs. oppvarmingsenheten kan fungere både som resonator og overførings leder for mikrobølger. Please ignore handwritten remarks, comments or crossing outs, as well as any stamps with "Expired" etc. which have the same meaning. the heating unit is further provided with at least two antennas which are preferably arranged at the end areas of the heating unit, for the transmission of microwave energy produced in the microwave energy generating unit to the various units, as unused microwave energy which has been transferred to the heating unit can be transmitted via an antenna at one end area of the heating unit to the energy-absorbing unit, and possibly also to the microwave energy-generating unit, i.e. the heating unit can function both as a resonator and transmission conductor for microwaves.

Ved hjelp av oppfinnelsen oppnås det videre ved hjelp av det forenklede system at sirkulatorer og lange bølgeledere som tidligere var nødvendige, nå kan utelukkes. Det oppnås også en eneste enhet, en pakke, hvor de forskjellige enheter kan orienteres slik at kraftforsyningsenheten mer lettvint vil passe inn i den maskin hvor den skal benyttes. Innretningen ifølge oppfinnelsen er dessuten mindre følsom for forurensende virkninger forårsaket av såkalte serieapplikatorer, særlig da dens feltstyrke kan innstilles for å oppnå den størst.mulige effekt i forhold til overslag i oppvarmingsenheten. Feltstyrken kan reguleres i oppvarmingsenheten ved at en del av energien opptas av den energiopptagende enhet og resten går tilbake til den mikrobølge-energigenererende enhet. Endelig kan mikrobølgelekkasje også hindres ved at oppvarmingsenhetens tungeformasjon er gjort kortere enn den hule profil med et slikt beløp at fastholdelse av mikrobølgene i denne sikres. With the aid of the invention, it is further achieved by means of the simplified system that circulators and long waveguides which were previously necessary, can now be excluded. A single unit, a package, is also achieved, where the various units can be oriented so that the power supply unit will more easily fit into the machine where it is to be used. The device according to the invention is also less sensitive to polluting effects caused by so-called serial applicators, especially since its field strength can be set to achieve the greatest possible effect in relation to overshoot in the heating unit. The field strength can be regulated in the heating unit by a part of the energy being absorbed by the energy absorbing unit and the rest returning to the microwave energy generating unit. Finally, microwave leakage can also be prevented by making the tongue formation of the heating unit shorter than the hollow profile by such an amount that retention of the microwaves in it is ensured.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, der fig. 1 viser et riss sett ovenfra av innretningen ifølge oppfinnelsen,- fig. 2 viser et enderiss av den innretning som er vist på fig. 1, med alternativ plassering av den mikrobølgeenergigenerer-ende enhet, og fig. 3 viser et sideriss av den innretning som er vist på fig. 1 og 2. The invention will be described in more detail below with reference to the drawing, where fig. 1 shows a top view of the device according to the invention, - fig. 2 shows an end view of the device shown in fig. 1, with alternative placement of the microwave energy generating unit, and fig. 3 shows a side view of the device shown in fig. 1 and 2.

Slik det fremgår av tegningen, er innretningen ifølge oppfinnelsen en separat, komplett kraftforsyningsenhet (power pack) 1 som omfatter en mikrobølgeenergigenererende enhet 2, en oppvarmingsenhet 3, en energiopptagende enhet 4, anten ner 5, 6, 7 for overføring av mikrobølgeenergien mellom enhetene 2-4, et hus 8 som opptar enhetene, lukkede kamre 9 for overføring av mikrobølger, og ikke-viste festeanord-ninger for enhetene 2-4. Oppvarmingsenheten 3 danner et langstrakt oppvarmingsområde i hvilket det termoplastmateriale som skal forsegles, oppvarmes, idet enheten 3 omfatter en langstrakt, hul profil 10 som er forsynt med en sliss 11 langs den ene langside. Termoplastmaterialet som skal oppvarmes og senere forsegles, er innrettet til å bevege seg i og langs slissen 11 på en gitt avstand fra en tungekon-figurasjon 12 langs profilens 10 lengde og innenfor slissen 11. Oppvarmingsenheten 3 omfatter minst én antenne 6, 7 ved hvert endeområde. Den ene antenne 6 overfører mikrobølge-energi fra den mikrobølgeenergigenererende enhets 2 antenne 5 til oppvarmingsenheten 3. Oppvarmingsenhetens 3 andre antenne 7 overfører ikke-benyttet mikrobølgeenergi fra oppvarmingsenheten 3 til den energiopptagende enhet 4, og for å oppnå den riktige feltstyrke i oppvarmingsenheten 3, absor-beres bare en del av energien i den energiopptagende enhet 4, idet resten går tilbake igjen for å opptas av den mikro-bølgeenergigenererende enhet 2, f.eks. når pakken eller pakkene i oppvarmingsområdet ikke kan utnytte den tilførte energi. Den energiopptagende enhet 4 kan omfatte et energiopptagende middel, såsom vann eller olje. As can be seen from the drawing, the device according to the invention is a separate, complete power supply unit (power pack) 1 which comprises a microwave energy generating unit 2, a heating unit 3, an energy absorbing unit 4, antennas 5, 6, 7 for transferring the microwave energy between the units 2 -4, a housing 8 which accommodates the units, closed chambers 9 for the transmission of microwaves, and non-shown fastening devices for the units 2-4. The heating unit 3 forms an elongated heating area in which the thermoplastic material to be sealed is heated, the unit 3 comprising an elongated, hollow profile 10 which is provided with a slot 11 along one long side. The thermoplastic material to be heated and later sealed is arranged to move in and along the slot 11 at a given distance from a tongue configuration 12 along the length of the profile 10 and within the slot 11. The heating unit 3 comprises at least one antenna 6, 7 at each end area . One antenna 6 transmits microwave energy from the antenna 5 of the microwave energy generating unit 2 to the heating unit 3. The other antenna 7 of the heating unit 3 transmits unused microwave energy from the heating unit 3 to the energy absorbing unit 4, and in order to achieve the correct field strength in the heating unit 3, absor - only part of the energy is received in the energy-absorbing unit 4, the rest going back again to be absorbed by the microwave energy-generating unit 2, e.g. when the package or packages in the heating area cannot utilize the added energy. The energy-absorbing unit 4 may comprise an energy-absorbing agent, such as water or oil.

For å eliminere mikrobølgeenergilekkasje fra kraft-forsyningspakkens 1 oppvarmingsenhet, er den i denne til-stedeværende, langsgående tungeformasjon 12 gjort kortere med et multiplum av en halv bølgelengde enn den hule profil 10 som inneslutter tungeformasjonen. Slik som nevnt ovenfor, er det mellom antennene 5 og 6 på den mikrobølgeenergigene-rerende enhet 2 og oppvarmingsenheten 3 anordnet et lukket kammer 9 for de mellom antennene 5 og 6 overførte mikrobøl-ger. Det finnes også et lukket kammer 9 mellom oppvarmingsenhetens 3 andre antenne 7 og den energiopptagende enhet 4. In order to eliminate microwave energy leakage from the power supply package 1 heating unit, in this present longitudinal tongue formation 12 is made shorter by a multiple of half a wavelength than the hollow profile 10 which encloses the tongue formation. As mentioned above, a closed chamber 9 for the microwaves transmitted between the antennas 5 and 6 is arranged between the antennas 5 and 6 of the microwave energy generating unit 2 and the heating unit 3. There is also a closed chamber 9 between the heating unit 3's second antenna 7 and the energy absorbing unit 4.

Langs oppvarmingsenheten 3 er det anordnet på tegningen ikke viste luftmunnstykker som er beregnet å benyttes for bortblåsing av forurensninger som kan skvette opp fra forpakningene ved oppvarming av det termoplastmateriale som skal oppvarmes. Disse luftmunnstykker kan innstilles til passende sprøyteretninger i forhold til oppvarmingsenheten for å tilveiebringe den beste virkning. Kraftforsyningsenheten eller kraftforsyningspakken 1 omfatter også løfteanordninger (ikke vist på tegningen) for løfting eller heving av denne fra sin normale arbeidsstilling, og også oppvarmingsenheten 3 er festet til kraftforsyningspakken ved hjelp av hurtigutløsningskoplinger (ikke vist på tegningen). Oppvarmingsenheten 3 kan være dannet i ett stykke, f.eks. ved ekstrusjon. Oppstrøms av oppvarmingsenheten 3, sett i pakningenes fremføringsretning, kan det være anordnet minst én (ikke vist) avfølingsanordning for regulering av den i enheten genererte mikrobølgeenergi som reaksjon på antallet av pakninger i oppvarmingsenheten 3. Air nozzles, not shown in the drawing, are arranged along the heating unit 3 and are intended to be used for blowing away contaminants that may splash up from the packaging when heating the thermoplastic material to be heated. These air nozzles can be set to appropriate spray directions relative to the heating unit to provide the best effect. The power supply unit or power supply package 1 also includes lifting devices (not shown in the drawing) for lifting or elevating it from its normal working position, and also the heating unit 3 is attached to the power supply package by means of quick release couplings (not shown in the drawing). The heating unit 3 can be formed in one piece, e.g. by extrusion. Upstream of the heating unit 3, viewed in the direction of advance of the gaskets, there can be arranged at least one (not shown) sensing device for regulating the microwave energy generated in the unit in response to the number of gaskets in the heating unit 3.

Den mikrobølgeenergigenererende enhet 2 er en kraftkilde i form av en magnetron eller mikrobølgegenerator i halvlederutføreIse. The microwave energy generating unit 2 is a power source in the form of a magnetron or microwave generator in semiconductor design.

Claims

1- Device for heating thermoplastic material or thermoplastic coating F" paper material using microwave energy while exploiting the dielectric losses occurring in the material when this is exposed to a high-frequency electric field for the generation of heat required in the material for a subsequent seal, preferably over a long heating area, characterized in that it comprises a power supply package (1) which is designed as a separate unit and comprises a microwave energy generating unit (2), a heating unit (3), an energy absorbing unit (4), and antennas (5-7) for transmission of microwave energy between the units (2-4), the heating unit (3) forming the elongated heating area and essentially comprising an elongated, hollow profile (10) with a similarly elongated slot (11) in which the thermoplastic material to be sealed is arranged to move at a predetermined distance from a longitudinal tongue formation (12) which is located inside the profile (10) and inside the slot (11), the heating unit (3) being further provided with at least two antennas (6, 7) which is preferably arranged at the end areas of the heating unit (3) for the transfer of microwave energy that is produced in the microwave energy-generating unit (2) to the various units (2-4), unused microwave energy that has been transferred to heating ing unit (3), can be transmitted via an antenna (7) at one end area of the heating unit (3) to the energy absorbing unit (4), and possibly also to the microwave energy generating unit (2), i.e. the heating unit (3) can function both as a resonator and transmission conductor for microwaves.

2. Device according to claim 1, characterized in that the longitudinal tongue formation (12) in the heating unit (3) is shorter than the hollow profile (10) which contains the tongue formation, by such an amount that elimination of micro-j wave energy leakage to the outside of the heating unit (3) is ensured.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the spaces between the microwave energy-generating unit (2) and the heating unit (3) as well as between the heating unit (3) and the energy-absorbing unit (4) are occupied by closed chambers (9 ) which transmits the microwaves.

4. Device according to one of claims 1-3, characterized in that the heating unit (3) comprises at least one nozzle which is placed along the unit for blowing away contaminants.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the power supply package (1) is provided with a lifting device for raising it from a normal working position, and that the heating unit (3) is attached to the power supply package (1) by means of a quick release coupling .

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating unit (3) is formed in one piece, e.g. by extrusion.

7. Device according to claim 1, characterized in that at least one sensing device is placed upstream of the heating unit (3) in the transport direction of the thermoplastic material, the sensing device being arranged to regulate the microwave energy generated in the microwave energy generating unit (2) in response to the number of packages in the heating unit (3).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave energy generating unit (2) is a power source comprising a magnetron or a microwave generator in semiconductor design.