PL186994B1

PL186994B1 - Sposób i układ do zgrzewania krawędzi otworu wlotowego pojemnika rurowego

Info

Publication number: PL186994B1
Application number: PL98338042A
Authority: PL
Inventors: Alexander P. Sator
Original assignee: Iwka Pacunion Gmbh
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1998-07-10
Publication date: 2004-04-30
Also published as: JP2001509443A; PL338042A1; ATE288354T1; DK0994770T3; CN1263495A; DE59812543D1; EP0994770A1; HUP0002500A2; US6417483B1; WO1999002330A1; ES2236932T3; YU800A; AU8860598A; HUP0002500A3; EP0994770B1; BR9810697A; SI20064A; CZ20003A3; SK92000A3; DE29712264U1

Abstract

1. Sposób zgrzewania krawedzi otworu wlotowego pojemnika rurowego, wedlug którego wykonany korzystnie z tworzywa sztucznego po- jemnik z uszczelnionym otworem wylotowym, podgrzewa sie az do temperatury plastycznosci w obrebie jego otworu wlotowego, po czym kra- wedz te dociska sie, az do uzyskania podluznej, prostopadlej do osi podluznej pojemnika zgrzeiny, znamienny tym, ze w celu uzyskania stanu pla- stycznosci pojemnika, oddzialywuje sie promie- niem laserowym, za posrednictwem zewnetrznie usytuowanego, wirujacego elementu odchylajacego (22, 22a, 22b), na wewnetrzna powierzchnie po- jemnika (10), w obrebie jego otworu wlotowego. 6. Uklad do zgrzewania krawedzi otworu wlotowego pojemnika rurowego, skladajacy sie z uchwytu mocujacego pojemnik z uszczelnionym otworem wylotowym, zródla ciepla oraz urzadzenia dociskajacego, znamienny tym, ze zródlo ciepla stanowia zewnetrznie usytuowane laser (24), emi- tujacy promien laserowy (26, 26a, 26b) oraz wiru- jacy element odchylajacy (22, 22a, 22b). Fig. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do zgrzewania krawędzi otworu wlotowego pojemnika rurowego, zwanego w dalszej części opisu pojemnikiem, celem przekształcenia go w tubę lub tubkę, stanowiących opakowanie dla produktów o jednorodnej, elastycznej konsystencji.

186 994

Wiele substancji w postaci żelu lub pasty, jak np. pasty do zębów, pasty do butów, kremy i inne kosmetyki jest pakowanych w tuby, a szczególnie w tubki, które mogą być wykonane z odpowiednio ciągliwej blachy, lub też - z uwagi na znacznie niższą cenę - z tworzyw sztucznych.

Do tubki, zabezpieczonej w części wylotowej gwintowaną końcówką z nakrętką, wprowadza się, poprzez otwór wlotowy, pakowaną substancję, po czym uszczelnia się wlot. W przypadku ciągliwej blachy, wlot do tubki zwija się, przy czym zawiniętą końcówkę można dodatkowo zacisnąć. Taki sposób działania zapewnia wystarczającą szczelność tubki, jednakże w przypadku tworzyw sztucznych możliwa jest najczęściej technika zgrzewania.

W niemieckim opisie patentowym DE 37 44 402 C2 jest przedstawiony sposób uszczelniania tubki z tworzywa sztucznego, który polega na odpowiednim zmiękczeniu, poprzez nadtopienie okrągłej krawędzi tubki, którą następnie zaciska się, uzyskując płaski podłużny szew. Celem zmiękczenia krawędzi tak uszczelnianej tubki, obszar otworu wylotowego tubki otacza się dyszami nadmuchującymi gorące powietrze, przy czym dla uzyskania wymaganej temperatury zgrzewania potrzebny jest znaczny wydatek ilości ciepła, np. mocy elektrycznej 18 kW. Opisana metoda, obecnie często stosowana jaka metoda „gorącego powietrza”. Podobnie jak w metodzie gorącego powietrza, celem zmiękczenia zgrzewanego materiału stosuje się ultradźwięki lub mikrofale.

Każdy z tych sposobów wymaga zmiękczenia i następującego po nim zaciśnięcia, w kolejnych krokach technologicznych, gdyż urządzenia do zmiękczania i ściskania nie mogą być usytuowane w tej samej przestrzeni. Ponadto, po zaciśnięciu, niezbędne jest schłodzenie uprzednio podgrzanej tubki, celem zapobieżenia powstania niepożądanych deformacji tworzywa sztucznego lub uszkodzeń opakowanej substancji, co pociąga za sobą dodatkowy wydatek cieplny.

W innym niemieckim opisie patentowym DE 22 61 388 przedstawiono sposób zgrzewania okrągłego dna tubki z tworzywa sztucznego. Tubka, wraz ze swym okrągłym zakończeniem, usytuowanym poniżej krawędzi zewnętrznej tubki, wiruje wzdłuż swej osi pionowej, podczas gdy obszar wejścia tubki jest rozgrzewany za pomocą promieni laserowych. Rozgrzany, zewnętrzny płaszcz tubki zaciska okrągłe denko, tworząc odpowiedni rodzaj zgrzeiny.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że w celu uzyskania stanu plastyczności podgrzewanego pojemnika z uszczelnionym otworem wylotowym, oddziaływuje się promieniem laserowym, za pośrednictwem zewnętrznie usytuowanego, wirującego elementu odchylającego, na wewnętrzną powierzchnię tego pojemnika, w obrębie jego otworu wlotowego.

Korzystnym jest, gdy element odchylający wprowadza się w ruch wirowy wokół osi podłużnej pojemnika.

Przy tym korzystnym jest, gdy laser wprowadza się w ruch wirowy z prędkością co najmniej jednego obrotu na minutę.

Korzystnym jest także, gdy pojemnik wprowadza się w ruch oscylacyjny wzdłuż jej osi podłużnej.

Ponadto korzystnym jest, gdy oddziaływuje się promieniem laserowym, którego widmo optyczne obejmuje promieniowanie o długości fali od 0,3 do 20 pm.

Z kolei istota urządzenia według wynalazku polega na tym, że źródło ciepła do podgrzewania pojemnika z uszczelnionym otworem wylotowym stanowią zewnętrznie usytuowane laser, emitujący promień laserowy, oraz wirujący element odchylający.

Korzystnym jest, gdy laser stanowi laser gazowy CO2.

Korzystnym jest także, gdy wirujący element odchylający stanowi wirujące lusterko odchylające.

Także korzystnym jest, gdy element odchylający jest sprzężony z regulatorem kąta odchylenia.

Z kolei korzystnym jest, gdy element odchylający jest sprzężony z drugim zewnętrznym elementem odchylającym za pośrednictwem kątowego ramienia.

Dalej korzystnym jest, gdy drugi zewnętrzny element odchylający jest usytuowany powyżej zgrzewanej krawędzi płaszcza pojemnika.

186 994

Również korzystnym jest, gdy drugi zewnętrzny element odchylający jest usytuowany poniżej zgrzewanej krawędzi płaszcza pojemnika.

Ponadto korzystnym jest, gdy odległość punktów odbicia głównego wirującego elementu odchylającego i drugiego elementu odchylającego, w przybliżeniu prostopadłego do pionowej osi płaszcza pojemnika jest w przybliżeniu równa promieniowi najmniejszego pojemnika.

Sposób według wynalazku jest technologicznie nieskomplikowany, a jednocześnie charakteryzuje się stosunkowo niewielkim poborem energii. Ponadto produkt, którym wypełniony jest pojemnik nie ulega zniszczeniu podczas obróbki termicznej. W przypadku gdy pojemnik nie obraca się, wypełniający pojemnik produkt nie musi być usuwany z obszaru zaciskających się szczęk, co znacznie przyspiesza wydajność produkcji. Wykorzystanie zmiennej konfiguracji pojemnika i elementu odchylającego który jest usytuowany na zewnątrz, ponad pojemnikiem, znacznie upraszcza wykonanie zgrzeiny Wirujący element odchylający, kierujący promień lasera na ściankę pojemnika, samoczynnie oczyszcza z zanieczyszczeń pod wpływem siły odśrodkowej.

W celu przybliżenia istoty wynalazków, zostaną one przestawione w przykładowych wykonaniach, przy czym w odniesieniu do układu, zostanie ono uwidocznione na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają:

Fig. 1 - schemat układu z pojedynczym laserem;

Fig. 2 - s^mmat r^iOel^ładni apędoowej winijąeeoo elementu ddchylająeego;

Fig. 3 - scOemat kkłddu z gaOwóihem elemdntem ddchylająhem, z któr^h jeden jest usytuowany powyżej krawędzi płaszcza pojemnika;

Fig. 4 - wMok kL^du praadsłowidoego aaiug. 3;

Fig. 5 - schemat kklduu z oaOwóihem elemdntenΊ adchyląjąhem, z kt<^^^^h jeden jest usytuowany poniżej krawędzi płaszcza pojemnika;

Fig. 6 - widok układu przedstawionego na Fig. 5.

Sposób:

Okrągłą, krawędź pojemnika, w obrębie jej otworu wlotowego, podgrzewa się promieniem laserowym, wzmocnionym wirującym elementem odchylającym, korzystnie w postaci lusterka, które obraca się ruchem względnym w odniesieniu do pionowo osadzonego i wirującego pojemnika z uszczelnionym otworem wylotowym. Po uzyskaniu stanu plastyczności materiału, z którego wykonany jest pojemnik, dociska się Pop podgrzaną, okrągłą krawędź, uzyskując płaską, podłużną zgrzeinę, w wyniku czego pojemnik uzyskuje postać tuby lub tubki. Zastosowanie wirującego lusterka umożliwia wybiórcze, w strefie krawędziowej, rozgrzanie osadzonego stacjonarnie pojemnika za pośrednictwem punktowego promienia laserowego. Wirujące lusterko odchylające odbija promień laserowy, przy czym punkt odbicia lusterka odchylającego jest usytuowany dokładnie w pionowej osi obrotu pojemnika.

Z uwagi na zróżnicowaną długość średnicy pojemnika, przy jednoczesnej optymalizacji lusterka odchylającego w stosunku do długości fali widma optycznego promienia laserowego, stosuje się następujące sposoby regulacji: zmianę kąta nachylenia lusterka odchylaj ącego, co powoduje zmianę wysokości plamki promienia laserowego w płaszczyźnie obrotowej, po odbiciu od lusterka odchylającego; przesunięcia pionowe lusterka odchylającego, w zależności od średnicy pojemnika.

W niektórych przypadkach obracanie pojemnikiem jest niewskazane, ponieważ pod wpływem siły odśrodkowej substancja wypełniająca pojemnik przemieszcza się w kierunku otworu wlotowego. W tym celu obraca się promień lasera lub wirujące lusterko odchylające, przy czym średni punkt odbicia na powierzchni elementu odchylającego jest korzystnie obracany w podłużnej osi pojemnika.

Prędkość obrotowa wymagana do utworzenia odpowiedniej zgrzeiny, bezpośrednio zależy od parametrów urządzenia, a w szczególności od rodzaju tworzywa sztucznego, osiągalnej mocy lasera, szerokości i kształtu zgrzeiny, długości fali oraz materiału z którego wykonany jest pojemnik; na przykład dla lasera o mocy wyjściowej ok. 100 W, przy grubości zgrzeiny ok. 5 mm na polietylenowym pojemniku o średnicy ok. 28 mm, prędkość obrotowa ok. 450 obrotów/minutę pozwala osiągnąć zadowalającąjakość zgrzeiny.

186 994

W niektórych przypadkach, w celu poprawienia jakości zgrzeiny, wprowadza się w ruch osiowy prostoliniowy pojemnik, co w połączeniu z ruchem wirowym lusterka odchylającego, powoduje oscylację promienia laserowego na wewnętrznej stronie płaszcza pojemnika, a w efekcie końcowym pofalowaną, bardziej szczelną i wytrzymałą zgrzeinę.

W odmianie wynalazku, optymalizuje się profil dystrybucji energii promienia laserowego. Profil ten stanowi zazwyczaj elipsoidalnie, łagodnie ukształtowana krzywa Gaussa, tzn. transwersalny 00 mod promienia laserowego, co pozwala na łagodne przejście z obszaru zmiękczonego do przyległego obszaru nie zmiękczonego, dając w efekcie skuteczną, bardzo szczelną zgrzeinę.

Przykładowo standardowe widmo optyczne emitowanego przez laser CO₂ promienia laserowego obejmuje promieniowanie o długości fali od 9 do 12 pm, co skutecznie doprowadza do całkowitego zmiękczenia tworzywa.

W przypadku lasera wytwarzającego falę o długości ok. 1 pm, promień laserowy wstępnie rozgrzewa wewnętrzne warstwy tworzywa, a następnie kolejno warstwy od wewnątrz na zewnątrz, w zależności od współczynnika temperaturowego tworzywa. Początkowo promień laserowy tylko przenika przez zewnętrzne warstwy tworzywa, zmiękczając kolejno warstwy wewnętrzne. Sposób ten może być wykorzystywany w odniesieniu do tworzyw przepuszczających światło z zakresu emitowanego przez laser CO₂. Dla większości tworzyw sztucznych stosuje się fale o długości 10 pm do wytwarzania kompletnej, solidnej zgrzeiny.

Układ według wynalazku składa się z uchwytu mocującego 18, w którym osadzony jest pionowo pojemnik 10, wypełniony pastą do zębów 16, z uszczelnionym otworem wylotowym w postaci nakrętki 14. Otwór wlotowy pojemnika 10 jest usytuowany powyżej otworu wylotowego, w obrębie szczęk 40, 42 urządzenia zaciskowego. Powyżej otworu wlotowego, w osi podłużnej pojemnika 10 jest usytuowany laser 24, stanowiący źródło światła laserowego. Z kolei pomiędzy laserem 24 a otworem wlotowym pojemnika 13 jest usytuowany wirujący element odchylający w postaci wirującego lusterka odchylającego 22, które jest wprowadzane w ruch wirowy za pośrednictwem napędzanej silniczkiem 36 przekładni sprzężonych kół zębatych 32 i 34, z których koło 32 napędza lusterko odchylające 22 za pośrednictwem osi 30 w prowadnicy 28.

Emitowany przez laser 24 promień laserowy 26, za pośrednictwem wirującego lusterka odchylającego 22 zostaje skierowany na wewnętrzną powierzchnię płaszcza 12 wirującego pojemnika 10, w obrębie jego otworu wlotowego. Po rozgrzaniu końcówki do stanu plastyczności tworzywa, zaciska się szczęki 40 i 42 aż do uzyskania odpowiedniej zgrzeiny, a w konsekwencji tuby lub tubki. Wprowadzając w ruchy pionowe 38 i 25 uchwyt mocujący 18 i laser 24 uzyskuje się oscylację planiki promienia na wewnętrznej stronie płaszcza 12 pojemnika 10, w wyniku czego uzyskuje się falistą, wzmocnioną zgrzeinę.

W odmianie układu rurowy płaszcz 12a, wypełniony pastą 16a, jest osadzony w uchwycie 18a. Nad otworem wlotowym pojemnika jest usytuowane lusterko odchylające 22a, które odbija promień laserowy 26a emitowany pionowo według osi pojemnika. Urządzenie jest dodatkowo wyposażone w lusterko odchylające 46, usytuowane powyżej zgrzewanej krawędzi płaszcza 12a i sprzężone z lusterkiem odchylającym 22a za pośrednictwem kątowego ramienia 48. Promień laserowy 26a jest odchylony w kierunku dodatkowego lusterka 46, przy czym długość obydwu punktów świetlnych tych lusterek powinna w przybliżeniu odpowiadać najmniejszemu możliwemu promieniowi pojemnika 10. Lusterka 22a i 46 obracają się wspólnie, z tą prędkością kątową celem napromieniowania linearnego lub falistego obszaru wlotowego pojemnika. Taka konfiguracja ma tę zaletę, że kierunek padania odbitego promienia laserowego 26a jest prawie prostopadły w stosunku do ogrzewanej powierzchni, co wydatnie poprawia dystrybucję energii źródła energii.

W kolejnej odmianie układu, wypełniony substancją rurowy płaszcz 12b jest osadzony w uchwycie 18b. Podobnie jak w powyższym rozwiązaniu, nad otworem wlotowym pojemnika jest usytuowane lusterko odchylające 22b, które odbija promień laserowy 26b emitowany pionowo w osi pojemnika 10. Urządzenie jest dodatkowo wyposażone w lusterko odchylające 50, usytuowane poniżej zgrzewanej krawędzi płaszcza 12b i sprzężone z lusterkiem odchylającym 22b za pośrednictwem kątowego ramienia 52. Promień laserowy 26b jest odchylony

186 994 w kierunku dodatkowego lusterka 50, przy czym odległość obydwu punktów świetlnych tych lusterek powinna w przybliżeniu odpowiadać najmniejszemu możliwemu promieniowi pojemnika 10. Podobnie jak w poprzednim rozwiązaniu, lusterka 22b i 50 obracają się wspólnie, z tą samą prędkością kątową. Ponieważ drugie lusterko 50 jest usytuowane poniżej otworu wlotowego pojemnika 10, więc odbija przenikające przez ściankę pojemnika 10 światło w postaci promienia, którego plamka świetlna jest nieznacznie przesunięta w kierunku krawędzi, celem uniknięcia powrotu promienia do rezonatora lasera.

186 994 /ΊΑ*.

P/%

186 994

Fig. 2

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zgrzewania krawędzi otworu wlotowego pojemnika rurowego, według którego wykonany korzystnie z tworzywa sztucznego pojemnik z uszczelnionym otworem wylotowym, podgrzewa się aż do temperatury plastyczności w obrębie jego otworu wlotowego, po czym krawędź tę dociska się, aż do uzyskania podłużnej, prostopadłej do osi podłużnej pojemnika zgrzeiny, znamienny tym, że w celu uzyskania stanu plastyczności pojemnika, oddziaływuje się promieniem laserowym, za pośrednictwem zewnętrznie usytuowanego, wirującego elementu odchylającego (22, 22a, 22b), na wewnętrzną powierzchnię pojemnika (10), w obrębie jego otworu wlotowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że element odchylający (22, 22a, 22b) wprowadza się w ruch wirowy wokół osi podłużnej pojemnika.
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że element odchylający wprowadza się w ruch wirowy z prędkością co najmniej jednego obrotu na minutę.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik (10) wprowadza się w ruch oscylacyjny wzdłuż jej osi podłużnej.
5. Sposób według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że oddziaływuje się promieniem laserowym, którego widmo optyczne obejmuje promieniowanie o długości fali od 0,3 do 20 pm.
6. Układ do zgrzewania krawędzi otworu wlotowego pojemnika rurowego, składający się z uchwytu mocującego pojemnik z uszczelnionym otworem wylotowym, źródła ciepła oraz urządzenia dociskającego, znamienny tym, że źródło ciepła stanowią zewnętrznie usytuowane laser (24), emitujący promień laserowy (26, 26a, 26b) oraz wirujący element odchylający (22,22a, 22b).
7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że laser (24) stanowi laser gazowy CO2.
8. Układ według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że wirujący element odchylający (22, 22a, 22b) stanowi wirujące lusterko odchylające.
9. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że element odchylający (22, 22a, 22b), jest sprzężony z regulatorem kąta odchylenia (23).
10. Układ według zastrz. 6 albo 9, znamienny tym, że element odchylający (22a, 22b), jest sprzężony z drugim zewnętrznym elementem odchylającym (46, 50) za pośrednictwem kątowego ramienia (48, 52).
11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że drugi zewnętrzny element odchylający (46) jest usytuowany powyżej zgrzewanej krawędzi płaszcza (12a) pojemnika (10).
12. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że drugi zewnętrzny element odchylający (50) jest usytuowany poniżej zgrzewanej krawędzi płaszcza (12b) pojemnika (10).
13. Układ według zastrz. 11 albo 12, znamienny tym, że odległość punktów odbicia głównego wirującego elementu odchylającego (22a, 22b) i drugiego elementu odchylającego (46, 50), w przybliżeniu prostopadłego do pionowej osi płaszcza (12a, 12b) pojemnika (10) jest w przybliżeniu równa najmniejszemu promieniowi pojemnika (10).