SE502829C2 - Sätt och anordning att åstadkomma svets genom induktionssvetsning - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 502 829 2 Induktionssvetstekniken ger enligt vad som nämnts, ener- giutveckling i form av värme just på de ställen där mjukgöring av termoplastmaterialet behövs för svetsning.

Denna mjukgöring får emellertid ej ske med sådan nivå på värmetillförseln att t.ex. en längsskarv på en förpack- ningsbehållare försvagas eller skadas och därmed ej längre ger det avsedda barriärskyddet. Likaså får värmeutveck- lingen ej vara sådan att förpackningsbehållaren estetiskt skadas på utsidan.

Uppfinningen avser speciellt försegling av lock och/eller botten till en förpackningsbehållare där nämnda krav på induktionssvetsningsmöjlighet är uppfyllda. Man har tidigare föreslagit ett antal olika tekniker för att komma till rätta med värmeenergifördelningen längs förseglings- svetsen.

Då det t.ex. gällt att klara av ett icke rotationssymmet- riskt tvärsnitt, med åtföljande irregulariteter hos magnetfält etc, har man funnit att det i viss utsträckning går att undvika alltför kraftig värmetillförsel i utsatta positioner utefter tvärsnittet genom utplacering av magnetfältkoncentratorer, exempelvis ferritstavar, i områden av tvärsnittet uppvisande diskontinuteter, t.ex. förpackningsbehållarens hörn.

Likaså har det föreslagits att placera sådana ferriter utefter överlapp längs en förpackningsbehållare.

I det förra fallet, har det visat sig att hörn ofta uppvisar sämre barriäregenskaper hos svetsen än svetsen i övrigt. Tanken med ferriterna är då att förstärka magnet- fältet just i hörnen utan att behöva öka fältstyrkan i övrigt genom tillförsel av högre ström till den magnet- fältalstrande spolen. 10 15 20 25 30 35 502 829 3 I det senare fallet med överlappskarven, är här värmeled- ningskapaciteten så hög att man riskerar genombränning eller åtminstone estetiskt icke acceptabel påverkan i området för skarven. Att hög energi erfordras i skarvom- rådet för åstadkommande av acceptabla barriäregenskaper beror på att man där har dubbla materialskikt som skall fästas inbördes och till behållarförslutningen. Den höga energinivå som man därvid måste bruka, har naturligtvis den avigsidan att man kan råka ut för genombränning på grund av den höga värmeledningskapaciteten just i området för svetsen.

Omvänt, om man håller värmeenergin på en nivå i och för sig tillräcklig för åstadkommande av barriärgod svets i övrigt längs behållartvärsnittet, riskerar man att svetsen i området för skarven blir otät.

Med den kända ferritlösningen ställer man in ett magnetfält som är acceptabelt ur barriärsäkerhetssynpunkt gällande svetsen i övrigt och ökar fältstyrkan lokalt i området för överlappet och åstadkommer därmed lokalt en förhöjd värmeenergiproduktion som är acceptabel och ej medför genombränning.

Den kända tekniken kräver noggrann dimensionering och utplacering av ferritelement och innebär omständlig verktygskonstruktion samt svårigheter ur formatsynpunkt, eftersom ferritstavar av skilda dimensioner måste lagerför- aS.

Intrimningen av den kända svetsanordningen innebär tids- ödande experiment, där ferritstavar noggrant måste positio- neras.

Uppfinningen har till syfte att undanröja de nämnda begränsningarna med den kända tekniken och föreslå ett nytt 10 15 20 25 30 35 502 829 4 förfarande och anordning för induktionssvetsning, speciellt svetsning av botten och/eller toppförslutningar till förpackningsbehållare.

Uppfinningen tillhandahåller i bredaste bemärkelse sätt att åstadkomma svets genom induktionssvetsning av termoplastbe- lagt, virvelströminducerande material, där magnetfält från AC-källa genererar nämnda virvelström. Sättet utmärks av att ett första magnetfält bringas att verka i området för svetsen, och att ett andra motriktat magnetfält bringas att verka i området utanför svetsen.

Uppfinningen är speciellt väl lämpad i applikationer, där svetsen ingår i ett ändavsnitt av nämnda material, som utgör del av en förpackningsbehållare, och där' en, be- hållarförslutning fästes medelst nämnda svets till för- packningsbehållaren. Härvid är utförandet sådant att det första magnetfältet koncentreras till nämnda ändavsnitt.

En väsentlig del av sättet enligt uppfinningen består i att det andra motriktade magnetfältet bringas att verka på förutbestämt avstånd från ändavsnittet.

För optimering av resultatet väljs det nämnda avståndet så att nettoresultatet av de inducerade virvelströmmarna begränsar värmespridningen från området för svetsen, med hög värmeledningskapacitet.

Dessutom de strömmarna de av primärspolen inducerade strömmarna att speciellt i områden förhindrar av sekundärspolen inducerade sprida sig längre ut i hylsan, istället koncentreras dessa mot änden av hylsan och ut i hörnen av aluminiumfolien vid hylsans överlappsskarv.

I en föredragen utföringsform alstras det första magnet- fältet av en kring förslutningen anordnad primärspole, och 10 15 20 25 30 35 502 829 5 det andra magnetfältet alstras av en kring förslutnings- änden av behållaren anordnad sekundärspole.

Sekundärspolen utformas så att den virvelström som in- duceras av denna är mindre än den som induceras av primär- spolen.

I en föredragen utföringsform placeras primär- och sekun- därspolarnas axlar väsentligen koaxiellt.

Uppfinningen är speciellt användbar, där nämnda förpack- ningsbehållarmaterial uppvisar åtminstone ett överlapp tvärs svetsen. Härvid utmärks förfarandet av att nämnda avstånd mellan primär- och sekundärspolarna väljs så att den sekundärströminducerade virvelströmmen förhindrar den primärströminducerade virvelströmmen att generera så hög värmeenergi att den av överlappet bildade skarven skadas.

Uppfinningen tillhandahåller även anordning för åstadkom- mande av svets mellan en behållarförslutning och behålla- ren, där kombinationen av dess element är sådan att av AC- magnetfält.inducerad virvelströnnger erforderlig värmeener- gi för termoplast-svetsning och åstadkommande av nämnda svets. Anordningen utmärks av kring behållarförslutningen anordnad primärspole, av sekundärspole anordnad på förutbe- stämt avstånd från primärspolen kring utsidan av behålla- ren, av arrangemang för matning av ström till spolarna så att dessa ger motriktade inducerade virvelströmmar, och av att spolarna är så utförda att sekundärspolen inducerar ström av lägre strömstyrka.

I den föredragna utföringsformen är nämnda förutbestämda avstånd så valt, att nettoeffekten av de inducerade strömmarna ej medför skada på behållaren i områden med hög värmeledningskapacitet, exempelvis i ett överlapp tvärs svetsen och sträckande sig längs behållarens utsida. 10 15 20 25 30 35 502 829 6 Dessutom förhindrar de av sekundärspolen inducerade strömmarna de av primärspolen inducerade strömmarna att sprida sig längre ut i hylsan, istället koncentreras dessa mot änden av hylsan och ut i hörnen av sluminiumfolien vid hylsans överlappsskarv.

Lämpligen är primärspolen försedd med ferritelement för koncentration av magnetfältet till hela området av svetsen.

I en utföringsform är primär- och sekundärspolarna anordna- de väsentligen koaxiellt.

En lämplig utföringsform omfattar gemensam AC-källa, varvid sekundärspolen är utförd med fler spolvarv än primärspolen.

I en föredragen utföringsform är spolvarven i primärspolen anordnade väsentligen vinkelrätt mot behållarförslutningen, och spolvarven i sekundärspolen är anordnade vinkelrätt mot förpackningsbehållarens längssträckning.

Anordningen är speciellt lämpad för förpackningsbehållare med längsskarv. Härvid är företrädesvis primär- och sekundärlindningarna anordnade väsentligen koaxiellt och med sin gemensamma axel parallellt med längsskarven.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar som visar ett utföringsexempel, varvid: Fig. 1 är en vy delvis i sektion utvisande ett förseg- lingsverktyg med däri insatt förpackningsbehållare, Fig. 2 är en planvy av primärspolen i förseglingsverkty- Qet , Fig. 3 är en planvy av sekundärspolen i förseglingsverkty- get, 10 15 20 25 30 35 502 829 7 Fig. 4 är en vy delvis i sektion utvisande den principiel- la ström- och magnetfältfördelningen i förseg- lingsverktyget respektive behållaren i Fig. 1, Fig. 5 är en vy delvis i snitt utvisande ett exempel på förpackningsbehållare att användas i förseglings- verktyget i Fig. 1, och Fig. 6 är en förstorad delvy av ett ändparti av behållaren i Fig. 5.

Med hänvisning först till Fig. 5, visas där en hylsa 1 bestående av tunn aluminiumfolie belagd på båda sidorna med polyeten, rullad till en cylindrisk hylsa och hophållen av en längsgående överlappsskarv 9. Bröst 2 respektive botten 3 av formsprutad polyeten har ett spår 4 i vilket hylsan pressas. Såsom framgår av Fig. 6, är spårets bredd i bottnen något mindre än väggtjockleken av det av polyeten och aluminium bestående laminatet. Spårets inre mantelyta kan med fördel vara försedd med en eller flera spetsformade åsar 5. Då hylsans ände med botten påsatt införs i ett koncentrerat högfrekvent magnetfält utvecklas värme i aluminiumfolien och polyetenet på dess båda sidor smälter.

Värme överförs till bottnens kontaktytor och tät, hållfast smältfog eller svets erhålles. För åstadkommande av det senare, fordras emellertid att speciella åtgärder vidtas för att förhindra problem beroende på förekomsten av den nämnda överlappsskarven eller längsfogen med dubbelt laminatmaterial.

Såsom inledningsvis nämnts, är det ett problem att erhålla tillräcklig värme i ändavsnittet av hylsan, dvs där en svetsfog skall åstadkommas under den längsgående över- lappsskarven och samtidigt undvika skada på överlappsskar- ven längre in på hylsan. 10 15 20 25 30 35 5Û2 829 8 Den i. figurerna 1-4 visade anordningen eliminerar pro- blemet.

Sålunda visas i nämnda figurer en axíell primärspole 6 med få varv och en radiell sekundärspole 7 med två till tre gånger så många varv. För koncentration av fältet från primärspolen, är denna omgiven av en fältledare 8 av ferritmaterial. Spolarna matas med högfrekvent växelström (400-600 kHz). I den visade utföringsformen är spolarna kopplade parallellt, men så att lindningarna får motsatta strömriktningar. Primärspolen 6 utvecklar ett magnetfält som inducerar strömmar i hylsans 1 aluminiumfolie. Fält- ledaren 8 koncentrerar fältet till en smal zon i hylsans ände.

Sekundärspolen 7, placerad på förutbestämt avstånd, något längre från hylsans ände, inducerar strömmar i. hylsans aluminiumfolie motriktade de från primärspolen. Det nämnda förutbestämda avståndet jämte magnetfältens styrkor är så valda, att sekundärspolens strömmar förhindrar primärspo- lens strömmar att sprida sig längre ut i hylsan, i stället koncentreras dessa mot änden av hylsan och ut i hörnen av aluminiumfolien vid hylsans överlappsskarv 9.

Vid en given utföringsform av de två spolarna, är sålunda det nämnda förutbestämda avståndet så valt, att nettoeffek- ten av de inducerade strömmarna ej medför skada på be- hållaren i ett område med hög värmeledningskapacitet, dvs i överlappsskarven 9. Tillräckligt med värme genereras även där så att en tät, hållfast smältfog erhålls. Sekundärspo- len är utförd med flera varv än primärspolen och inducerar därför lägre ström, tillräckligt för att spärra strömmen från primärspolen men för låg för att skadligt påverka överlappsskarven. 10 15 20 25 30 502 829 9 Den i figurerna 1-3 visade anordningen för induktionssvets- ning är utförd enligt följande.

Induktorn 10 är axiellt rörligt lagrad i ett fäste 11 med vilket den kan inmonteras i en monterings- eller fyllnings- maskin. I maskinen indexeras behållaren 12 fram till förseglingsstationen och lyfts upp mot ett anslag 13 i induktorn. Därefter lyfts hela induktorn mot en tryckfjäder 14, vilken ger ett lämpligt mottryck samt även motverkar studsningstendenser.

Ovanför hylsan 1 med sin botten 3 påmonterad befinner sig primärspolen 6 av koppar med omgivande fältledare 8 av ferritmaterial. Dessa delar är placerade i ett hus 15 av värmetåligt, icke metalliskt material. I en undre huskropp 16 av samma material som den övre är sekundärspolen 7 av koppar placerad. Båda spolarna är anslutna i de båda kopplingsblocken 16 och 17. Till dessa ansluts kablar från högfrekvensgenerator samt slangar för vattenkylning av spolarna (ej visat).

I den visade utföringsformen är spolvarven i primärspolen 6 anordade väsentligen vinkelrätt. mot lockets 3 eller behållarförslutningens plan, medan spolvarven i sekundär- spolen är anordnade vinkelrätt mot förpackningsbehållarens 1 längsriktning. Vidare är primär- och sekundärlindningarna anordnade väsentligen koaxiellt och med sin gemensamma axel väsentligen parallellt med den på utsidan av förpacknings- behållaren befintliga längsskarven 9. Även om endast en specifik utföringsform av uppfinningen beskrivits, inses att modifikationer och alternativ är möjliga inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 30 502 829 10

1. Sätt att åstadkomma svets genom induktionssvetsning av termoplastbelagt, virvelströminducerande material, där magnetfält från .AC-källa genererar nämnda virvelström, k ä n n e t e c k n a t a v, att ett första magnetfält bringas att verka i området för svetsen, och att ett andra motriktat magnetfält bringas att verka i området utanför SVetSeIl .

2. Sätt enligt krav 1, där svetsen ingår i ett ändav- snitt av nämnda material, som utgör del av en förpacknings- behållare, och en behållarförslutning fästes medelst nämnda svets till förpackningsbehållaren, k ä n n e t e c k n a t a v, att det första magnetfältet koncentreras till nämnda ändavsnitt, och att det andra motriktade magnetfältet bringas att verka på förutbestämt avstånd från ändavsnit- tet.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att det första magnetfältet alstras av en kring förslut- ningen anordnad primärspole, och att det andra magnetfältet alstras av en kring förslutningsänden av behållaren anordnad sekundärspole.

4. Sätt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t a v att sekundärspolen utformas så att den virvelström som induceras av denna är mindre än den som induceras av primärspolen. 10 15 20 25 30 35 502 829 ll

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a v primär- och sekundärspolarnas axlar placeras väsentligen koaxiellt.

6. Sätt enligt krav 2, hållarmaterial uppvisar åtminstone ett överlapp tvärs svetsen, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda avstånd där nämnda förpackningsbe- mellan primär- och sekundärspolarna väljs så att de av sekundärspolen inducerade virvelströmmarna förhindrar de primärspolinducerade virvelströmmarna att generera så hög värmeenergi att den av överlappet bildade skarven skadas.

7. Anordning för åstadkommande av svets mellan en behållarförslutning och behållare, där kombinationen av dessa element är sådan att av' AC-magnetfält inducerad virvelström ger erforderlig värmeenergi för termosplast- svetsning och åstadkommande av nämnda svets, k ä n n e - t e c k n a d a*v kring behållarförslutningen (3) anord- nad primärspole (6), av sekundärspole (7) anordnad på förutbestämt avstånd från primärspolen kring utsidan av behållaren (1), av arrangemang (16, 17) för matning av ström till spolarna så att dessa ger motriktade inducerade 'virvelströmmary och av att spolarna är så utförda att sekundärspolen (7) inducerar ström av lägre strömstyrka än primärspolen.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att primärspolen (6) är försedd med ett ferritelement (8) för koncentration av magnetfältet till hela området av SVGCSGII .

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d a v att primär- och sekundärspolarna (6, 7) är väsentligen koaxiella. 10 15 502 829 12

10. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att sekundärspolen (7) är utförd med fler spolvarv än primärspolen, och att båda matas från samma AC-källa (16, 17).

ll. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v att spolvarven i primärspolen (6) är anordnade väsent- ligen vinkelrätt mot behållarförslutningen (3), och att spolvarven i sekundärspolen (7) är anordnade vinkelrätt mot förpackningsbehållarens (1) längsriktning.

12. Anordning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d a v att primär- och sekundärspolarna (6, 7) är anordnade väsentligen koaxiellt med sin centrumaxel parallellt med en på utsidan av förpackningsbehållaren (1) befintlig längs- skarv (9).