SK9872001A3 - Device for welding together the ends of tubular plastic containers, notably tubes - Google Patents

Description

Vynález sa týka zariadenia na zváranie koncov rúrkovitých obalov z -umcle-j-hnTOŤy, predovšetkým túb

Doterajší stav techniky

Početné tekuté alebo pastovité médiá sa balia do túb, napríklad kozmetika, zubná pasta, krém na topánky, masti a obdobné výrobky Tuby môžu byť vytvarované z vhodného kovového plošného materiálu, ktorý je plasticky tvarovateľný Už dlhší čas sa však - hlavne z ekonomických dôvodov - používa materiál z umelej hmoty

Pred utesnením konca predliatku tubovitého obalu sa tento najskôr naplní materiálom určeným na naplnenie Strana odoberania je uzavretá vhodným viečkom, skrutkovým uzáverom alebo obdobným prostriedkom Po naplnení prebehne uzavretie plniaceho konca U plasticky tvarovateľného plošného materiálu je známe plniaci koniec prehnúť pozdĺž určitej línie Prípadne sa v koncovej oblasti vykoná zlisovanie prehnutého konca Tým sa zaistí postačujúca tesnosť U materiálu z umelej hmoty nie je takýto spôsob použiteľný Skôr je potrebné, aby sa na sebe ležiace konce zvarili alebo uzavreli

Spôsob zvárania tubovitých obalov z materiálu z umelej hmoty, známy zo spisu DE 37 44 402 C2, predpokladá, že sa koncový úsek najskôr vhodným spôsobom pôsobením tepla alebo obdobným postupom zmäkčí alebo nataví, skôr než sa pomocou lisovacieho zariadenia vytvorí tesniaci šev

Zmäkčenie sa vykonáva tak, že sa okolo plniaceho konca umiestni krúžok, ktorý je vybavený radom otvorov dýz, cez ktoré sa na vonkajšiu stranu plniaceho konca tuby fúka horúci vzduch Pretože je spravidla potrebné komplet• · · · · · né zvarenie, musí byť zvonku privedené značné teplo, to znamená až cca 18 kW elektrického výkonu Tento spôsob sa v dnešnej dobe používa v baliacom priemysle a je známy pod označením Hot-Air

Je ďalej známe vykonávať zmäkčovanie, prípadne natavovanie konca určeného na zvarenie, pomocou ultrazvuku alebo ožarovania mikrovlnami, s použitím prístrojov analogických ku spôsobu s horúcim vzduchom

Pri všetkých metódach je potrebné uskutočňovať natavovanie a následné lisovanie v za sebou zoradených výrobných taktoch, pretože zariadenie na natavovanie materiálu nemôže byť priestorovo prispôsobené lisovaciemu zariadeniu Dodatočne je navyše potrebné spočiatku natavené tuby po zlisovaní opäť ochladiť, pretože inak môže dôjsť k nechcenej plastickej deformácii, a dodatočne môže byť produkt ovplyvnený teplom znehodnotený. Na základe týchto dodatočných nákladov na chladenie je tento spôsob mimoriadne neekonomický

Zo spisu DE 22 61 388 je známy spôsob zvárania koncového dielu z umelej hmoty na rúrkovitom telese z umelej hmoty, u ktorého sa koncový diel s rúrkovitým úsekom vsadí do rúrkovitého telesa Pomocou laseru sa na vonkajšej strane telesa vykonáva ožarovanie, pričom trubka s koncovým dielom rotuje Prítlačný valček zlisúva ohriatu oblasť a vytvára tak istý druh zvaru

Základom vynálezu je koncov rúrkovitých obalov, bežné druhy umelých produkčnú rýchlosť, a hmôt môže úloha vytvorenia spôsobu a zariadenia na zváranie predovšetkým túb, ktoré je použiteľné pre na tuby, ktoré má nízku spotrebu energie, byť vytvorené jednoduchými prostriedkami všetky vysokú

Podstata vynálezu

Túto úlohu rieši zariadenie na zváranie konca rúrkovitých obalov z umelej hmoty, predovšetkým túb, s prídržným zariadením na stacionárne pridržovanie obalu s nahor smerujúcim otvorom, a s prostriedkami na ohrievanie prstencovitej obvodovej oblasti obalu blízko otvoru s cieľom nasledujúceho zvarenia pozdĺž podlhovastého šva prebiehajúceho naprieč k pozdĺžnemu rozmeru obalu, • · · · · ·

• · · • · · • · · • · · · · ktorého podstata spočíva v tom, že na držiaku je približne na kružnici umiestnená množina diódových laserov tak, že ich lúče dopadajú buď priamo, alebo pomocou vychyľovacej optiky na vnútornú alebo vonkajšiu stenu obalu

U zariadení podľa vynálezu je použitý výhodne segmentovaný držiak na väčší počet jednotiek s laserovými diódami, ktoré sú usporiadané približne v kruhu, takže ich lúče dopadajú buď priamo, alebo pomocou vychyľovacej optiky na vonkajšiu alebo vnútornú stranu obalu

Pretože vlnová dĺžka diódových laserov leží v blízkej infračervenej oblasti, t j má cca 650 nm až 1400 nm, je pre efektivitu zariadenia nevýznamné, ak sa ožaruje vnútorná alebo vonkajšia strana obalu, pretože takmer všetky umelé hmoty, ktoré prichádzajú do úvahy, sú čiastočne pohlcujúce a žiarenie môžu teda rovnomerne rozložiť po celej šírke steny, ktorá je < 1 mm Na zjednodušenie mechanickej konštrukcie je potrebné dať prednosť ožarovaniu na vonkajšiu stenu Tým je tiež pri ožarovaní na vonkajšiu stenu zaistené natavovanie vnútornej steny, dôležité na lisovanie Spôsob prevádzkovaný vynálezom dosahuje homogénne prehriatie tavnej zóny Na zlepšenie účinnosti je tiež možné na strane, ktorá leží proti laserovým diódam, umiestniť vo vnútri obalu reflektor, ktorý odráža neabsorbované žiarenie do materiálu

Prirodzene je lúč laserovej diódy alebo pole laserových diód silne divergentný, spravidla v rozsahu cca 6 - 10° v rovine pozdĺžneho rozmeru laserových diód (pomalá os), a cca 35 - 40° zvislo k pozdĺžnemu rozmeru, prípadne v rovine priečneho rozmeru laserových diód (rýchla os) Táto okolnosť sa dá pri zariadení podľa vynálezu čiastočne využiť Za účelom plynulého vzájomného radenia projekcií laserových lúčov na obvode obalu sa môže akceptovať, že rýchla zvislá os laserového lúča (cca 10°) udáva radiálny odstup jednotiek s laserovými diódami, usporiadanými na kružnici v radiálnom odstupe voči obalu Na dosiahnutie ožarovania, kontinuálneho v obvodovom smere, by sa malo od hodnoty paralelného vyžarovacieho uhla v rýchlej osi odpočítať cca 0,2°

Aby sa dosiahla postačujúca hustota výkonu - podľa doterajších skúseností by mala hustota výkonu činiť > 20 W/cm^ - je účelné žiarenie laseiových diód zaostriť Na dosiahnutie hustoty výkonu sa silne zaostrí napríklad pomalá • · · · · · · · ·· • · · · · · • · · · · · os jednotky s laserovými diódami Ohnisko cca 0,5 mm je dosiahnuteľné bez zvláštnych nákladov Laserové žiarenie, vyžiarené v obvodovom smere obalu, sa naproti tomu zaostruje len slabo, aby sa prispôsobila vyžarovacia charakteristika Optimálne zaostrenie by mohlo teda vyzerať nasledovne Pomalá os sa zaostrí na cca 0,5 mm Rýchla os sa nezaostrí a ponechá si vyžarovací uhol cca 45° Tým sa od jednej jednotky s laserovými diódami ožiari na obvode tubovitého telesa obvodový plošný úsek 0,5 mm x 45° Pri priemere tuby 25 min zodpovedá 40° 9,8 mm To poskytne ožiarenú plochu 4,9 mm² Pri výstupnom výkone lasera 20 W to dá hustotu výkonu cca 40 W/cm²

Na prispôsobenie ohniska laserového žiarenia zakriveniu valcovitého povrchu sa môže použiť asférická šošovka Na vyvarovanie sa tejto problematike môže byť pravdaže počet jednotiek s laserovými diódami zvýšený tak, že k vyrovnaniu zakrivenia postačí Depth of Focus Preto sa rýchla vyžarovacia os zaostrí tak, že sa teda dosiahne vyžarovací uhol 10° Obdobne vedie 10° na povrchu rúrkovitého obalu k menšej hodnote zakrivenia, ktorá nemusí byť podľa okolností opticky už ďalej vyrovnávaná

Mechanické nastavenie polohy jednotiek s laserovými diódami je taktiež závislé od zaostrenia S rastúcim obvodom obalu sa nutne mení relatívne nastavenie polohy jednotiek s laserovými diódami voči sebe Pritom úmerne k tomu klesá hustota výkonu na stene obalu Aby sa tomuto poklesu hustoty výkonu bránilo, môžu byť i pre tento prípad jednotky s laserovými diódami usporiadané vo vzájomnom odstupe, ktorý zodpovedá len zlomku vyžarovacieho uhlu v rýchlej osi To znižuje, ako už bolo vyššie uvedené, problematiku zakrivenia povrchu obalu

U jednej zjednodušenej konfigurácie môžu byť jednotky s laserovými diódami usporiadané podľa svojej normálnej vyžarovacej charakteristiky (preto cca 45° zvislý vyžarovací uhol) To v tomto prípade zodpovedá ôsmim jednotkám s laserovými diódami, ktoré môžu byť usporiadané okolo osi obalu Na zvýšenie hustoty výkonu vyššie uvedenej konfigurácie na 200 % je potrebné odstup osí jednotiek s laserovými diódami znížiť na uhol cca 22,5° • · · · · · • ·

Za účelom prispôsobenia sa priemeru rúrkovitého obalu alebo tiež na zmenu hustoty energie na mieste dopadu sa predpokladá také uskutočnenie vynálezu, že jednotky s laserovými diódami sú v smere svojej pozdĺžnej osi usporiadané prestaviteľné Adekvátne je dimenzované a vytvorené vhodné prestavovacie zariadenie, aby sa mohlo prestavovanie jednotiek s laserovými diódami realizovať

Na uloženie a prestavovanie jednotiek s laserovými diódami sa môže použiť kruhová, prípadne prstencovitá konštrukcia, ktorá pozostáva z jednotlivých segmentov, z ktorých každý uchycuje jednu laserovou diódu Počet segmentov zodpovedá teda počtu jednotiek s laserovými diódami Každý segment jednotlivo môže byť v pozdĺžnej osi uložený prestaviteľné Všetky segmenty môžu byť spoločne usporiadané na prstencovitom nosníku

Podľa ďalšieho uskutočnenia vynálezu sa predpokladá, že držiak je pre všetky segmenty vo výške prestaviteľný Tým sa dá meniť poloha miesta dopadu na vonkajšej stene obalu.

Namiesto vyššie uvedených jednotiek s laserovými diódami sa môžu tiež analogicky použiť vláknom spojené diódové lasery alebo vláknové lasery Podľa typu lasera sa musí prispôsobiť výstupná optika

Prehľad obrázkov na výkrese

Vynález je ďalej bližšie opísaný a objasnený na príkladoch jeho uskutočnení na základe pripojeného výkresu, ktorý znázorňuje na obr 1 pôdorysný pohľad na schematicky znázornené zariadenie podľa vynálezu, na obr 2 rez 2-2 znázornením podľa obr 1, na obr 3 alternatívny príklad uskutočnenia k príkladu uskutočnenia podľa obr 2, na obr 4 schematicky pôdorysný pohľad na jednotku s diódovými lasermi pre zariadenie podľa vynálezu, a na obr 5 bočný pohľad na jednotku s laserovými diódami podľa obr 4 • · * a a · a Λ

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr 1 a obr 2 je znázornený tubovitý obal 10. ktorý pozostáva z relatívne tenkostenného materiálu z umelej hmoty Obal 10 je dole uzavretý a hore otvorený Otvorený koniec sa má zvariť tým, že sa medzi dvoma priamočiaro sa pohybujúcimi čeľusťami zlisuje s cieľom vytvorenia priečne prebiehajúceho pozdĺžneho uzatváracieho švu Na tento účel je potrebné vhodný materiál z umelej hmoty, z ktorého obal 10 pozostáva, zmäkčiť Zmäkčovanie sa vykonáva pomocou laserových lúčov zariadenia, znázorneného na obr 1 a obr 2

Na obr 1 je znázornených osem podlhovastých prídržných segmentov J_2, ktoré, ako vyplýva z obr 2, ležia v jednej rovine, ktorá sa rozprestiera trochu pod horným koncom tubovitého obalu 10, kolmo k jeho osi Prídržné segmenty 12 pridržujú na konci, privrátenom k obalu 10, diódový laser 14 Z obr 2 je možné rozoznať, že každému diódovému laseru 14 je predradená mikrošošovka 16 Ako môžme vidieť v obvodovom smere obalu 10. majú lasery 14 vyžarovací uhol S. približne 45° Usporiadanie laserov 14. prípadne prídržných segmentov 12. je také, že každá ožarovaná obvodová oblasť leží tak, že sa susedné oblasti vzájomne nepatrne prekrývajú, tak ako je to znázornené prekrytím 1 8 Diódové lasery 14 majú známym spôsobom úzku, do dĺžky sa rozprestierajúcu výstupnú oblasť. Sú preto usporiadané tak, že pozdĺžny rozmer výstupnej oblasti prebieha rovnobežne s osou obalu 10 Vyžarovanie v tomto smere však má menší uhol, napríklad 10° Os, v ktorej sa dosiahne menší vyžarovací uhol, sa tiež označuje ako pomalá os, zatiaľ čo os kolmo k nej, to znamená v priečnom smere k pozdĺžnej osi, sa označuje ako rýchla os Inými slovami, pomalá os lasera 14 je rovnobežná s osou obalu 10. a rýchla os prebieha naprieč k nej

U znázorneného príkladu sa napríklad zaostruje len pomalá os, tak ako je to znázornené na obr 2, zatiaľ čo rýchla os zostáva nezaostrená

Prídržné segmenty 12 môžu byť umiestnené spoločne na tu neznázornenom prstencovitom držiaku, pričom sú prídržné segmenty 12 pomocou taktiež tu neznázorneného prestavovacieho zariadenia pohyblivé v pozdĺžnom smere tam a sem, aby sa dal meniť radiálny odstup voči obvodu obalu 10 Ďalej môže byť tu neznázornený prstencovitý držiak výškovo prestaviteľný takým spôso·· ·· ···· · · • · · · · · · • · · · · · · bom, že miesto dopadu laserových lúčov môže byť na obvode obalu 10 v pozdĺžnom smeru menené

Na obr 3 je znázornené, že prídržné segmenty 12 môžu byť voči osi obalu 1 0 tiež usporiadané v uhle, ktorý sa nerovná 90° Súbor prídržných segmentov 1 2. prípadne laserov 14, je preto zamýšľané usporiadať na kužeľovom prstencovom kotúči

Na obr 4 a obr 5 je o niečo bližšie znázornená jednotka s lasermi 14 Je na nej vidieť pripojovací plech 20 a ^Hruby 22 na spojenie laseru 14 s doskou 20 Na obr 4 je znázornený vyžarovací uhol 1, ktorý sa vytvorí v pomalej osi. Na obr 5 je ešte raz znázornený uhol s v rýchlej osi Zatiaľ čo vyžarovací uhol L činí približne 10°, môže vyžarovací uhol s ležať medzi 35° a 45° Spojenie jednotky s diódovými lasermi podľa obr 4 a obr 5 s prídržným segmentom 12 nie je znázornené

Claims (12)

1 Zariadenie na zváranie konca rúrkovitých obalov z umelej hmoty, predovšetkým túb, s prídržným zariadením na stacionárne pridržiavanie obalu s nahor smerujúcim otvorom, a s prostriedkami na ohrievanie prstencovitej obvodovej oblasti obalu blízko otvoru s cieľom nasledujúceho zvarenia pozdĺž podlhovastého šva prebiehajúceho naprieč k pozdĺžnemu rozmeru obalu, vyznačujúce sa tým, že na držiaku (12) je približne na kružnici usporiadaná množina diódových laserov (14) tak, že ich lúče dopadajú buď priamo, alebo cez vychyľovaciu optiku na vnútornú alebo vonkajšiu stenu obalu (10)

2 Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že diódové lasery (14) sú usporiadané v rovnomernom uhlovom odstupe

3 Zariadenie podľa nároku 1 alebo 2, vyznačujúce sa tým, že diódové lasery (14) alebo ich držiaky (12) sú v smere ich pozdĺžnej osi usporiadané prestaviteľné

4 Zariadenie podľa nároku 3, vyznačujúce sa tým, že diódovým laserom alebo ich držiakom je priradené prestavovacie zariadenie na jednotlivé alebo spoločné prestavovanie diódových laserov

5 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 4, vyznačujúce sa tým, že diódové lasery alebo ich držiaky sú jednotlivo alebo spoločne výškovo prestaviteľné • β · · · · • · ·· ··· · · · · * • · · ··· ·· ····· ··· ··

6 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 5, vyznačujúce sa tým, že každému diódovému laseru (14) je priradený radiálne usporiadaný držiak (12), a držiaky (12) sú umiestnené na spoločnom prstencovitom prídržnom zariadení.

7 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 6, vyznačujúce sa tým, že diódové lasery (14) sú vzhľadom k osi obalu (10) usporiadané tak, že ich pomalá os prebieha rovnobežne s osou obalu (10)

8 Zariadenie podľa nároku 7, vyznačujúce sa tým, že diódovému laseru (14) je predradená optika (16) na zaostrovanie laserového lúča v pomalej osi

9 Zariadenie podľa nároku 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že diódovému laseru (14) je predradená optika (16) na zaostrovanie laserového lúča v rýchlej osi

10 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 7 až 9, vyznačujúce sa tým, že diódovému laseru je predradená asférická šošovka na prispôsobenie zakriveniu obalu (1 0)

11 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 8 až 10, vyznačujúce sa tým, že optika je pozdĺž optickej osi usporiadaná prestaviteľné relatívne voči diódovému laseru

12 Zariadenie podľa niektorého z nárokov 1 až 11, vyznačujúce sa tým, že vo vnútri obalu je umiestnený reflektor na odrážanie stenou obalu neabsorbovaného žiarenia spať na stenu ·· ·· «