УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОЙ СВАРКИ УПАКОВКИ ИЗ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ ПЛЕНКИ

Настоящее изобретение относится к устройству поперечной сварки, используемому в машине для изготовления, наполнения и запечатывания пакетов, при изготовлении упаковок из рукавной пленки и может быть использована в пищевой, химической и других отраслях промышленности.
Оборудование, образующее упаковку "флоу-пак", очень распространено в мире, его выпускают многие предприятия. Пока не установлено, кто впервые предложил термин "флоу-пак" (flowpack, flowpak, flow pack, flow-pack - встречаются разные написания). Во многих машинах разматывание рулона осуществляется просто вытягиванием упаковочного материала при протягивании рукава. Однако в современных машинах, особенно если это высокопроизводительное оборудование или оборудование с повышенными функциональными возможностями, часто применяют принудительное разматывание рулона, например, пропуская упаковочный материал между двумя роликами, которые при вращении протягивают его и разматывают рулон. В зоне образования поперечных швов, получаемые упаковки, особенно если они небольшой длины, требуется поддерживать. Иначе они просто могут не лечь на ленточный конвейер, выводящий их из машины. Самое простое поддерживающее устройство - цилиндрическая поверхность с диаметром меньше, чем диаметр губок на роторе. Такая поверхность часто изготавливается из перфорированного материала с целью уменьшения теплопередачи от нагретых губок. Тепловая сварка постоянно нагретыми элементами, по сути, проста: необходимо нагреть упаковочный материал в местах образования швов так, чтобы температура внутреннего термосвариваемого слоя была выше температуры его плавления, и сдавить слои. Сложность осуществления этого процесса на машинах "флоу-пак" - в том, что сварочные элементы (ролики продольной сварки и губки на роторах поперечной сварки) имеют цилиндрическую рабочую поверхность. А это значит, что сдавливание слоев материала происходит по линии, а не по плоскости, как, допустим, в большинстве воротниковых машин. И если необходимое при сварке давление можно сравнительно легко обеспечить, применив, например, более сильные пружины, то для нагрева материала при минимальном контакте требуется нагревать сварочные элементы гораздо сильнее, чем при плоском контакте. А это, увы, может плохо повлиять на наружные или промежуточные слои упаковочного материала.
Иногда, при упаковывании продуктов, "боящихся тепла" (шоколадных батончиков, глазированных творожных сырков, мороженого), непосредственно за зонами сварки устанавливают специальные охлаждающие блоки. В общем виде они представляют собой плиты, в каналах которых циркулирует холодная вода. С их помощью предметы, подвергшиеся кратковременному косвенному нагреву, как можно быстрее охлаждаются. Однако, такие устройства устанавливаются крайне редко. Не так уж велико (главным образом по времени) на высокопроизводительном оборудовании воздействие тепла на продукт, и при нормальной работе машины оно практически не влияет на его качество. Гораздо опаснее аварийная остановка машины. Но тут уж никакие охлаждающие блоки не спасут от порчи продукта и упаковочного материала.
Для отвода и вывода упаковок от узла поперечной сварки и их вывод из машины, как правило, используется ленточный конвейер. В редких случаях на выходе бывает установлен склиз. Гораздо эффективнее другая конструкция отводящего устройства, которая сравнительно недавно стала применяться в машинах "флоу-пак". Над отводящим ленточным конвейером устанавливается круглая волосяная щетка. Рукав с предметами, выходя от узла поперечной сварки, оказывается зажатым между конвейером и щеткой. Линейная скорость поверхностей, которыми зажимается будущая упаковка, конвейера и щетки задается выше, чем линейная скорость рабочих поверхностей губок на роторах поперечной сварки. В результате данная конструкция дает целый ряд преимуществ. Так же, как и в предыдущей конструкции, происходит быстрый отвод готовых упаковок от источника тепла (зоны сварки), и в результате натяжки материала происходит лучшее отрезание. Мало того, если даже произойдет по какой-то причине неполный разрез, лента и щетка оторвут готовую упаковку. Но при этом, из-за достаточной не жесткости щетки, исключается повреждение упакованного продукта, и щетка, зажимая упаковку, не препятствует сдавливанию слоев упаковочного материала губками поперечной сварки.
Известно, устройство поперечной сварки, содержащее синхронно вращающиеся на осях и прижимаемые друг к другу сварочные элементы, которые сжимают рукав упаковки в поперечном направлении и образуют при этом шов, и механизм, замедляющий вращение сварочных элементов при образовании шва, включающий маховое колесо с пазом, закрепленное на отдельном приводном валу и вращающееся с постоянной скоростью, а также звенья, которые образуют кинематическую пару и связывают маховое колесо со сварочными элементами посредством эксцентрика с двумя осями вращения, при этом на одной оси эксцентрика закреплено звено в виде звездочки, передающей вращение сварочным элементам через цепную передачу, а на второй оси эксцентрика выполнено звено в виде ползуна, установленного с возможностью вращения на этой оси и одновременно перемещающегося возвратно-поступательно в пазу махового колеса (Патент РФ №.35784 опубл. 10.02.2004 г.)
Недостатков этого устройства является сложность конструкции, что снижает производительность упаковочной машины, так как каждый сварочный элемент включает только одну сваривающую губку. Известное устройство также не позволяет экономично выполнить плотную упаковку достаточно мелких изделий в пакеты небольшой длины.
Известно устройство для сварки поперечного шва упаковки, содержащее синхронно вращающиеся на осях и прижимаемые друг к другу сварочные элементы, которые сжимают рукав упаковки в поперечном направлении и образуют при этом шов с помощью нагревательных средств, отличающийся тем, что каждый из сварочных элементов включает, по меньшей мере, пару сварочных губок, образующих в поперечном сечении звезду с m лучами по числу сварочных губок, расположенных под углом 360º/m по отношению друг к другу, что позволяет при вращении сварочного элемента на один оборот получить m поперечных швов (Патент РФ №49800 опубл. 10.12.2005 г.).
Данное устройство имеет относительно простую конструкцию, однако производительность упаковочной машины с этим устройством также недостаточно высока. Кроме того, они обладают общим недостатком узкими вращающимися сварочными роликами, поэтому площадь контакта с упаковкой не велика. Вследствие того, что сварочные элементы вращающиеся требуется механизм замедления на время сварки, что усложняет конструкцию устройства.
Известен механизм для образования поперечного шва и отрезания пакета, который содержит сваривающие утюги-бруски, закрепленные на подвижных подпружиненных стержнях, установленных в бобышках с возможностью их регулирования с помощью контргаек. Бобышки закреплены на подвижных площадках. По меньшей мере, в одном из утюгов помешены нагревательные элементы. Оба утюга имеют прорези. В прорези одного из утюгов (правого) входит зубчатый нож. Бобышки каждой из площадок соединены стабилизирующими стержнями, одни концы которых закреплены в двух левых бобышках, а другие свободно вставлены в правые бобышки. На каждом из стабилизирующих стержней закреплены регулируемые втулки. Подвижный нож и подвижные стабилизирующие стержни взаимосвязаны с помощью рычагов. Обе площадки (правая и левая) взаимодействуют с поворотными зубчатыми колесами через вилочный захват, эксцентриковую ось, ползун, паз и регулировочный винт. Для надежной работы устройства каждая пара зубчатых колес находится в зацеплении со свободновращающимися вал-шестернями. (Патент РФ №2131833 опубл. 20.06 1999 г.).
К недостаткам известного устройства следует отнести сложность его, необходимость одновременной регулировки многих элементов, стержней. Рычагов и. т.д. Размещение нагревательного элемента только в одном утюге не позволяет получить качественный поперечный шов упаковки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство поперечной сварки, используемому в машине для изготовления, наполнения и запечатывания пакетов, при изготовлении упаковок из рукавной пленки, защищенное патентом РФ №2163219 опубл. 20.05.2000 г.
Устройство поперечной сварки имеет две пары зажимных колодок, которые размещены одна над другой и разделены зазором. Каждая пара колодок с каждой стороны рукава закреплены своими концами на щеках, которые с помощью привода с линейным двигателем перемещаются по горизонтальным направляющим стержням навстречу друг другу до момента зажима рукава. Для повышения трения на обращен-ных одна к другой боковых сторонах зажимных колодок предусмотрены эластичные фик-сирующие элементы, например, выполненные предпочтительно из резины натяжные валики, которые при смыкании двух пар колодок сжимают находящийся между ними рукав до плоского состояния и удерживают его, причем рукавный участок, находящийся между верхней парой и нижней парой зажимных колодок, натянут в виде плоской ленты. В зазор между обеими парами зажимных колодок с каждой стороны выступают термосвариваю-щие элементы, которые с помощью привода с линейным двигателем перемещаются на-встречу друг другу параллельно зажимным колодкам в направлении к натянутой между ними рукавной заготовке и прижимаются друг к другу, образуя поперечный шов. В зазор вводится также отрезное приспособление, например отрезной нож, который после образования поперечного шва с помощью термосваривающих элементов при своем выталкивании прорезает натянутый участок рукава в поперечном направлении к последнему, причем поперечный шов по своей длине разделяется на нижний шов концевого участка рукава и на верхний шов готовой упаковки. Отрезной нож закреплен на дугообразном рычаге, который в свою очередь закреплен на одном из плечей совершающего качательное движение вокруг опоры коленчатого рычага, а другое его плечо соединено с поршневым штоком пневмоцилиндра, подвешенного на опоре также с возможностью качательного движения вокруг этой опоры.
Опора соединена болтами с нижней стороной одной из щек. Привод отрезного ножа расположен на нижнем конце щеки, несущей левые зажимные колодки. В нижней зажимной колодке имеется отверстие, через которое отрезной нож отводится в исходное положение и через которое проходит рычаг, находящегося в рабочем положении ножа. В исходном положении отрезного ножа, с одной стороны, соседний термосваривающий элемент беспрепятственно перемещается в зазор к натянутому участку рукава, а с другой стороны, нож может быть приведен в действие, если термосваривающий элемент находится в исходном положении.
Устройство поперечной сварки работает следующим образом. При движении устройства поперечной сварки в верхнее положение вблизи формовочной трубы две пары зажимных колодок, а также термосваривающие элементы расходятся, а отрезной нож оказывается в исходном положении в отверстии зажимной колодки. В верхнем положении зажимные колодки с обеих сторон начинают перемещаться навстречу одна другой к рукаву, сжимая его концевой участок таким образом, что между обеими парами зажимных колодок образуется участок, отделяющий изготавливаемую упаковку от участка. Затем с небольшой задержкой оба термосваривающих элемента перемещаются также во встречном направле-нии таким образом, что они своими плоскими поверхностями сжимают на определенной ширине участок и за счет передачи тепла образуют поперечный шов. По истечении определенного промежутка времени, необходимого для сварки, термосваривающие элементы отводятся в их исходное положение. Как только зазор освободится, отрезной нож выталкивается из отверстия к середине поперечного шва, образованного на участке, и затем снова отводится в исходное положение, в результате чего поперечный шов прорезается по всей длине, при этом на готовой упаковке образуется верхний шов, а на новом концевом участке образуется нижний шов. В процессе сварки и разделения нижнего и верхнего швов, когда концевой участок и новый пакет удерживаются зажимными колодками, устройство поперечной сварки опускается вниз на длину пакета, при этом рукав протягивается по формовочной трубе. В нижнем положении зажимные колодки размыкаются, освобождают готовую упаковку и концевой участок и отводятся в верхнее положение.
Данное устройство имеет сложную технологию изготовления рабочих узлов, особенно выдвижение и возвращение отрезного ножа в рабочее и исходное положение, что повышает потребительскую стоимость упаковочной машины, а также, производительность упаковочной машины с этим устройством невелика. Зажимные колодки и термосваривающие элементы функционально отделены друг от друга, но между собой непосредственно контактируют между собой снижая эффективность сварки и увеличению количества приводов.
Технической задачей заявляемой полезной модели является устранение недостатков присущих прототипу, т.е. упрощение конструкции без снижения работоспособности устройства, повышение эффективности сварки и качества поперечного шва упаковки.
Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство для поперечной сварки упаковки из полиэтиленовой пленки, содержащее две щеки перемещаемых по направляющим во встречном направлении из исходного положения в положение сварки и прижимаемые друг к другу через зажимные колодки, выполненные по всей длине плоскими и прикрепленные к щекам, термонагреватели и отрезной нож, перемещаемый из исходного положения к месту отрезания готовой упаковки, внесены изменения, а именно:
- термонагреватели размещены внутри каждой колодки;
- перемещение нижней колодки осуществляется пневмоцилиндром, шток которого соединен с коромыслом каждого из двух двухрычажных механизмов, соединенных к верхней щекой, посредством которых верхняя колодка перемещается вниз;
- отрезной нож, расположен в пазу нижней колодки и перемещается в положение отрезания двумя пневмоцилиндрами.
Кроме того, в устройство дополнительно введен узел установки высоты поперечной сварки (т.е. ширины шва), который содержит винт с гайками, закрепленными на балке и дополнительной пластине соответственно, причем винт снабжен штурвалом для его вращения, а также термопары, размещенные в каждой колодке, для контроля температуры сваривающих колодок.
Пневмоцилиндр для перемещения сваривающих колодок и коромысла рычажных механизмов крепятся к дополнительной балке, размещенной на двух направляющих с возможностью изменения ее исходного положения.
Размещение нагревательных элементов и термопар, позволяет поддерживать температуру сварки в оптимальном диапазоне и обеспечить качество поперечного шва.
Изменение конструкции перемещение сваривающих колодок позволяет отказаться от дополнительного привода и тормозных элементов.
Изменение конструкции привода перемещения отрезного ножа значительно уменьшает сложность конструкции, исключить перекос его, что позволяет уменьшить трудозатраты на изготовление и повысить технологичность этого узла.
Конструкция узла установки ширины поперечного шва проста и надежна, но позволяет расширить возможности применения устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструкция устройства, а на фиг.2 кинематическая схема для пояснения работы устройства.
На фиг.1 показаны: сварочные губки 1 (верхняя) и 2 (нижняя),закрепленные к щекам 17 и 18 соответственно, направляющие стойки 3, по которым перемещаются шеки со сварочными колодками, пневмоцилиндр 4 для перемещения нижней щеки 18, рычаги 5 и 6 соединенные с коромыслом 7, балка 8, установочная гайка 9, регулировочный винт 10, пластина 11, штурвал 12 для вращения винта 10, термонагреватели (ТЭНы) 13, размещенных в сварочных колодках 1 и 2, термопары 14, отрезной зубчатый нож 15, размещенный в лазу нижней колодки 2, ппевмоприводы 16 для перемещения ножа в рабочее и исходное состояние.
На фиг.2 приведена кинематическая схема устройства и не требует пояснений, а лишь помогает лучше понять работу устройства.
Машина автоматически совершает следующий цикл операций: подающий транспортер подает упаковываемое изделие к узлу формирования пакета, пленка разматывается из рулона через систему роликов, проходя через узел формирования пакетов, образует «трубу», в которую толкатели транспортера досылают упаковываемое изделие, находясь в «трубе», изделие следует через устройство протяжки и сварки продольного шва, где сваривается продольный шов пакета, затем изделие проходит через устройство поперечной сварки, включающее заявляемый механизм, которое синхронно со скоростью подачи пленки сваривает и обрезает ее с постоянным шагом, создавая, таким образом, упаковку изделия, затем отводящий транспортер перемещает упакованное изделие для складирования его в тару.
Устройство для образования поперечного шва пакета работает следующим образом. В зависимости от упаковыемого материала посредством винтовой пары гаек 9 и винта 10 посредством штурвала 12 устанавливается высота свариваемого поперечного шва. Упаковываемое изделие вместе с пленкой (рукав с уже сваренным продольным швом) проходит взону поперечной сварки. Щеки 17, 18 постоянно осуществляют встречное перемещение, вместе с колодками 1 и 2, в которых установлены ТЭНы, обогревающие колодки до температуры, примерно на 5ºС выше, температуры плавления термопластичного упаковочного материала. Температура в сваривающих колодках контролируется термопарами 14. Нижняя щека 18 с нижней колодкой 2 поднимается вверх под действием пневмоцилиндра 4, шток которого соединен с коромыслами 7, которое вместе с рычагами 5 и 6 образуют привод для перемещения щеки 17 с колодкой 1 вниз. Это перемещение осуществляется следующим образом, под действием пневмоцилиндра 4 щека 18 перемещается вверх, но т.к. эта щека соединена с рычагом 6, то через коромысло 7 и рычаг 6, Щека 17 движется вниз, т.к. она с рычагом 5. Движение щек 17 и 18 осуществляется по двум направляющим 3, чтобы исключить перекос. Когда сваривающие колодки 1 и 2 сомкнутся, т.е. зажмут рукав, происходит образование поперечного шва упаковки. Через заданное время система управления выдает команду на пневмопривод 4 и его шток соединенный с коромыслом 7 опускается вниз, а рычаги 5 выталкивают щеку 17 с колодкой 1 вверх. Через время достаточное для достижения колодки 1 зону обреза упаковки, система управления работой упаковочной машины выдает команду на пневмоприводы 16 и они выдвигают отрезной нож 15 в зону отрезания упаковки, опираясь на подложку верхнего сварочного элемента 1, один пакет с изделием отделяется от другого.. Обе эти операции должны быть синхронизированы. После отрезания пакета нож 15 возвращается в исходное положение, а при достижении щекой 17 исходного положения, при введении следующего пакета в зону поперечной сварки, процесс повторяется. При этом изготовление данной полезной модели промышленным способом не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, следовательно заявляемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Заявляемое техническое решение обладает определенными преимуществами по сравнению с прототипом, т.к. обладает простой конструкцией, не вызывает затруднений при эксплуатации и позволяет производить экономичную плотную упаковку достаточно мелких изделий в пакеты небольшой длины, например, мыло или шоколадный батончик. Экспериментальные данные показали, что при высоте изделия 15-40 мм его длина составляет 60-115 мм.
В настоящее время закончена подготовка технической документации, которая передана в производственный отдел.
Внедрение машины намечено в 2011 г.