Система управления процессом ультразвуковой сварки в устройстве для герметизации пенопластичных материалов

) (11) 29 С 65/08 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ПАТЕНТУ(71) АБ Тетра Пак (Я.Е)(53) 664.8.039,4(088,8) 56) Авторское свидетельство ССС М 1315341, кл. В 29 С 65/08, 1985 4) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕСОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ В УСТОЙСТВЕ ДЛЯ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЕНОПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к производству упаковки из пенопластичных материалов для пи:цевых продуктов с применением ультразвуковой сварки и может быть использовано для управления процессом ультразвуковой сварки в пищевой, химической и смежных областях промышленности.Цель изобретения - повышение качества сварки,Цель достигается тем, что в устройстве для герметизации пенопластичных материалов используется система управления процессом ультразвуковой сварки, включающая источник электроэнергии, умножитель, интегрирующую схему, содержащую последовательно соединенные регистор и конденсатор, параллельно которому подсоединены усилитель и переключатель, регистр утечки, компаратор, Система осуществляет регулирование длительности импульса сварки в зависимости от мощно(57) Изобретение относится к производству упаковки для пищевых продуктов с применением ультразвуковой сварки и может быть использовано для управления процессом сварки, Цель изобретения - повышение качества сварки. Система управления процессом ультразвуковой сварки включает источник электроэнергии, умножитель, интегрирующую схему, компаратор и регулируемый резистор утечки, Длительность импульса сварки в зависимости.от его мощности регулируется автоматически, обеспечивая постоянное энергосодержание импульса путем установки значения потенциала сравнения на компараторе, а компенсация тепловых потерь осуществляется путем регулирования величины переменного резистора утечки. 3 ил.О сти и компенсацию тепловых потерь в свариваемом материале.На фиг. 1 показан узел сварки упаковоч- а ной тары из вспененного пластичного материала; на фиг. 2 - диаграмма мощности в зависимости от длительности импульса с . учетом тепловых потерь; на фиг. 3 - принципиальная схема системы регулирования мощности.ЬРУзел сварки (фиг, 1) включает генератор 0 1, подающий энергию ультразвуковых колебаний к объекту сварки.Объект сварки состоит из линии после- довательных элементов упаковочной тары - пакетов 2, которые образуются в цепи 3 последовательных формующих частей 4, Пакеты 2 образуются из двух отдельных лент вспененного пластичного материала, одна из которых формуется в последовательную линию Ч-образных частей, в которых лента располагается так, чтобы она крепила. квнутренним контурам формующих частей 4. Над этой лентой из последовательных Ч-образных частей располагается вторая лента, центральная часть которой покрывает части Ч-образных пространств, между тем как 5 краевые эоны второй ленты формуются в виде полосок, которые загибаются вниз для последующей сварки. Полости, образованные таким образом, наполняются жидким продуктом, который подается через налив ную трубу 5. После операции заливки йервая и. вторая ленты должны соединяться одна с другой герметичным сварным швом, при этом поднятые боковые стенки формующих частей 4 служат в процессе сварки в 15 качестве поддержки, Генератор 1 имеет пару сварных концентраторов 6, питаемых от источнииа питания 7.При сварке вспененного пластичного материала, который состоит из большого ко ,личества ячеек с тонкими стенками, необходимо регулировать количество энергии, которая подается в зону сварки. Тонкие стенки не могут подвергаться воздействию высокого давления, поскольку они при этом 25 разрушаются или оседают. Такое. оседание происходит также в том случае, если они подвергаются воздействию избыточного тепла,т,к. они расплавляются.Недостаточная подача энергии приво дит к тому, что плотность и прочность сварного шва не отвечает требованиям производства упаковки.Управление процессом сварки заключается в регулировании длительности импуль са в зависимости от его мощности таким образом, чтобы общее количество энергии, поданное во время каждого импульса, было одним и тем же. Это иллюстрирует фиг, 2, где по оси абсцисс отложена длительность 40 импульса, а по оси ординат - мощность. В предположении, что мощность в течение каждого отдельного импульса не меняется, график этой зависимости представляет собой гиперболу 8, а равные по площади пря моугольникиАВОС),иаппроксимируют количество подаваемой энергии в каждом импульсе.Однако имеются еще тепловые потери, которые пропорциональны длительности 50 импульса сварки. Это означает, что энергия сварки зависит от длительности импульса и при импульсах большой длительности может уменьшиться до такой степени, что результат сварки не будет отвечать 55 требованиям.Это иллюстрируется диаграммой на фиг, 2, на которой показано распределение мощности в зависимости от длительности импульса, демонстрирующее взаимосвязь между мощностью и временем для достижения удовлетворительного результата сварки, Тепловые потери отмечены заштрихованными прямоугольниками 9.Энергия, которая отводится в виде тепловых потерь через упаковочный материал в течение импульса , представляется прямоугольником АЕРВ. Она должна компенсироваться на величину заштрихованной площади 9, чтобы покрыть тепловые потеои.Точка Р прямоугольника СЕРО, который представляет энергию, подаваемую от источника к рабочему органу, лежит на кривой 10 (показана пунктирной линией). Кривая 10 проходит через соответствующие угловые точки всех компенсированных импульсов.Регулировка импульса энергии осуществляется системой, которая показана схематически на фиг. 3, Генератор 1 преобразует электрическую энергию в механические колебания, которые передаются ультразвуковым концентратором 6, рассчитанным и механически настроенным специальным образом, который может прижиматься к свариваемой поверхности и генерировать внутреннее трение между объектами, предназначенными для сварки, которые при этом нагреваются до такой степени, что термопластичные поверхности, обращенные друг к другу, сплавляются в герметичный и долговечный шов.Электропитание, подаваемое от источника тока, зависит от мощности, которая отбирается ул ьтразвуковым. кон центратором 6 во время операции сварки.Питание через провода 11 и 12 подается к ультразвуковому генератору 1, Провод 12 проходит через трансформатор 13 тока, посредством которого измеряется ток в проводе 12. На выводах вторичной обмотки трансформатора 13 тока расположен резистор 14. Напряжение на этом резисторе составляет трансформированную величину тока, проходящего через провод 12. Между проводами питания 11 и 12 включен делитель 15 напряжения, который состоит из соединенных высокоомных резисторов, Точка ответвления на этом делителе напряжения представляет трансформированную величину напряжения между проводами 11 и 12. Выходные напряжения от трансформатора 13 тока и делителя 15 напряжения подводятся к входным клеммам 16 и 17 умножителя 18, в котором напряжения в точках 16 и 17 умножаются одно на другое так, чтобы обеспечивать величину, пропорциональную электрической мощности, подаваемой источником 7 тока. Величина этой мощности пропорциональна напряжению на выходе 19 умножителя 18. Через конденсатор про1713429 50 55 текает ток, величина которого зависит от , емкости конденсатора и напряжения на его обкладках. Конденсатор заряжается до тех пор, пока напряжение на его обкладках не станет равным зарядному напряжению. Зарядка конденсатора С осуществляется с помощью операционного усилителя Е, который управляется напряжением отумножителя 18. Усилитель Е обеспечивает зарядку конденсатора С постоянным зарядным током, пропорциональным потенциалу в точке 19, который представляет величину электрической мощности, подаваемой от источника 7.питания. Операционный усилитель Е в соединении с конденсатором С является интегратором, который обеспечивает постоянный зарядный ток, т.к, усилитель регулирует потенциал в точке в таким образом, будто через конденсатор течет постоянный ток. Для ограничения зарядного тока умножителем 18 и усилителем Е включается резистор 20. Падение напряжения на резисторе 20 зависит от величины зарядного тока. Поскольку зарядный ток является постоянным, падение напряжения на резисторе 20, вызванное зарядным током, не будет меняться.К точке в на выходе усилителя подключен компаратор, который сравнивает два напряжения на входе и при одинаковом значении этих напряжений вырабатывает выходной сигнал. Компаратор К соединен через провод 21 спеременным резистором 22, одна концевая точка которого заземлена, а другая соединена с точкой постоянного потенциала. Переменный резистор 22 представляет собой делитель напряжения, обеспечивающий путем регулировки положения вывода 23 изменение потенциала сравнения в точке с, Когда потенциал в точке в достигает значения потенциала в точке с, компаратор вырабатывает управляющий сигнал, по которому замыкается контакт Я и разряжается конденсатор С После этого к концентратору 6 перемещается новый пакет, а источник 7 генерирует новый импульс.Описанная схема не обеспечивает какой-либо компенсации тепловых потерь,она только обеспечивает подачу импульсовот генератора с одинаковым энергосодержанием независимо от величины мощности.Компенсация тепловых потерь обеспечива 5 ется с помощью регулируемого резистора,подключенного к точке б с постоянным потенциалом.Регулирование величины сопротивле(ния резистора 24 приводит к тому, что ток10 через резистор 20 и, следовательно, падение напряжения на резисторе 20 могут меняться, обеспечивая компенсациютепловых потерь для материалов с разнойудельной теплопроводностью,15 Таким образом, длительность импульсасварки может регулироваться через -соответствующую установку потенциала в точке сс помощью делителя напряжения, компенсация тепловых потерь регулируется с по 20 мощью переменного резистора 21.Формула изобретения Система управления процессом ультра звуковой сварки в устройстве для герметизации пенопластичных материалов, содержащая источник электроэнергии, регулятор длительности цикла сварки и ключевой элемент, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, 30 с целью повышения качества сварки, регулятор длительности цикла сварки содержит умножитель, интегрирующую схему, компаратор, источник опорного напряжения, регулируемый резистор утечки, причем 35 интегрирующая схема выполнена в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора, параллельно последнему подсоединены усилитель и ключевой элемент, при этом умножитель подключен к ис точнику электроэнергии, выход умножителясоединен.с.резистором интегрирующей схемы, регулируемый резистор утечки подсоединен к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого соединена с пер вым входом компаратора, второй вход по-.следнего соединен с источником опорного напряжения, а выход - с ключевым элементом и источником электроэнергии.1713429 Составитель А. РогрвскиТехред М.Моргентал Редактор М. Циткин Корректор е ар Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин Заказ 547 ВНИИПИ Г Тиражного комитета по035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб., 4/5