DE3784045T2

DE3784045T2 - Schweissverfahren und apparat fuer aseptische herstellungs-, fuell- und schweissmaschine mit hoher kapazitaet.

Info

Publication number: DE3784045T2
Application number: DE8787117729T
Authority: DE
Inventors: Marvin P Hufford
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1986-12-17
Filing date: 1987-12-01
Publication date: 1993-05-19
Anticipated expiration: 2007-12-02
Also published as: EP0274641A2; US4825625A; ATE85280T1; DE3784045D1; KR960008699B1; DK661987A; JPS63178924A; DK661987D0; NO875257L; EP0274641A3; JP2598932B2; ES2037698T3; CA1283844C; NO875257D0; EP0274641B1; KR880007330A; NO304144B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Apparat zum Schweißen einer vorrückenden Materialbahn zu Packungen mit hohen Packungsproduktionsraten und insbesondere ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Apparat zur Induktionsschweißung einer kontinuierlich vorrückenden Polyfolienmaterialbahn in Längs- und Querrichtung, um ein Produkt enthaltende aseptische Packungen auszubilden.

Hintergrund der Erfindung

Aseptische Packungen betreffen geschweißte Behältnisse, die eine im wesentlichen gleichformige vorbestimmte Menge eines Produkts enthalten, wobei sie gemäß den Standards kommerzieller aseptischer Verpackungen gefertigt sind. Die kommerzielle aseptische Verpackung beinhaltet die Einleitung eines sterilen Produkts in einen sterilen Behälter und die darauffolgende hermetische Verschweißung des Behälters in einer Umgebung, die im wesentlichen frei von Mikroorganismen ist, die imstande sind, in einem lagerbeständigen Produkt bei Temperaturen zu wachsen, bei denen das gekühlte fertiggestellte Produkt wahrscheinlich während der Verteilung bzw. des Vertriebs und Lagerung vor dem Verbrauch gelagert wird. Hermetisch verschweißte Behälter minimieren den Übergang jedweden Gases oder Fluids durch die Behälterverpackung, so daß im wesentlichen keine biologische Übertragung stattfindet. Vorzugsweise ist die Packung auch im wesentlichen luftfrei, falls diese in signifikanten Mengen vorhanden ein unerwünschtes mikrobielles Wachstum fördern könnte oder bei Fehlen von mikrobiellen Wachstums den Geschmack oder die Farbe eines Produkts nachteilig beeinflussen könnte. Typische Produkte sind fließfähige Materialien, vorzugsweise ein flüssiges Getränk wie pasteurisierte Milch, Fruchtsäfte und dergleichen.
Die sterilen Behälter umfassen gemeinhin ein Schichtstoffverpackungsmaterial, das vorzugsweise zumindest eine Schicht eines stromführenden Materials wie eine Aluminiumfolie, eine äußere Schicht aus thermoplastischem Material, die das Packungsinnere in Kontakt mit dem Produkt darstellen soll, und eine äußere Materialschicht für den Kontakt mit der Umgebung aufweist. Das Schichtmaterial, hier auch als "Polyfolienbahn" bezeichnet, ist typischerweise fest genug, um in einer in gewisser Weise starren fertiggestellten Konfiguration aufrechtzustehen, um das Produkt zum Versand und Lagern aufzunehmen, und umfaßt gemeinhin eine Karton- oder Pappstrukturlage. Produktetikettier- und Registrazionsmarkierungen und dergleichen können auf der Kartonlage oder die äußere thermoplastische Lage aufgedruckt sein. In der unten erläuterten Erfindung umfaßt die bevorzugteste Polyfolienbalin ein Laminat aus einer Schicht aus Polyethylen geringer Dichte, gefolgt von Ganz-Papierzeug, Surlyn , Aluminiumfolie, Surlyn und wiederum gefolgt von einem linearen Polyethylen geringer Dichte. Das Polyethylen geringer Dichte könnte auch ein Polyethylen hoher Dichte sein, und die lineare Polyethylenschicht hoher Dichte könnte auch eine Polyethylenschicht geringer Dichte sein.
Das das Packungsinnere bildende thermoplastische Material muß imstande sein, zur Ausbildung hermetischer Schweißnähte verschweißt werden zu können. Typischerweise werden einander gegenüberliegende thermoplastische Lagen auf eine Schmelztemperatur erwärmt, so daß sie zusammenschmelzen. Die thermoplastischen und metallischen Folienschichten wirken im Verbund so, daß sie die hermetische Barriere für die aseptische Packung liefern. Die Metallfolienschicht oder -lage liefert eine Licht- und Sauerstoffbarriere. Die äußere Schicht ist gemeinhin ein thermoplastisches Material, das so erwärmt werden kann, daß die Packungsnähte und dreieckigen Lappen oder Streifen aus Überschußmaterial, die beim abschließenden Formen oder quaderartigen Umformen der Packungen ausgebildet werden, abgeflacht werden und gegen die Packungsseitenwände geheftet werden, um eine ästhetisch ansprechende Verpackung zu bilden.
Derartige Polyfolienlaminate können beabstandete Zufriffseinrichtungen umfassen, um es dem Benutzer zu ermöglichen, das Produkt aus der fertiggestellten Packung einfach herauszuholen.
Verschiedene Verfahren und Apparate zum Ausbilden aseptischer und nichtaseptischer Packungen oder Kartons aus Ganz-Papierzeug und Schichtmaterialbahnen sind bekannt. Diese Verfahren und Apparate fallen im allgemeinen in zwei Kategorien, die mit Zuschnitt-Teilzuführung und kontinuierlicher Bahnzufuhr.
In den Zuschnittzuführungsmaschinen wird die zugeführte Bahn zunächst separat in zugeschnittene und gekerbte Zuschnitt-Teile gebracht. Die Zuschnitt-Teile werden dann in den Formabschnitt des Apparats, jeweils einer nach dem anderen, eingebracht und zu Behältern aufgebaut. Zahlreiche Apparate bearbeiten verschiedene Zuschnitt-Teile in verschiedenen Konstruktionsstufen gleichzeitig. Für aseptische Verpackungen werden die Behälter sterilisiert, mit einem sterilen Produkt gefüllt und in einer sterilen Umgebung hermetisch verschweißt und verschlossen. Die Schweißnähte dieser Behälter werden typischerweise durch Zusammenkleben oder Wärmedruck überlappender Klappen gegeneinander ausgebildet.
Einige Zuschnitteinspeisungsmaschinen formen die Zuschnitt-Teile intermittierend in Kartons um, wobei ein Aufbauvorgang am Zuschnitt-Teil oder Karton an jeder Station ausgeführt wird und das Zuschnitt-Teil oder der Karton von Station zu Station vorgerückt wird. Andere Zuschnitteinspeisungsmaschinen arbeiten halbkontinuierlich durch kontinuierliches Vorrücken des Zuschnitt-Teils zur Ausbildung des Behälters und darauffolgendes intermittierendes Vorrücken des Behälters zur Sterilisierung, Füllung und Verschweißung des Behälters. Ein kommerzieller, intermittierender aseptischer Apparat mit Zuschnitteileinspeisung ist das Kombiblock Modell Nr. CF 606A.
In Apparaten mit kontinuierlicher Bahneinspeisung wird die Bahn direkt von der Bahnlagerrolle genommen, gekerbt (wenn sie nicht bereits auf der Rolle vorgekerbt ist) und in den Apparat eingespeist. Der Apparat faltet dann die Bahn, um eine Säule auszubilden, verschweißt die Längskanten zur Ausbildung eines Schlauches, füllt den Schlauch mit einem Produkt und klemmt den Schlauch ab, verschweißt ihn und schneidet ihn zur Ausbildung der Packungen. Die Bahnvorrückung kann kontinuierlich sein, um die Bahn allmählich der Manipulation zu den verschweißten Packungen zu unterziehen, oder intermittierend, um jeden Aufbauvorgang so durchzuführen, daß dabei die Bahn stationär gehalten wird oder die Bahn währenddessen zwischen zwei Stationen bewegt wird. Die Verriegelungs- oder Verschweißschritte umfassen typischerweise die thermische Verschweißung thermoplastischer Materialien zur Ausbildung einer hermetischen Schweißnaht. Das Thermoschweißen wird beispielsweise unter Einsatz von Strahlungswärme, erwärmten Kontaktteilen oder Induktionsheizspulen bewerkstelligt (bei Bahnen mit einer leitenden Schicht, die in sie integriert ist oder auf ihnen aufgebracht ist).
Für die aseptische Verpackung wird die Bahn sterilisiert und in einen stabilen Apparatabschnitt eingespeist, so daß der Schlauch steril ist und die Packung in einer sterilen Umgebung gebildet, gefüllt und verschweißt wird. Ein kommerzieller aseptischer Apparat mit automatischer kontinuierlicher Einspeisung ist das Tetra-Pak Modell AB 9. Andere bekannte aseptische Maschinen bzw. Apparate umfassen den aseptischen Verpackungsapparat mit Bahnzuführung, Modell SA der International Paper Company.
In vielen der Apparate werden hin- und hergehende Einrichtungen benutzt, um die Bahn zu bearbeiten, welche entweder, wenn die Bahn oder Verpackung stationär ist, in die Position und Bearbeitung vorrücken und dann aus der Position und Bearbeitung herausrücken, wenn die Bahn oder Verpackung vorgerückt wird, oder die, wenn die Bahn vorrückt, mit der Bahn fortschreiten und diese bearbeiten, wenn sie sich bewegt, und dann zum Beginn ihres Hubbereichs zurückkehren, während die Bahn oder Verpackung stationar ist, um die folgende Packung zu bearbeiten.
Die Apparate mit kontinuierlicher Bahneinspeisung können eine oder mehrere hin- und hergehende Einrichtungen aufweisen, die vorrücken, während die Bahn fortschreitet, um vorzurücken, oder kann einander gegenüberliegende endlos rotierende Einrichtungen wie Räder oder verbundene Endlosbänder umfassen, die mehrere identische Einrichtungen enthalten, um aufeinanderfolgend die Bahn zu bearbeiten, wenn diese sich mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit weiterbewegt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung in Apparaten mit kontinuierlicher Bahneinspeisung und ist dazu ausgelegt, eine wesentlich höhere Produktionsrate als die gegenwärtig bekannte Apparate aufzweisen.
Das primäre Problem bei den zuvor erwähnten Form-, Füll- und Verschweißapparaten besteht darin, daß sie in der Maschinengeschwindigkeit und Bahnsteuerung beschränkt sind die zur kontinuierlichen oder intermittierenden Herstellung aseptischer Verpackungen mit einer höheren Geschwindigkeitsrate als der gegenwärtig erzielbaren auf eine ökonomisch wirksame Weise erforderlich sind.
Die Produktionsraten bekannter Zuschnitteinspeisungsauslegungen und Apparate sind durch die Zeit begrenzt, die zum Aufbau eines Zuschnitt-Teils zu einem Karton, zum Füllen des Kartons und zum dichten Verschließen des Kartons erforderlich ist.
Intermittierende und kontinuierlich zuführende Bahneinspeisungsmaschinen sind durch die Rate beschränkt, mit der die Bahn in einen in Längsrichtung vorrückenden Schlauch umgeformt werden kann und die Verschweißmechanismen den Schlauch transversal abklemmen, verschweißen und zu Packungen auftrennen können, oder durch die Geschwindigkeit der endlos vorrückenden gekoppelten Ketten oder Bänder oder sich drehender Räder, auf denen die Verschweißmechanismen angebracht sind, oder durch die Rate der hin- und hergehenden Wirkung der Verschweißeinrichtungen, die zur Ausbildung jeder Verpackung benutzt werden.
Eine Vergrößerung der Geschwindigkeit von Apparaten, die mehrere Verschweißmechanismen auf einem Rad oder Endlosförderband aufweisen, kann bewirken, daß die gegenüberliegenden Räder oder Bänder in Schwingungen geraten oder anstoßen, wenn die Verschweißmechanismen in Kontakt miteinander kommen, um die Verpackung abzuklemmen und zu verschweißen. Dies erhöht den Verschleiß und setzt die Lebensdauer der Verschweißmechanismen herab und könnte dazu führen, daß die Räder oder Bänder schwingen oder fehlausgerichtet werden oder aus der Spur geraten, so daß die Verschweißmechanismen nicht exakt schweißen würden.
In ähnlicher Wreise würde die bloße Erhöhung der Frequenz der hin- und hergehenden Bewegung der Verschweißeinrichtungen oder andere Elemente zur Erhöhung der Produktionsrate auch den Verschleiß steigern und jedwedes Ungleichgewicht verschlimmern, welches dazu führen könnte, daß ein Apparat dieser Art sich durch Rüttelbewegung selbst versetzt. Die Hinzufügung einer zweiten hin- und hergehenden Vorrichtung, beispielsweise eines Verschweißkopfes, um die Rate zu erhöhen, ist mit einigem Erfolg angewandt worden, vergleiche beispielsweise das Modell AB-9, hergestellt von Tetra-Pak. Jedoch unterliegt auch diese Technik dem Nachteil, eingeschränkte maximale Raten der hin- und hergehenden Bewegung und Produktion aufzuweisen, und trägt zu einer ungebührlichen mechanischen Komplexität bei, um zu ermöglichen, daß die mehrfachen Einrichtungen für die hin- und hergehende Bewegung sich, ohne einander zu stören, aneinander vorbeibewegen können.
Das Hinzufügen einer zweiten oder mehrerer Produktionsstraßen löst nicht das Problem der Erhöung der Produktionsrate einer einzigen Maschine. Zahlreiche Fertigungsstraßen, die auf einem einzigen Rahmen angebracht sind, können einige Effizienz erbringen, indem sie gemeinsame Elemente teilen, jedoch ist es effektiv dasselbe wie bei zwei oder mehr Apparaten. Die Produktionsrate wird nicht erhöht, lediglich das Volumen. Derartige Apparate wie beispielsweise die zuvor erwähnte Combiblok-Maschine, die zwei parallele Fertigungsstraßen aufweist, und andere bekannte Modelle, die vier Produktionsstraßen aufweisen, sind ungebührlich sperrig, mechanisch kompliziert und benötigen eine beträchtliche Stellfläche. Ferner wird der Apparat, je mehr gemeinsame Elemente von mehreren Straßen geteilt werden, um so komplizierter und teurer, insbesondere, wenn der gesamte Apparat angehalten werden muß, um ein nur in einer der Straßen vorhandenes Problem zu orten.
Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, der in der CH-A-463 088 offenbart ist. Diese Patentschrift beschreibt einen Apparat zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes zum Anheften eines thermoplastischen Kunstharzmaterials an zumindest ein weiteres Material, sowie ein Verfahren zum Durchführen des Anheftens oder Anklebens. Der Apparat umfaßt eine Quelle elektromagnetischer Energie, eine Einrichtung zum Vorrücken und Manipulieren einer Polyfolienbahn, so daß die Bahnkanten in Längsrichtung in einer übereinanderliegenden Beziehung ausgerichtet sind, eine erste Induktionsspule, die auf die Quelle elektromagnetischer Energie anspricht, mehrere transversaler Spulen, wobei eine transversale Spule jedem Schweißmechanismus zugeordnet ist, jede transversale Spule auf die Quelle elektromagnetischer Energie anspricht, eine Einrichtung zum Anschließen und Erregen der ersten Induktionsspule derart, daß, wenn die erste Induktionsspule angeschlossen ist und erregt ist, die erste Induktionsspule ein erstes elektromagnetisches Feld erzeugt, das eine ausreichende Intensität aufweist, um einen Strom in den übereinanderliegenden Kanten der Polyfolienbahn in der Nähe der ersten Induktionsspule und dem ersten elektromagnetischen Feld zur Erwärmung der Polyfolienbahn zur Ausbildung eines Polyfolienschlauches ausgesetzt, zu induzieren, und eine Einrichtung zum Anschließen und Erregen einer transversalen Spule derart, daß, wenn die transversale Induktionsspule angeschlossen und erregt ist, die transversale Induktionsspule ein zweites elektromagnetisches Feld aufweist, das eine ausreichende Intensität aufweist, um einen Strom in dem abgeklemmten Polyfolienschlauch in der Nähe der transversalen Induktionsspule und dem zweiten elektromagnetischen Feld zur Erwärmung des transversal abgeklemmten Polyfolienschlauches zur Ausbildung von Packungen ausgesetzt, zu induzieren. In verschiedenen Ausführungsbeispielen dienen Metallstreifen, die in einer oberen und unteren Schließzone liegen, und Metallstreifen, die in der Längsschweißnaht liegen, dazu, die verbundenen Flächen der Verpackungen durch Erwärmen der Streifen durch die angelegten magnetischen Wechselfelder zu verschweißen. Die Arbeitsstellungen der Verschgeißmechanismen werden durch die erforderliche Schweißzeit bestimmt. Für Apparate mit höheren Produktionsraten ist es daher erforderlich, die Abstände zwischen den Arbeitspositionen zu vergrößern.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Längs- und Querverschweißen und einen Apparat zum Einsatz beim Formen, Füllen und Trennen von Polyfolienpackungen aus einer Polyfolienbahneinspeisung mit hohen Geschwindigkeitsraten anzugeben. Es ist auch eine Aufgabe, ein derartiges Verfahren und einen derartigen Apparat zur Packungsausbildung unter aseptischen Bedingungen vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine Schaltungseinrichtung zur Steuerung des Schweißvorgangs des Apparats anzugeben, um eine kontinuierliche Produktion aseptischer Verpackungen mit vorselektierter fester Rate aufrechtzuerhalten, die eine variabel steuerbare Rate sein kann.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine einzige, relativ langsam rotierende Struktur anzugeben, die mehrere Schweißmechanismen aufweist, um die Bahn transversal für eine ausreichende Zeit abgeklemmt zu halten, um hermetische Schweißnähte ohne Überbeanspruchung der mechanischen Grenzen des Apparats bei hohen Produktionsraten ausbilden zu können.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Apparat zum Steuern des Anlegens von Hochfrequenzenergie vorzusehen, die dazu benutzt wird, die Polyfolienbahn zur Ausbildung aseptischer Packungen induktiv zu schweißen.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine sekundäre vertikale Induktionsheizspule einzusetzen, eine transversale sekundäre Spule, die in jedem Schweißmechanismus angebracht ist, und einen einzelnen Induktionsgenerator, um alternierend die Längsverschweißung und beabstandeten Transversalschweißnähte des Schlauchs zum Ausbilden gefüllter verschweißter Packungen herzustellen, und um die Leistung des Generators und die Erregung der vertikalen und transversalen Spulen zur Steuerung der Ausbildung der Schweißnähte einzustellen.
Diese Aufgaben werden mit einem Apparat gelöst, in dem die Quelle elektronagnetischer Energie einen variablen Ausgangsleistungspegel aufweist, wobei der Pegel von einem Steuersignal abhängt, die Einrichtung zum Anschließen und Erregen der ersten Induktionsspule und die Einrichtung zum Anschließen und Erregen einer transversalen Spule, ferner eine erste Kopplungseinrichtung umfaßt, die die erste Induktionsspule an die Quelle elektromagnetischer Energie anschließt, eine zweite Kopplungseinrichtung zum elektrischen Anschließen einer transversalen Spule an die Quelle elektromagnetischer Energie und die Schaltungseinrichtung, die das Steuersignal zur Steuerung des Ausgangspegels der elektromagnetischen Energiequelle so erzeugt, daß, wenn die erste Induktionsspule an die Energiequelle angeschlossen ist, die erste Induktionsspule das erste elektromagnetische Feld erzeugen wird, und so, daß, wenn eine transversale Spule an die Energiequelle angeschlossen ist, die transversale Spule das sekundäre elektromagnetische Feld erzeugen wird. Die erste Kopplungseinrichtung weist ferner eine erste Arbeitsspule auf, die elektrisch mit der Quelle elektromagnetischer Energie gekoppelt ist. Eine zweite Arbeitsspule ist elektrisch an die erste Induktionsspule angeschlossen und dazu ausgelegt, an die erste Arbeitsspule angekoppelt zu werden. Eine Einrichtung zum Koppeln und Entkoppeln der ersten und zweiten Arbeitsspule ist vorgesehen und weist eine Betätigungseinrichtung auf, die die erste und zweite Arbeitsspule physisch in einen relativen Wirkungsbereich hinein und aus diesem herausbewegt, so daß, wenn die erste Induktionsspule sich im relativen Wirkungsbereich befindet, sie das erste elektromagnetische Feld erzeugen kann, und daß, wann sie sich außerhalb des relativen Wirkungsbereichs befindet, die erste Induktionsspule im wesentlichen das erste elektromagnetische Feld nicht erzeugen kann. Die Einrichtung zum Koppeln und Entkoppeln der ersten und zweiten Arbietsspule weist ferner ein erstes magnetisches Gehäuse auf, das eine der Arbeitsspulen umgibt, ein zweites magnetisches Gehäuse, das die andere der Arbeitsspulen umgibt, und die Betätigungseinrichtung wirkt so, daß sie das erste und zweite Gehäuse in einen Nahbereich bewegt, um das elektromagnetische Feld von der ersten Arbeitsspule auf die zweite Arbeitsspule zu koppeln, und aus dem Nahbereich herausbewegt, um die erste Arbeitsspule und die zweite Arbeitsppule zu entkoppeln.
Ferner sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schweißen einer Polyfolienbahn eines Materials in geschweißte Packungen vor, wobei die Bahn zumindest eine Metallschicht und zumindest eine thermoplastische äußere Schicht umfaßt die Packungen ein Produkt enthalten, und das Verfahren von einer Packungsherstellungsmaschine anzuwenden ist, die eine Quelle elektromagnetischer Energie aufweist, eine erste Induktionsspule und mehrere beabstandete Schweißmechanismen, wobei jeder Schweißmechanismus eine Schweißbacke und eine Amboßbacke zum transversalen Einklemmen und Verschweißen eines Polyfolienschlauches und zum Herstellen von Packungen zwischen aneinandergrenzenden Schweiß mechanismen aufweist, wobei jede Sohweißbacke eine transversale Induktionsspule aufweist, die so angebracht ist, daß sie nahe am abgeklemmten Polyfolienschlauch liegt, wenn die entsprechende Schweißbacke sich in der Schweißposition befindet. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Manipulieren und Vorrücken der Bahn, so daß die Längskanten der Bahn in einer übereinandergelegten Beziehung angeordnet sind und in enger Nähe zur ersten Induktionsspule vorbeigeführt werden, Koppeln der ersten Induktionsspule an die Quelle elektromagnetischer Energie, um so die erste Induktionsspule mit elektromagnetischer Energie derart zu erregen, daß die erste Induktionsspule ein erstes elektromagnetisches Feld einer ausreichenden Intensität und Dauer erzeugt, um die Polyfolienbahnkanten, die den ersten elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind, zur Zusammenschweißung einer Länge der Kanten für die Ausbildung eines Polyfolienschlauches zu erwärmen, Füllen des Schlauches mit Produkt, transversales Abklemmen des Schlauches mit einem Schweißmechanismus, Koppeln der transversalen Induktionsspule des abgeklemmten Schweißmechanismus an die Quelle elektromagnetischer Energie, um so die gekoppelte transversale Spule mit elektromagnetischer Energie derart zu erregen, daß die gekoppelte transversale Induktionsspule ein zweites elektromagnetisches Feld ausreichender Intensität und Dauer erzeugt, um die transversal abgeklemmte Polyfolienbahn, die dem zweiten elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, zum transversalen Schweißen eines Bereichs des Schlauches zu erwärmen, und alternierendes Koppeln und Erregen einer der ersten Induktionsspule und einer transversalen Induktionsspule eines transversal klemmenden Schweißmechanismus und Vorrücken der Bahn während der alternierenden Kopplung und Erregung, um so die Polyfolienbahn längsweise zu einem Schlauch und den produktgefüllten Schlauch transversal zu geschweißten Packungen zu schweißen.
Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren und einen verbesserten Apparat zur Längsverschweißung eines Polyfolienbahnmaterials zu einem Schlauch und darauffolgenden Verschweißen des Schlauches zu diskreten produktgefüllten Packungen unter Verwendung einer stationären vertikalen Schweißinduktionsspule (auch als "vertikale Schweißspule", "longitudinale Schweißspule", "vertikale Induktionsspule" oder "longitudinale Induktionsspule" bezeichnet), mehrerer transversaler Schweißinduktionsspulen (auch als "transversale Schweißspulen" oder "transversale Induktionsspulen" bezeichnet) und eines Steuersystems zum Verteilen der elektromagnetischen Energie zwischen den vertikalen und transversalen Induktionsschweißspulen, um die Polyfolie induktiv zu heizen und hierdurch die Längs- und Querschweißnähte auszubilden.
Um die Polyfolienmaterialien gemäß der vorliegenden Erfindung induktiv zu schweißen, muß die Polyfolie so manipuliert werden, daß die zu verschweißenden Bereiche einander in dichter Annäherung oder im Berührungskontakt überlappen, wobei vorzugsweise thermoplastische Schicht auf thermoplastische Schicht angeordnet ist, wobei eine thermoplastische Schicht an die stromführende Schicht der Polyfolie angrenzt. Der zu verschweißende Bereich wird dann einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt, welches eine ausreichende Energie aufweisen muß, um einen Strom in der stromführenden Schicht der Polyfolie zu induzieren. Die induzierten Ströme, die gleichförmig oder auch nicht gleichförmig sein können, müssen in der stromführenden Schicht eine Gesamtdichte und Verweildauer aufweisen, die ausreichen, um die Schicht einer Widerstandsheizung zu unterziehen und hierdurch die aneinandergrenzenden, benachbarten oder kontaktierenden, einander gegenüberliegenden thermoplastischen Schichten induktiv zu schmelzen. Die geschmolzenen thermoplastischen Materialien werden dann vorzugsweise unter Anwendung einer physikalischen Kraft - mechanisch, magnetisch oder eine Kombination hiervon - verschmolzen, und man läßt sie zur Ausbildung einer hermetischen Schweißnaht abkühlen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann ein thermoplastischer Haft - stoff zwischen die Schichten, die zusammenzuschweißen sind, gebracht werden und die in der stromführenden Schicht erzeugte Wärme dazu verwendet werden, das Haftmittel zur Verschweißung der Schichten zu aktivieren.
Die Längsverschweißung wird durch Manipulieren der Bahn in der Weise ausgeführt, daß die Kanten, die zusammenzuschweißen sind,in Gegeneinanderlage ausgerichtet werden, wobei das Produkt die thermoplastische Schicht, die das Schlauchinnere bildet, kontaktiert. Die Bahnkanten werden dann dicht aneinander gehalten und durch ein elektromagnetisches Feld geführt, das durch die vertikale Schweißspule ausgestrahlt wird. Das elektromagnetische Feld muß von ausreichender Energie sein, um die Ströme zu induzieren, die benötigt werden, um die Bahnkanten induktiv zu erwärmen und zusammenzuschweißen.
Die vertikale Schweißspule ist vorzugsweise eine längliche Spule, die um die Bahnkanten herumgefaltet ist, welche zwischen den stromführenden Flächen der Spule hindurchgeführt werden. Diese Konfiguration liefert ein konzentriertes elektromagnetisches Feld im Innern der länglichen stromführenden Leiter, die sich in Länge oder Höhe der vertikalen Schweißspule erstrecken, und induziert Ströme in der Polyfolie, die entgegengesetzte Magnetkräfte auf die einander entgegengesetzten stromführenden Schichten der Polyfolie erzeugen, die zum Zusammendrücken der Schichten eine Anziehungskraft ausüben.
Die Längsverschweißung wird segmentweise durchgeführt, während die Bahn kontinuierlich vorgerückt wird. Ein Steuersystem erregt die vertikale Schweißspule für eine Zeitperiode zur Schmelzung einer Bahnlänge zur Ausbildung eines Schlauchabschnitts. Nachdem eine Trensversalverschweißung hergestellt ist, erregt das Steuersystem wiederum die vertikale Schweißspule, bevor die hintere Kante des geschmolzenen zuvor hergestellten Schlauchsegments sich über den Wirkungsbereich des erregten elektromagnetischen Feldes hinausbewegt hat, um eine weitere Länge der Bahn zu einem Schlauch zu schmelzen, so daß aneinandergrenzende Längen überlappen. Infolgedessen liegt eine Wechselwirkung der Länge der vertikalen Schweißspule, der Erregungszeitdauer und der Zeitdauer zwischen den Erregungen, der Bahnvorschubrate und der wirksamen elektromagnetischen Feldintensität vor und muß so eingestellt werden, daß die Aggregatexpositionszeit, während der die vorrückende Bahn dem wirksamen elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, das thermoplastische Material zum Verschweißen über die gesamte Bahnlänge ausreichend schmilzt. Infolgedessen können einige der Längsverschweißungen während eines Vertikalschweißerregungszyklus vollständig ausgebildet werden und einige während der Exposition in mehr als einem Zyklus.
Die vorliegende Erfindung kann auch für Maschinen ausgelegt werden, die die Bahn intermittierend vorrücken, indem die vertikale Schweißspule erregt wird, während die Bahn wie oben beschrieben vorgerückt wird, oder während die Bahn stationär ist. In diesem Ausfühhungsbeispiel muß die Vorschublänge geringer als eine Vertikalschweißsegmentlänge sein, um sicherzustellen, daß die aneinandergrenzenden Segmente einander überlappen.
Eine horizontale oder transversale Verschweißung wird mittels einer transversalen Spule ausgeführt, die in einer Schweißbacke eines Schweißmechanismus angebracht ist. Der Schweißmechanismus ist so ausgelegt, daß eine Schweißbacke und eine Amboßbacke schwenkbar miteinander verbunden sind und ein Mechanismus zum Öffnen und Schließen der Backen um den Schlauch vorgesehen ist. Die Backen werden mit Druck transversal um den Schlauch geschlossen, um so jegliches Produkt im Schlauch aus dem Klemmbereich herauszudrücken, eine Fluidströmung im abgeklemmten Bereich zu verhindern und den Schlauch flach zu drücken. Die transversale Spule ist in der Schweißbacke so angebracht, daß sie einen stromführenden Leiter darstellt, der sich in der Nähe des abgeflachten Schlauches im abgeklemmten Bereich befindet und vorzugsweise über diesen abgeflachten Schlauch gelegt ist. Die transversale Spule wird dann so erregt, daß sie ein zweites elektromagnetisches Feld erzeugt, das auf den Schlauch im abgeklemmten Bereich auftrifft.
Das zweite elektromagnetische Feld induziert in der stromführenden Schicht des Schlauches Strom. Die Dichte dieses induzierten Stromes und seine Dauer müssen ausreichend sein, um die gegenüberliegenden thermoplastischen Schichten in geeigneter Weise zu schmelzen. Die Klemmkraft des Schweißmechanismus komprimiert die geschmolzenen thermoplastischen Schichten so, daß sie zusammenschmelzen. Wenn die transversale Spule aberregt wird, kühlt das geschmolzene thermoplastische Material unter Ausbildung einer hermetischen Schweißnaht ab. Der Schweißmechanismus verbleibt typischerweise über eine ausreichende Zeitdauer nach der Aberregung angeklemmt, um zu ermöglichen, daß das thermoplastische Material kühlt und eine homogene hermetische Schweißnaht ausbildet, die für eine aseptische Verpackung geeignet ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die transversale Spule in Form zweier Leitersegmente ausgebildet, wobei das erste die elektromagnetische Energie von einer erregten primären Arbeitsspule empfängt, die selbst ein elektromagnetisches Feld erzeugt, und das zweite Segment das sekundäre elektromagnetische Feld erzeugt, das den Schweißbereich durchsetzt und erwärmt. Der Ausdruck "transversale Spule" bezieht sich sowohl auf das energieaufnehmende als auch auf das energieabstrahlende Leitersegment einer sekundären Induktionsschweißspule als einer einzigen Induktionsspule, wie hier beschrieben, wohingegen die Ausdrücke "___ Schweißspule" oder "___ Induktionsspule" sich nur auf die strahlenden Leitersegmente beziehen, die eine induktive Erwärmung der Polyfolie hervorrufen.
Das zweite Segment oder die transversale Schweißspule ist vorzugsweise eine längliche halbe Wicklung eines stromführenden Leiters, die zwischen den länglichen Leitern einen Spalt aufweist, um eine Messerklinge oder -schneide aufzunehmen, die dazu benutzt werden kann, den Schlauch im abgeklemmten Bereich durchzutrennen, um eine gefüllte und verschweißte Packung vom vorrückenden Schlauch abzutrennen. Das längliche zweite Segment ist dielektrisch in Serie mit dem ersten leitenden Segment verbunden, das vorzugsweise die Form einer halben kreisförmigen Wicklung aufweist und in einem Gehäuse angebracht ist, das dazu ausgelegt ist, das elektromagnetische Feld der Primärspule auf das erste Leitersegment zu fokussieren, um die Wirksamkeit der von der primären Arbeitsspule auf die transversale Schweißspule übertragenen Leistung zu steigern. Sowie der Schweißmechanismus vorrückt, wird das erste oder zweite Empfangssegment typischerweise durch das wirksame elektromagnetische Feld geleitet, das von der primären Arbeitsspule für eine ausreichende Zeitdauer erzeugt wird, um den erforderlichen Strom im zweiten Leiterelement zu erzeugen. Enge Kopplungsfaktoren können auch vorgesehen sein, um die Wirksamkeit der Energieübertragung zu verbessern.
Das längliche zweite Segment kann eine Vielfalt von Schweißprofilen im abgeklemmten thermoplastischen Material liefern. Teilweise hängt das Schweißprofil von den Heizlängen und der gewünschten elektrischen Effizienz des Systems ab, der Fähigkeit des Schweißmechanismus, das Produkt aus dem Schlauch im abgeklemmten Bereich herauszupressen, der Stromverteilung über die Stirnfläche des länglichen zweiten Segments und der erforderlichen hermetischen Verschweißung.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel könnte die transversale Induktionsspule zwei längliche Leiter aufweisen, die sich über den abgeklemmten Bereich erstrecken, elektrisch parallel bezüglich eines Einzelrückleiters geschaltet sind, der von den beiden Leitern beabstandet ist und sich beispielsweise um die Rückseite der transversalen Spulenfläche erstreckt. Es kann ein Spalt vorgesehen sein, um eine Messerklinge aufzunehmen, die den Schlauch, während er abgeklemmt ist, durch den verschweißten Bereich hindurch auftrennt. Eine solche Spulenanordnung würde ein gleichmäßigeres sekundäres elektromagnetisches Feld als ein länglicher Leiter halber Wicklung erzeugen, weil der um die Polyfolie herum induzierte Strom vollständig in derselben Richtung fließen würde. Dies würde zu einer einzigen relativ homogenen Verschweißung im transversal abgeklemmten Bereich führen. Demgegenüber neigt die längliche halbe Wicklung dazu, zwei induzierte Strompfade in der Polyfolie zu erzeugen, die Spiegelbilder des Stromflusses um die Wicklung oder Schleife sind und dazu neigen, einander in der Mitte zwischen den Strompfaden auszulöschen. Dies minimiert den induzierten Strom, der nahe am Messerspalt liegt und diesen wiederspiegelt, und dies kann eine längere Erregungszeit zur Erzielung der gewünschten homogenen Schweißnaht erfordern.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die transversale Induktionsspule einen einzelnen breiten Leiter vorsehen sowie eine separate Rückleitung, die den abgeklemmten Schweißbereich relativ gleichförmig erwärmen wird. Diese Konfiguration stellt auch ein relativ gleichmäßiges elektromagnetisches Feld dar und erzeugt in der Polyfolie einen entsprechenden Spiegelbild-Induktionsstrom und eine gleichmäßige Druckfläche quer über den abgeklemmten Bereich, um eine einzige homogene Schweißnaht zu liefern. In diesem Ausführungsbeispiel würde der Packungsauftrennschritt wahrscheinlich an einer anderen Stelle auftreten oder andernfalls könnte die Messerklinge in die Spulenfläche drücken, um eine gefüllte und verschweißte Packung abzutrennen.
In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel sieht die transversale Induktionsspule zwei längliche Halbwicklungsleiter vor, die parallel geschaltet sind und derart um einen Messerspalt angeordnet sind, daß eine Schleife oder Wicklung auf jeder Seite des Spaltes angeordnet ist. Die Schleifen oder Wicklungen sind elektrisch parallelgeschaltet, so daß der Strom in den Leitersegmenten nahe des Spaltes in derselben Richtung fließt und die Ströme in den distalen Leitern in derselben Richtung fließen; dabei ist der Stromfluß in den nahen oder proximalen Segmenten entgegengesetzt zu dem in den distalen Segmenten und liegt in derselben Ebene. Beispielsweise könnte der Strom die proximalen Leiter herunterfließen und entlang der distalen Leiter zurückfließen. Dieses spezielle Ausführungsbeispiel ist in bezug auf die Ausführungsbeispiele mit einem Rückleiter, der von der transversalen Induktionsspulenfläche beabstandet ist und nicht in einer Ebene parallel zum abgeklemmten Schweißbereich liegt, effektiver. Die zweischleifige Ausbildung liefert auch die Möglichkeit, die beiden Schleifen unabhängig abzustimmen, so daß die Stromverteilung zwischen den Schleifen so eingestellt werden kann, daß eine relativ gleichmäßige Heizung des abgeklemmten Schweißbereichs auf beiden Seiten des Messerspalts, resultierend in einer homogenen Schweißnaht, vorgesehen werden kann.
Für jede der vorhergehenden Spulenausführungen kann ein unterschiedlicher Leistungspegel und eine unterschiedliche Erregerzeit erforderlich sein. Ein Grund hierfür besteht darin, daß die Spulenauslegung der geladenen Leiter und die Lage der nicht geladenen Rückleiter die elektrische Wirksamkeit des Generators beeinflußt. Die Generatoreffizienz hängt teilweise von dem Naheffekt zwischen den Leitern und der Impedanzanpassung am Generatorausgang ab. Je weiter die Leiter entfernt sind, um so weniger effizient ist das System und um so mehr Leistung ist erforderlich, um die Spule zur Erzielung einer ausreichenden Verschweißung anzusteuern. Darüber hinaus weist jede Spulenkonfiguration einen unterschiedlichen Innenwiderstand auf, der vorzugsweise an den Generatorausgang angepaßt oder abgestimmt ist, um Fehlanpassungsverluste zu minimieren.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere Schweißmechanismen vorgesehen, die auf einer endlos vorrückenden Struktur angebracht sind, vorzugsweise einer sich drehenden Struktur und noch vorzuziehender einem sich drehenden Zylinder. Die Schweißmechanismen sind beabstandet und so angeordnet, daß sie den vorrückenden Polyfolienschlauch sequentiell transversal abklemmen.
Die primäre Arbeitsspule kann irgendeine Spule sein, die imstande ist, ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das geeignet ist, einen adäquaten Strom im ersten und infolgedessen dem zweiten Leiterelement der transversalen Spule zu induzieren.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die primäre Arbeitsspule eine längliche ovale, säulenartige Spule mit mehreren Wicklungen, die dazu ausgelegt ist, ein elektromagnetisches Felddichteprofil zu liefern, das einen Strom in der transversalen Spule erzeugt, wenn diese das Feld durchquert, während die primäre Arbeitsspule erregt ist, um eine transversale Verschweißung zu erzielen. Andere Spulenauslegungen können verwendet werden, wie kreisrunde Spulen oder Flach- oder Scheibenspulen. Geeignete Einstellungen des ersten Leitersegments der transversalen Spule, der Spulenkopplungen oder der Geschwindigkeit, mit der die transversale Spule vorbeibewegt wird, können erforderlich sein, um eine korrekte Schweißung zu erzielen.
Da die Schweißmechanismen unter einem Abstand angeordnet sind und die zur Erzeugung der transversalen Schweißnaht erforderliche Zeit relativ kurz im Vergleich mit der Vorschubrate des Schweißmechanismus ist, ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die primäre Arbeitsspule nicht kontinuierlich erregt zu werden braucht. Folglich liefert die vorliegende Erfindung sowohl die Längs- als auch Querverschweißung mit einem einzigen Induktionsgenerator, einem Kopplungsmechanismus, der die erzeugte elektromagnetische Energie entweder auf die Längsverschweißnaht oder die transversale Schweißnaht richtet, und einer Steuerschaltung zur Steuerung des Leistungspegels, der vom Induktionsgenerator erzeugt wird, in Abhängigkeit davon, ob ein Längsschweißsegment oder eine transversale Verschweißung ausgeführt werden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Hochfrequenzströme eines einzigen HF-Generators verwendet. Ein Hochfrequenzstrom gestattet es, dünne stromführende Schichten im Polyfolienmaterial und die transversalen Spulen zu verwenden, da das allgemein bekannte Eindringtiefenphänomen bei Hochfrequenzen dazu führt, daß der im Leiter fließende Strom in einem relativ dünnen Querschnittsbereich an der Leiteroberfläche konzentriert wird. Infolgedessen können dünne Leiter eingesetzt werden, so daß der in der Polyfolie induzierte Strom durch die gesamte Folienlage der Polyfolie führt und diese Schicht gleichmäßig einer Widerstandsheizung unterzieht, woraus eine kürzere Schweißzeit resultiert, als die, die erforderlich wäre, um einen Leiter zu erwärmen, der Überschußmaterial aufweist. Darüber hinaus könnten dünne transversale Spulen und vertikale Schweißspulen verwendet werden, wodurch die Ausrüstung weniger massiv würde und einfacher zu kühlen wäre.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Induktionsschweißzyklus das alternative Anschließen der vertikalen Spule an den HF-Generator, vorzugsweise induktiv, und die Erregung der vertikalen Spule über eine Zeitdauer auf einem geeigneten Leistungspegel, um ein longitudinales Schweißsegment an der Bahn zu erzeugen, wenn diese vorrückt. Während dieser Erregung sind die sekundären transversalen Spulen nicht induktiv oder andersartig an den HF- Generator angekoppelt. Der Leistungspegel und die Dauer der Erregung wird durch die HF-Generatorsteuerschaltung gemäß den vorbestimmten Bedingungen gesteuert, die für die Spulendimensionierungen, die Kopplungsdistanz zwischen der Spule und der metallischen Lage der Polyfolie und der Polyfolienmaterialzusammensetzung ausgewählt sind. Nachdem das vertikale Schweißsegment hergestellt worden ist, wird die vertikale Spule abgekoppelt, vorzugsweise mechanisch, indem sie aus dem Wirkungsbereich einer ersten stationären primären Arbeitsspule herausbewegt wird, wobei diese Spule vorzugsweise direkt in Serie mit dem HF- Generatorausgang geschaltet ist. Die Abkopplung findet so statt, daß die darauffolgende Erregung einer transversalen Spule durch den HF-Generator nicht auch die vertikale Spule erregt, obwohl die erste primäre Arbeitsspule durch den HF-Generator erregt werden kann, wenn eine transversale Spule erregt wird.
Die Erregung einer transversalen Spule folgt auf die Abkopplung der vertikalen Spule. Die Transversalspulenerregung beinhaltet die Bewegung einer transversalen Spule in die Nähe einer sekundären primären Arbeitsspule, die ebenfalls vorzugsweise direkt in Serie mit dem HF-Generatorausgang geschaltet ist, wenn die transversale Spule sich mit dem rotierenden zylindrischen Rad dreht. Die zweite primäre Arbeitsspule wird dann erregt, während die transversale Spule sich im Wirkungsbereich der erregten zweiten primären Arbeitsspule befindet oder im Begriff ist, sich in diesen hineinzubewegen, um die transversale Spule über eine Zeitdauer und einen Leistungspegel, die zur transversalen Bahnverschweißung ausreichend sind, induktiv anzukoppeln und zu erregen. Der Leistungspegel und die Dauer der transversalen Spulenerregung wird auch durch die HF-Generatorsteuerschaltung gesteuert.
Wenn die vorrückende Struktur, die die mehreren Schweißmechanismen enthält, fortfährt, vorzurücken, wird sich die transversale Spule aus dem Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes, das von der zweiten primären Arbeitsspule erzeugt wird, herausdrehen, wodurch die transversalen Spulen wirksam vom HF-Generator abgekoppelt werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen den transversalen Spulen derart, daß die Vertikalschweißnahterregung abläuft, während sich keine transversale Spule in der Nähe der zweiten primären Arbeitsspule befindet, um induktiv angekoppelt zu werden. Alternativ kann die HF-Generatorsteuerschaltung die zweite primäre Arbeitsspule aberregen, bevor die transversale Spule abgekoppelt wird.
Darauffolgend wird die vertikale Spule wieder an den HF-Generator angekoppelt und wiederum erregt, um ein zweites Längsschweißnahtsegment auszubilden, das das zuvor ausgebildete Schweißnahtsegment überlappt, um eine kontinuierliche Schweißnaht beizubehalten. Die vertikale Spule wird dann aberregt und abgekoppelt. Die nächste transversale Spule dreht sich in die Nähe der zweiten primären Arbeitsspule, die wiederum erregt wird, um die transversale Schweißnaht der folgenden Packung auszubilden.
Der HF-Generator, der Kopplungsmechanismus und die Schaltungssteuereinrichtung fahren fort, alternierend die geeignete Leistung an die vertikale Spule und die Folge vorrückender transversaler Spulen zu liefern, um die Längsschweißung segmentweise und die mehreren beabstandeten transversalen Verschweißungen vorzunehmen. Die Erregungszeiten können von einer kontinuierlichen HF-Generatorerregung auf einem oder mehreren Leistungspegeln bis zu kurzen Bursts oder Energieimpulsen derselben oder unterschiedlicher Leistungspegel in Abhängigkeit von der Bahn, der Spulenauslegung und der Geschwindigkeitsrate der Bahn, dem Abstand zwischen den transversalen Spulen und der vorrückenden Struktur und der Leistungskapazität des eingesetzten HF-Generators reichen.
Eine typische Form-, Füll- und Schweißmaschine, die die vorliegende Erfindung verwendet, kann eine Rolle eines kontinuierlichen Bahnvorrates, ein Sterilisationsmedium und eine Einrichtung aufweisen, die das Sterilisationsmedium zur Sterilisation der Bahn auf diese bringt, falls aseptische Packungen gewünscht werden; ein Schlauchausbildungsabschnitt zum Falten der Bahn zu einem Schlauch, dessen Längskanten ausgerichtet und in eine Lage gebracht sind, in der sie gegeneinanderliegen, eine vertikale Induktionsspule zum Verschweißen der Längskanten und eine Quelle steriler Luft zur Aufrechterhaltung der Sterilität des Schlauchausbildungsabschnitts; Füllschläuche zum Einleiten eines Produkts in den Schlauch, wenn dieser mit gesteuerter Rate vorrückt; mehrere Schweißmechanismen, die jeweils eine Schweißbacke und eine Amboßbacke aufweisen, wobei eine der Backen auf einer Einrichtung angebracht ist, die dazu ausgelegt ist, endlos vorzurücken und eine Einrichtung einschließt, um die Schweißbacke und Amboßbacke sequentiell um den Schlauch herum zu öffnen und zu schließen, um den Schlauch transversal zur Einhüllung der gewünschten Produktmenge abzuklemmen, wobei jede Schweißbacke eine transversale Spule und eine transversale Induktionsspulenwicklung aufweist, um die einander gegenüberliegenden thermoplastischen und zusammengeklemmten Lagen bei Erregung zu verschweißen; eine Durchtrennungseinrichtung, die in jedem Schweißmechanismus angebracht ist, um die transversale Schweißnaht durchzutrennen, um die verschweißte Packung vom Schlauch abzutrennen; einen Induktionsgenerator, vorzugsweise einen Hochfrequenzinduktionsgenerator, und eine Kopplungseinrichtung, um elektromagnetische Energie zur Erregung jeder der vertikalen und mehreren transversalen Spulen zu liefern; eine Hochfrequenzgenerator-Steuerschaltung zum Steuern der Erzeugung und Verteilung elektromagnetischer Energie vom Generator auf die vertikalen und transversalen Spulen, eine Ansteuereinrichtung zum Steuern des Bahnvorschubs und der Geschwindigkeit der Schweißmechanismen und weiteren Formvorrichtungen und einen Mikroprozessor zum Steuern des Maschinenbetriebs gemäß vorbestimmter festgelegter Betriebsbedingungen.
Es versteht sich, daß, während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Erzeugung von aseptischen Viertelliterpackungen diskutiert wird, der Fachmann dieses Verfahren und diesen Apparat in anderen Bereichen einsetzen könnte, die Packungen unterschiedlicher Abmessungen, nicht aseptische Packungen oder Packungen, die gekühlt gehalten werden müssen sowie Maschinen mit intermittierender Bahneinspeisung umfassen, jedoch nicht hierauf beschränkt sind. Infolgedessen sind die vorausgehende und folgende Beschreibung als illustrativ, jedoch nicht in einem einschränkenden Sinn anzusehen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

FIG. 1 stellt eine perspektivische Elevationsansicht einer aseptischen Packungsform-, Füll- und Schweißmaschine dar, die zur Verwendung der vorliegenden Erfindung ausgerichtet ist.
FIG. 2 ist eine Ansicht von oben auf ein Polyfolienbahnmaterial, das einer Packung entspricht, nach der Einkerbung, zum erfindungsgemäßen Einsatz.
FIG. 3 ist eine Querschnittsansicht des Kerbabschnitts der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 4 ist eine Querschnlttsansicht von oben des produktgefüllten Schlauchs der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 5 ist eine perspektivische Illustrationsansicht des Bahnfaltabschnitts der Maschine der FIG. 1.
FIG. 5a ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5a-5a.
FIG. 5b ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5b-5b.
FIG. 5c ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5c-5c.
FIG. 5d ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie Sd-Sd.
FIG. 5e ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5e-5e.
FIG. 5f ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5f-5f.
FIG. 5g ist eine Querschnittsansicht der FIG. 5 entlang der Linie 5g-5g.
FIG. 6 ist eine rückwärtige Querschnittsansicht des Bahnfalt- und Vertikalschweißabschnitts der Maschine der FIG. 1.
FIG. 7 ist eine seitliche Ansicht des unteren Führungsabschnitts des Bahnfalt- und Vertikalschweißabschnitts aus FIG. 6.
FIG. 8 ist eine seitliche Schnittansicht der FIG. 6 entlang der Linie 10-10.
FIG. 9 ist eine Querschnittsansicht von oben der FIG. 8 entlang der Linie 9-9.
FIG. 10 ist eine Querschnittsansicht von oben der FIG. 8 entlang der Linie 10-10.
FIG. 11 ist eine Querschnittsansicht von oben der FIG. 8 entlang der Linie 11-11.
FIG. 12 ist eine Querschnittsansicht von oben der FIG. 6 entlang der Linie 12-12.
FIG. 13 ist eine schematische Darstellung der Hochfrequenzerwärmungs-Schweißanordnung der vorliegenden Erfindung.
FIG. 14, 15 und 16 sind jeweils Ansichten von oben, von der Seite bzw. von hinten auf die vertikale Schweißinduktionsspule bezogen auf die Ansichten der FIG. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 14a ist eine perspektivische Elevationsansicht der vertikalen Schweißinduktionsspule der FIG. 14.
FIG. 17 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Kopplungstransformators für die vertikale Schweißspule der FIG. 13.
FIG. 18 ist eine perspektivische Elevationsschnittansicht des oberen Endes der vertikalen Schweißinduktionsspule der FIG. 15.
FIG. 19 ist eine perspektivische Elevationsansicht des Abstandsteils der FIG. 15 entlang der Linie 19-19.
FIG. 20 ist eine perspektivische Elevationsansicht des Führungs-Abstandshalters entlang Linie 20-20 in FIG. 15.
FIG. 21 ist eine seitliche Ansicht des Kopplungstransformator-Mechanismus der FIG. 13 und 17.
FIG. 22 ist eine obere Schnittansicht der FIG. 21 entlang Linie 22-22.
FIG. 23 ist eine vordere Schnittansicht der FIG. 22 entlang Linie 23-23.
FIG. 24 ist eine Stirnseitenansicht der primären Induktionsspulenanordnung für die transversale Verschweißung gemäß der Erfindung.
FIG. 25 ist eine obere Schnittansicht der FIG. 24 entlang Linie 25-25.
FIG. 26 ist eine seitliche Schnittansicht der FIG. 24 entlang Linie 26-26.
FIG. 27 ist eine hintere Schnittansicht der FIG. 26 entlang Linie 27-27.
FIG. 28 ist eine Ansicht von oben auf eine transversale Schweißinduktionsspulenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.
FIG. 29 ist eine Endseitenansicht der FIG. 28 entlang Linie 29-29.
FIG. 30 ist eine Stirnseitenschnittansicht der FIG. 28 entlang Linie 30-30.
FIG. 31 ist eine Endseiten-Schnittansicht der FIG. 30 entlang Linie 31-31.
FIG. 32 ist eine Endseiten-Schnittansicht der FIG. 30 entlang Linie 32-32.
FIG. 33 ist eine perspektivische teilweise Explosionsansicht des Schweißmechanismus und des Aufbaus der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 34 ist eine obere Querschnittsansicht des Schweißmechanismus der Maschine aus FIG. 1.
FIG. 35 ist eine seitliche Schnittansicht der FIG. 33 entlang Linie 35-35.
FIG. 36 ist eine seitliche Ansicht des Schweißsignaltriggers der vorliegenden Erfindung.
FIG. 37 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der Hochfrequenz-Generatorsteuerschaltung der vorliegenden Erfindung.
FIG. 38 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der Hochfrequenzgleichrichterplatine der Steuerschaltung der vorliegenden Erfindung.
FIG. 39 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm der Hochfrequenz-Triggerplatine der erfindungsgemäßen Steuerschaltung, und
FIG. 40A und 40B sind Zeitfunktionsdiagramme der logischen Schaltung für die Hochfrequenzsteuerschaltung der FIG. 37.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Wie in den FIG. 1 und 13 dargestellt ist, ist ein illustratives Ausführungsbeispiel dieser Erfindung von Nutzen in Verbindung mit einer Form-, Füll-, Schweiß- und Quaderumformungsmaschine 10, die ein mikroprozessorgesteuerter Apparat sein kann, der fertige Polyfolienpackungen 31 herstellt, die mit einem Produkt 32 gefüllt sind, indem er eine Polyfolienbahn 20 in die Maschine 10 über einen Kerbbereich 51 leitet, die eingekerbte Bahn 20 in einen Bereich 100, vorzugsweise gereinigt und vorsterilisiert zur Sterilisation der Bahn 20 leitet, die Bahnen 20 durch Zusammenschweißen der Bahnkanten 24 und 26 in einem Vertikalschweißbereich 130 zu einem Polyfolienschlauch 22 umformt, den Schlauch 22 mit dem Produkt 32 über einen Füllschlauch 400 füllt, den gefüllten Schlauch 22 zu einem Endlosvorschubapparat 200 (auch als eine "Struktur" oder "Querversiegelungsrad") leitet, um den Schlauch 22 transversal abzuklemmen, zu verschweißen, aufzutrennen und über eine Quaderumformung in diskrete vorgeformte Packungen 30 bringt, die dann in fertige Behältnisse 31 umgeformt werden, indem die Schweißnähte und Ecken oder Laschen, die beim Formen der Packungen 30 bei deren Vorschub erzeugt werden, flach gegen die Seitenwände der Packung 30 geheftet werden. Der Apparat kann intermittierend oder vorzugsweise kontinuierlich in einer gesteuerten Weise angetrieben werden, wie dies den Fachleuten bekannt ist.
Die Bahn kann konventionell, z.B. unter Verwendung zusammenwirkender Kerbwalzen gekerbt werden, wenn sie von einem Vorrat abgenommen wird oder bevor sie zu einem Bahnvorrat aufgerollt wird. Vgl. FIG. 2 und 3. Die Kerbung liefert positive P- und negative N-Kerblinien, so daß die Bahn vorab dazu ausgelegt ist, in einer speziellen Richtung auf der Grundlage des Kerbmusters gefaltet zu werden, und leicht in die gewünschte fertige Quaderform gefaltet werden kann.
Für aseptische Verpackung wird die Bahn gereinigt und sterilisiert und zumindest so lange in einer sterilen Umgebung gehalten, bis die produktenthaltende Packung vollständig gemäß bekannter Verfahrensschritte, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind, transversal verschweißt worden ist. Sterile Luft wird in das Innere des Schlauches 22 geblasen, um, bevor der Schlauch gefüllt und transversal verschweißt wird, eine aseptische Sterilität des produktgefüllten Schlauches aufrecht zu erhalten.
Vorzugsweise wird die Längsverschweißung durch Manipulieren, Biegen oder Krümmen der Bahn 20 in der Weise erstellt, daß die Kanten in Längsrichtung ausgerichtet werden und daß die innenliegenden thermoplastischen Schichten einander gegenüberliegender Bahnkanten zusammengeschweißt werden. Alternative Konstruktionen des Schlauches 22 könnten das Verschweißen der Bahnkanten Innenseite auf Außenseite in einer überlappenden Weise umfassen, das Zusammenschweißen mehrerer Bahnstücke oder die Verwendung spiralförmig gewundener Bahnen, um den Schlauch auszubilden, oder das Einbringen eines wärmeaktivierten Haftmittels zwischen zwei gegenüberliegende Bahnstücke. Gebräuchliche Formkerne oder Dorne oder ähnliche Formen können mit geeigneten Walzen und Führungseinrichtungen zur Handhabung der Bahn eingesetzt werden.
Gemäß den FIG. 4, 5 und 5a bis 5g wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Bahn 20 über eine Bahnführungsplatte 64 gezogen, so daß die Bahnkanten 24 und 26 durch die Flansche einer Führung 74 eingedämmt werden. Die Flansche sind relativ zueinander winklig ausgebildet und bilden eine v-Form, um die Bahn 20 dazu zu veranlassen, ihre Konkavität allmählich zu vergrößern und sich mit parallelwerdenden, ausgerichteten und übereinandergelegten (FIG. 4) Bahnkanten überzubiegen, wobei die abgeglichene Bahn eine dreieckige Querschnittskonfiguration aufweist, wie sie durch die Kerblinien in der Bahn und die Walzen und Formen, die bei der Manipulation der Bahn zum Schlauch 22 eingesetzt werden, vorbestimmt ist. Die dreieckige Konfiguration reduziert in erstrebenswerter Weise die Anzahl von Oberflächen, die gesteuert werden müssen, um die Bahn vorzuschieben und deren Ausrichtung zu steuern, wenn sie in Längsrichtung verschweißt wird.
Gemäß den FIG. 13 bis 16, 14a und 18 bis 20 umfaßt die Vertikalschweiß-Induktionsspule 120 eine Spule mit mehreren Wicklungen, wobei die Hälfte der Wicklungen auf entgegengesetzten Seiten eines länglichen Kanals oder einer Nut 122 gleichmäßig beabstandet sind, die sich entlang und zwischen den länglichen seitlichen Wicklungs- oder Schleifenabschnitten der Spule 120 erstrecken. Die gefaltete Schleifenkonfiguration erhöht die abgestrahlte Feldintensität und verteilt das sekundäre elektromagnetische Feld, das von der Spule 120 bei Erregung durch einen HF-Generator 650 durch einen Kopplungsmechanismus 652 abgestrahlt wird, gleichförmiger als dies eine flache Spule tun würde. Das gleichförmig verteilte Magnetfeld liefert einen gleichmäßig verteilten Induktionsstrom innerhalb, entlang und quer durch die stromführenden Schichten der Polyfolienbahnkanten 24 und 26, wenn sie durch die U-förmige Nut 122 vorrücken, und liefert eine moderate gleichmäßige Erwärmung der ausgesetzten thermoplastischen Schichten und, beim Abkühlen eine im wesentlichen konsistente längliche hermetische Schweißnaht. Die Nut 122 ist dazu ausgelegt, die Bahnkanten 24 und 26 aufzunehmen und sie über ein Hindurchleiten durch die Nut zum Erwärmen und Zusammenschmelzen auszurichten, wenn die Spule 120 aktiviert ist. Der Bahneintritt kann eine Abschrägung oder Zuschärfung von beispielsweise 60º aufweisen, um das Einfädeln der Bahn 20 in die Nut zu erleichtern. Vgl. FIG. 18. Die Schleife der vertikalen Schweißspule 120 umfaßt eine leitende Röhre 656 und Massemittenanzapfung 656a, die in einem nicht leitenden starren Gehäuse 658 beispielsweise aus Epoxid, einem G-10 Epoxidglasfasermaterial, Kunststoff oder ähnlichem. Die Röhrenleitung 656 ist vorzugsweise eine hohle Kupferleitung, die dazu ausgelegt ist, ein Kühlmedium wie eine durch sie hindurchfließende Wasserströmung aufzunehmen. Die Massemittenanzapfung 656a ist elektrisch an den Leiter 656 an einer Stelle 657 angeschlossen, um während des Betriebs einen Strombogen hinüber zur Bahn zu verhindern Abstandsstücke 655a und 655b, die in den FIG. 24b und 24c gezeigt sind, können dazu verwendet werden, die Spule und Leiterzuleitungen beabstandet und in Ausrichtung im Gehäuse 658 und der Spule 120 zu haltern.
Die Spule 120 ist fest an Pfeilern 153 und 154 eines Rahmens 132 (vgl. FIG. 6, 8) der Maschine 10 angebracht, um jedwede Verschiebung unter normalen Betriebsbedingungen und insbesondere unter den vielfältigen elektromagnetischen Kräften zu minimieren, die vorliegen, wenn die Spule 120 erregt, aberregt wird und aus einem Zustand in den anderen wechselt.
Die induzierten Ströme in den gegenüberliegenden Polyfolienbahnkanten erzeugen auch jeweilige sekundäre elektromagnetische Kräfte einer Größe, die von der induzierten Stromdichteverteilung in der Kante abhängt. Die Kräfte, die von entgegengesetzter Polarität sind, sind anziehend. Infolgedessen werden sich die Bahnkanten 24 und 26 in der Nut 122, die dem durch die Spule 120 erzeugten magnetischen Feld ausgesetzt sind, einander anziehen und aneinander haften, wenn das thermoplastische Material erweicht und schmilzt, und so zusammenschmelzen.
Im bevorzugtan Ausführungsbeispiel sind Klemmrollen 143a und 143b oberhalb der Induktionsspule 120 angeordnet und dazu ausgelegt, physische Kräfte aus zuüben, die die Kanten der Bahn 20 vor dem Erwärmen zusammendrücken, und um die stromtragende Folie (in Verbindung mit der Nut 122) in übereinanderliegenden parallelen Ebenen, die durch das elektromagnetische Feld zu erregen sind, auszurichten.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Längsschweißnaht durch intermittierende Erregung der vertikalen Spule 120 hergestellt und liefert die Bodenschweißnaht der Packung über die Packungsbreite. Die Länge der vertikalen Induktionsspule 120 ist angenähert gleich oder größer als eine abgeflachte Packungsbreite, so daß die Längsausdehnung der Schlauchs 22 entsprechend zumindest der Bodenschweißnaht, durch das elektromagnetische Feld geleitet wird, das von der vertikalen Spule 120 erzeugt wird, während die vertikale Spule 120 erregt wird. Die Rate der Bahngeschwindigkeit und die Zeitperiode, in der die Spule erregt ist und ein elektromagnetisches Feld abstrahlt, werden wie weiter unten detaillierter erläutert werden wird, so koordiniert, daß die einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen effektiv schmelzen und hermetisch in Form einer kontinuierlichen Schweißnaht, vorzugsweise durch überlappende Segmente ausgebildet, verschweißt sind.
Gemäß den FIG. 6, 9, 10 und 11 umfaßt der Schlauchformungsabschnitt 130 Sätze zusammenwirkender Rollen oder Walzen und Führungsteile, die auf Teilrahmen 131 und 132 angebracht sind, welche auf dem Rahmen 11 der Maschine 10 befestigt sind. Der Teilrahmen 131 ist schwenkbar am Teilrahmen 132 an einem Pfeiler 133 befestigt, so daß er zur manuellen Einspeisung der Bahn 20 in der exakt gefalteten Orientierung, zur Wartung oder bei anderen Maschinen- oder Bahneinstellungen geöffnet werden kann (gezeigt durch die gestrichelten Linien) und für den Maschinenbetrieb geschlossen werden kann (gezeigt durch die durchgezogenen Linien). Ein in FIG. 10 gezeigter Handgriff wird dazu verwendet, den Teilrahmen 131 in bezug auf den Teilrahmen 132 in üblicher federbelasteter Weise zu öffen und zu schließen.
Die entsprechenden gepaarten Elemente, die auf jedem Teilrahmen 131 und 132 befestigt sind, die im wesentlichen einen gleichen strukturellen Aufbau sowie gleiche Fünktion aufweisen und entgegengesetzt angeordnet sind, sind mit dem Zusatz "a" für den Teilrahmen 132 versehen oder mit dem Zusatz "b" für den Teilrahmen 131 versehen, es sei denn, dies wird anders spezifiziert. Zur leichteren Erläuterung wird nur ein Element beschrieben, obwohl die Beschreibung auch für das gegenüberliegende Element zutrifft. Führungsrollen 142a und 142b sind winklig zueinander angeordnet und vom Teilrahmen 131 und 132 nach unten winklig angeordnet, um die Bahnseitenwände 44 und 45 (vgl. FIG. 2) unter einem Winkel gegeneinander zu drücken, die Bahn 20 um die Kerblinien 62 und 63 in einen im wesentlichen dreieckigen Schlauch 22 zu falten. Einander gegenüberliegende Längsschweißklemm- oder Quetschrollen 143 drücken die Bahnkanten 24 und 26 übereinandergelegt und ausgerichtet unter Druck zusammen, um die Steuerung des Bahnvorschubs in die Spule 120 zu unterstützen. Die Rollen 143 sind unter einem Winkel von beispielsweise 10 bis 15º zur Bahn verkantet oder schräg angeordnet (vgl. FIG. 6, 12), um das Drücken genau dieser Kanten der Bahn in Ausrichtung in Verbindung mit der Nut 122, um eine gerade und gleichmäßige Längsschweißnaht sicherzustellen, zu unterstützen. Nachdem die Bahn 20 die Spule 120 hinter sich gelassen hat und durch die elektromagnetischen Hochfrequenzkräfte in der Spule 120 zu einem Schlauch 22 umgeformt worden ist, wird die Schweißnaht durch die Quetschrollen 144a und 144b geführt, während die thermoplastischen Lagen der Bahn 20 noch heiß sind, so daß die einander gegenüberliegenden thermoplastischen Lagen besser zusammenschmelzen werden, um eine homogene hermetische Dichtung zu bilden. Die Kante 24 ist der Bahnabschnitt außerhalb der Kerblinie 66 und die Kante 26 ist der Bahnabschnitt außerhalb der Kerblinie 66a (vgl. FIG. 2). Wie in FIG. 6 und 12 gezeigt ist, sind die Rollen 143 am Ende eines Jochs 162 an einem Pfeiler 141 angebracht, wobei sie um eine Distanz beabstandet sind, um eine Klemmwirkung zu erzielen und eine ausreichende Kraft auszuüben, um die Kanten in Ausrichtung zusammenzudrücken und zu zwängen. Die Rollen sind verkantet, d.h. unter einem Winkel um den Pfeiler 141 relativ zum Schlauch 22 derart fixiert, daß, wenn die Rollen beim Vorrücken der Bahn sich drehen, eine Kraftkomponente vorliegt, die senkrecht zu den Kanten der Bahn gerichtet ist, um die Kanten ausgerichtet gegeneinander zu zwangen und möglicherweise gegen die Nut 122 der länglichen Spule 120. Die Rollen 144 sind an den Enden von Armen 163 angebracht und werden unter Spannung mit einer ausreichenden Kraft zusammengedrückt, um die erwärmten Bahnkanten aneinander zu pressen.
Die Einbeziehung der Rollen 154 kann ermöglichen, geringere elektrische Energie an der Induktionsspule zu verwenden, woraus geringere magnetische Kräfte infolge des sekundären elektromagnetischen Feldes resultieren würden und dabei noch ausreichende Induktionsströme zur angemessenen Erweichung des thermoplastischen Materials vorliegen würden. Die mechanische von der Rolle 144 gelieferte Kraft erbringt eine gute Verschweißung. Vorzugsweise wird die Längsschweißnaht sowohl aus ästhetischen Gründen als auch aus Verpackungsgründen, die keinen Teil dieser Erfindung bilden, dort ausgebildet, wo die Bodenwand der Packung vorliegen wird.
Mit den Rollen 143 verknüpft ist eine freilaufende hintere Speisewalze 169, die so orientiert ist, daß sie den Schlauch 22 kontaktiert, dabei jedoch in der horizontalen Ebene um 90º gedreht ist. Die Rolle 169 ist vorzugsweise von derselben Breite wie der fertige Quader 31 und ist in einem Träger 168 schwenkbar angebracht, um den Bereich der Bahn 20 zwischen den Kerblinien 62 und 63 zu kontaktieren, um so die dreiwinklige Ausrichtung und rechteckige Umformung zu dem, was die Oberseite des Quaders 31 sein wird, zu unterstützen, wenn die vertikale oder longitudinale Verschweißung erfolgt.
Antriebsrollen (oder Riemenscheiben) 145a, 145b sind unter einem Abstand vorgesehen und werden in entgegengesetzte Richtungen angesteuert, um den Schlauch 22 durch den Schlauchformungsabschnitt 130 vorzurücken.
Beim Vorrücken wird der Schlauch 22 durch einen Versiegelungsmechanismus nach dem anderen transversal abgeklemmt, um im wesentlichen dasselbe Produktvolumen und dieselbe Bahnlänge zwischen Versiegelungsmechanismen für jede Packung zu fixieren, und wird dann im transversal abgeklemmten Bereich verschweißt. Wahlweise kann der verschweißte Schlauch in dem verschweißten Bereich zur Ausbildung der Packungen 30 durch eine Trenneinrichtung durchtrennt werden, die im Schweißmechanismus oder an einer anderen Stelle auf der Maschine 10 angebracht ist.
Gemäß den FIG. 1, 33, 34 und 35 ist die Maschine 10 gezeigt, die die die vorliegende Erfindung bezüglich des Vorgangs der transversalen Verschweißung und der transversalen Schlauchabklemmung, Schweißung und Durchtrannung verkörpert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel rückt der Schlauch 22 nach unten vor und nähert sich dem Beginn des transversalen Klemm- und Schweißbereichs an der Stelle 201. Ein Querschweiß- oder Versiegelungsrad 200 und Gehäuse 199 enthalten mehrere Schweißmechanismen, die an Flanschen befestigt sind, die sich vom Rad 200 erstrecken. Das Querversiegelungsrad 200 wird um seine Achsspindel 198 gedreht, die durch eine konventionelle Antriebsquelle (nicht dargestellt), die am Ende der Spindel 198 befestigt ist, unter der Steuerung eines Mikroprozessors angesteuert wird.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind 15 identische Schweißmechanismen zum Herstellen von 15 transversalen Schweißnähten für 15 vollständige Packungen pro Umdrehung vorgesehen; jedoch kann diese Anzahl mit entsprechender geänderter Naschinenauslegung variiert werden, um mehr oder weniger Packungen pro Querversiegelungsradumdrehung unterzubringen. In gleicher Weise können die Querversiegelungsrad- oder Schweißmechanismusdimensionierungen modifiziert werden, um einer speziellen Packungsgröße zu entsprechen.
Jeder Schweißmechanismus umfaßt eine Schweißbacke 220, die bezüglich der Mittenachse des Querversiegelungsrades 200 ausgerichtet ist und hiervon beabstandet ist, und eine Amboßbacke 210, die an einem Ende sowohl am Querversiegelungsrad 200 als auch der Schweißbacke 220 über einen Gelenkapparat 240 befestigt ist. Der Gelenkapparat 240 steuert in einer Bewegung mit fester Ebene den Amboßarm 210 zwischen dessen vollständig geöffneter Stellung und vollständig geschlossener Stellung relativ zur Schweißbacke 220. In der geöffneten Stellung erstreckt sich die Amboßbacke 210 vom Querversiegelungsrad 200, so daß sie den Maschinenapparat freimacht, wenn das Rad vorrückt und der Arm um seinen Pfad ausschwenkt. In der geschlossenen Stellung wird die Amboßbacke 210 parallel zur Schweißbacke 220 gehalten und an Ort und Stelle zurückgehalten. Der Gelenkapparat 240 trägt auch zur Verriegelung der Amboßbacke 210 mit der Schweißbacke 220 während der transversalen Anklemmung infolge der Kraftverteilung bei, die auf die verschiedenen Schwenkpunkte ausgeübt wird. Vorzugsweise sind weitere Einrichtungen für eine zusätzliche Klemmkraft unter hohem Druck vorgesehen, um die Backen während des Klemmvorgangs fest geschlossen zu halten. Beispielsweise kann eine Hochdrucknockenspur am Rahmen 11 oder Gehäuse 199 dazu ausgelegt sein, einen Nockenstößel 222 (vgl. FIG. 33), der drehbar am nicht angelenkten Ende der Amboßbacke 210 angebracht ist, gegen die Schweißbacke 222 zu zwingen.Die Nockenspur kann sich entlang einer Bogenlänge im transversalen Klemm-, Schweiß- und Trennbereich erstrecken oder wo immer die zusätzliche Schließkraft gewünscht wird.
Im Betrieb wird eine Stelle auf dem Schlauch 22 selektiert und transversal zwischen der Amboßbacke 210 und der Schweißbacke 220 eingeklemmt. Der transversale Schweißbereich ist mit Bezug auf FIG. 2 so definiert, daß er die Wände 40a und 42a oberhalb bzw. unterhalb der Kerblinien 41 und 43 umfaßt sowie die gegenüberliegenden Bereiche, wenn die Bahn 20 um die Kerblinien 39 (jedoch ohne die Wand 39a zu falten) während der transversalen Einklemmung gefaltet wird. Die auf den Schlauch 22 durch den Schweißmechanismus ausgeübte Kraft muß ausreichend sein, um den Schlauch 22 derart abzuflachen, daß im wesentlichen das ganze Produkt aus dem flach zu verschweißenden Schlauchbereich heraus entfernt wird und die inneren thermoplastischen Lagen oder Schichten des Schlauches 22 zur Verschmelzung bei Erwärmung, wie weiter unten beschrieben, in Kontakt sind. Die Kraft muß auch ausreichend sein, um das Produktvolumen im nicht verschweißten, jedoch abgeklemmten Schlauchsegment zu fixieren. Der Klemmdruck wird durch Kompressionsfedern und enge mechanische Toleranzen, die auf das Abklemmen und andere Bewegung angepaßt sind, wenn das Querversiegelungsrad 200 sich dreht, um eine adäquate Schweißnaht sicherzustellen und vorzugsweise, um einen ausreichenden Druck aufrecht zu erhalten, damit ein Abschneidemesser, ohne Papier mitzureißen oder durchzureißen durch die Bahn geführt werden kann, gesteuert.
Gemäß den FIG. 33 und 34 umfaßt der Apparat 240 ein Gelenk 242 und einen Drehpunkt 244. Das Gelenk 242 ist schwenkbar am Querversiegelungsrad 200 an einem Drehpunkt 221 auf einem Teil 500 und an der Amboßbacke 210 angebracht. Ein Hebel 504 ist schwenkbar am Gelenk 242 an einem Drehpunkt 508 angelenkt, der an einer Stelle vorgesehen ist, die entlang eines Radius verschoben werden kann, der sich vom Mittelpunkt des Drehpunktes 221 erstreckt. Der Hebel 504 enthält einen Vorsprung 219 und einen Arm 510. Der Arm 510 ist so angebracht, daß er sich in das Joch 540, eine Überlasteinrichtung zur Entlastung des Schwenkarms 510 und den Nockenstößel 211 erstreckt, so daß das Abklemmen primär auf dem Hochdrucknocken 202 beruhen kann. Das Joch 540 kann eine Kompressionsfeder oder einen Kolben aufweisen, um Energie zu absorbieren, damit verhindert wird, daß durch den Arm 510 ausgeübter Druck die mechanische Integrität und Orientierung vom Amboßarm 210 beeinträchtigt.
Das andere Ende des Hebels 504 enthält den Vorsprung 219, der den Drehpunkt 244 umfaßt und an eine Schubstange schwenkbar angelenkt werden kann, die an ihrem anderen Ende mit einem nockengetriebenen Hebelsystem mit zwei Hebelarmen verbunden ist. Das nockengetriebene Hebelsystem mit zwei Hebelarmen benutzt zwei Hebelarme zur Übertragung der Drehbewegung des Querversiegelungsrades 200 über einen Nocken 532 in eine Translationsbewegung der Schubstange 218 zur Öffnung und Schließung der Amboßbacke 210 um ihren Drehpunkt 221. Der Nockenstößel 211, der mit dem Hebelarm 214 verbunden ist, bewegt sich entlang des Nockens 532, und jedwede Positionsänderung des Nockenstößels 211 in bezug auf die Achse des Querversiegelungsrades 200 wird eine proportionale Rotationsänderung der Position des Hebelarms 214 um den Verbindungspunkt mit der Schubstange 218 hervorrufen. Infolgedessen verursacht eine nicht kreisförmige Bahn in der Nut vom Nocken 532, daß der Hebelarm 214 sich dreht und hierdurch die Schubstange 218 dazu veranlaßt, eine Translationsbewegung ein- oder auswärts auszuführen, wodurch die Amboßbacke 210 dazu gebracht wird, sich zu öffnen und zu schließen, wenn der Nockenstößel sich verschiebt. Das nockengetriebene Hebelsystem mit zwei Hebelarmen für jeden Schweißmechanismus wird vorzugsweise so eingestellt, daß sämtliche 15 Schweißmechanismen dieselbe Winkellage aufweisen und sich schließen, um dieselbe Bahnmenge abzunehmen.
Gemäß den FIG. 33 bis 35 umfaßt die Amboßbacke 210 einen Arm 230, einen Vorsprung 238, einen Kopf 232, eine Schneideinrichtung 234 und eine Schneidantriebseinrichtung 236. Der Arm 230 ist ein längliches strukturelles Tragteil und kann aus irgendeinem Material gefertigt sein, das imstande ist, den Kraftanforderungen der Druckausübung und des Schneidens standzuhalten, und besteht beispielsweise aus verstärkten Phenolen, aus Nylon, Epoxidglasfaserzusammensetzungen, rostfreiem Stahl, Aluininftun und dergleichen. Der Vorsprung 238 erstreckt sich vom Zentrum des Arms 230 aus und beherbergt die Schneideinrichtung 234 und die Schneidantriebseinrichtung 236.
Der Kopf 232 erstreckt sich von der Vorderfläche des Arms 230 und umfaßt parallele Amboßflächen 600 und 601, einen Flansch 603 und (nicht dargestellt) Bolzen zur Befestigung des Kopfes 232 am Arm 230. Die Amboßflächen 600 und 601 sind mit einer ausreichenden Distanz voneinander beabstandet, um den Durchtritt der Schneideinrichtung 234 zwischen den Flächen zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Schneideinrichtung 234 ein Messer mit einer scharfen Schneidblattfläche, die imstande ist, den abgeflachten Schlauch 22 durchzutrennen. Das Messer 234 kann eine gesägte Kante oder eine gerade Kante aufweisen. Die Amboßflächen 600 und 601 können mit einem abriebfesten Material beschichtet sein, um Verschleiß zu mindern, und zwar einem lösenden Material, das die Abtrennung der verschweißten Packungen 30 und des Verschweißmechanismus wie der Amboßbacke 210 oder beiden fördert.
Gemäß den FIG. 28 bis 34 umfaßt die Schwelßbacke 220 ein Halterungsteil 570, die transversale Spule 224 und einen Befestigungsträger 572 zum Verbinden der transversalen Spule 224 mit dem Teil 570. Die transversale Spule 224 umfaßt zwei stromführende Flächen, eine kreisrunde Empfangsspule 225 und eine längliche transversale Induktionsspule 226, die elektrisch in Serie geschaltet sind, so daß der in der Empfangsspule 225 induzierte Strom auch durch die längliche transversale Induktionsspule 226 fließt.
Die Empfangsspule 225 ist vorzugsweise so ausgelegt, daß sie den in ihr induzierten Strom maximiert, wenn die Spule durch ein elektromagnetisches Feld geleitet wird, das von einer Zwischeninduktionsspule 760 in einem Kopplungsmechanismus 654 (vgl. FIG. 13) ausgestrahlt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Empfangsspule 225 eine einzige Wicklung, im wesentlichen in Form einer kreisförmigen Schleife aus einem einen hohen Strom führenden Leiter, beispielsweise Kupfer, die in einem Gehäuse oder auf einem Halterungsteil zur Konzentration der elektromagnetischen Energie angebracht ist.
Ein Vorteil der Konfiguration, die in den Figuren gezeigt ist, besteht darin, daß keine Einrichtungen zum Kühlen der transversalen Spule erforderlich sind. Jedoch sind auch andere Konfigurationen, die eine Kühlung erfordern, einsetzbar, welche beispielsweise Wärmeableitbleche oder zirkulierendes Kühlfluid verwenden.
Die Leiterschleife 228a (FIG. 29) kann in einem dielektrischen oder isolierenden Material 575 innerhalb eines Kanals im starren Halterungsteil 576 eingebettet sein, um zu verhindern, daß der Spulenabschnitt 225 einem Kurzschluß, einer Bogenentladung oder physischen Verschiebung infolge der elektromagnetischen Kräfte unterliegt, denen er ausgesetzt ist. Das starre Halterungsteil 576 kann aus Ferrit oder anderem magnetischen Material bestehen, um die elektromagnetische Strahlung zu konzentrieren, so daß der in der Spule 225 induzierte Strom maximiert ist, und um das Feld von der primären Spule 760 elektrisch an die leitende Schleife 228a der Spule 225 zu koppeln.
Die längliche transversale Induktionsspule 226 ist mit einer dünnen und relativ breiten stromführenden Fläche 227 ausgebildet, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, das Ströme in der metallischen Folienlage des Polyfolienbahnschlauches 22 im Bereich unmittelbar angrenzend und gegenüberliegend den Stirnflächen 227 der länglichen Spule 226 erzeugt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die längliche Spule 226 eine Schleife einer halben Wicklung aus einem festen stromführenden Leiter 228b, beispielsweise Kupfer, der auf den Flanschen 229 angebracht ist, einen Großteil der Stirnfläche 227 der länglichen Spule 226 bedeckt und mit einem inneren Spalt ausgelegt ist, um die Schneidkante der Schneideinrichtung 234, nachdem diese den Schlauch 22 durchtrennt hat, aufzunehmen. Andere stromführende Leiter könnten verwendet werden, insbesondere solche mit größerer Verschleißfestigkeit oder größerem Widerstand gegen Deformation wie Leiter aus Molybdän und dergleichen.
Wegen des allgemein bekannten Eindringtiefenphänomens bei Hochfrequenzströmen kann eine relativ dünne Lage eines stromführenden Leiters 228b verwendet werden. Der dünne Leiter wird den Strom, der in der transversalen Spule 224 fließt, über die Breite und Länge des abgeflachten Schlauches 22 verteilen und den gewünschten Schweißbereich entsprechend der Stirnfläche 227 so lang ausbilden, wie der Leiter dick genug ist, um die zum Schmelzen der Polyfolie, ohne daß der Leiter selbst schmilzt, erforderliche Stromdichte zufriedenstellend zu leiten. Leiterschichten oder -lagen mit einer Dicke von etwa 0,020 inches (0,0508 cm), die auf den starren Befestigungsträgern 572 aus beispielsweise verstärkten Phenolen, Graphit, Epoxidglasfaser, Keramiken oder ähnlichen im wesentlichen nichtleitenden Zusammensetzungen, aufgelegt sind, können verwendet werden.
Abriebfestes Material 573 kann den Leiter 228b als relativ dünne Beschichtung bedecken, um Verschleiß zu verhindern. Das Material 573 kann auch ablösungsfördernde Materialien umfassen, die die Ablösung der äußeren thermoplastischen Beschichtung vom Schlauch 22 von der Stirnfläche 227 fördern, nachdem die Schweißnaht hergestellt worden ist. Das Material 573 kann auch ein dielektrisches oder isolierendes Material umfassen, um zu verhindern, daß die transversale Spule 224 oder die längliche transversale Schweißspule 226 im Einsatz einem Kurzschluß oder einer Bogenentladung unterliegen, wodurch auf dem Schlauch 22 punktförmige Brandstellen vermieden werden. Das Material 573 kann auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um die Wärme von der längllchen Spule 226 abzuleiten, wenn diese nicht erregt ist, wodurch die transversale Spule 224 durch Ableitung kühlgehalten wird. Alternativ kann das Material 573 auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, um zu verhindern, daß die durch den im Leiter 228b fließenden Strom erzeugte Wärme durch das Material geleitet wird und dabei die äußere thermoplastische Schicht des Schlauches 22 aufweicht, jedoch soll die Wärmeleitfähigkeit ausreichend sein, um zu ermöglichen, daß der Leiter 228b und die Spule 226, bevor sie während des nächsten Zyklus erregt werden, abkühlen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Empfangsspule 225 unter rechten Winkeln mittels des Trägers 577 und Bolzen 580 an die längliche Spule 226 angeschraubt. Eine leitende Schiene 587 verbindet ein Ende vom Leiter 228a der Spule 225 mit einem Ende vom Leiter 228b der Spule 226,und eine leitende Schiene 579 verbindet die anderen Enden der Leiter 228a oder 228b der Spulen 225 und 226 miteinander, wodurch die transversale Spule aus einer einzigen Wicklung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ausgebildet wird.
Der Leiter 228b erstreckt sich um die Rückseite der Spule 226 und zusammenwirkende Bolzen und Löcher 571 befestigen die Spule 224 am Träger 572 und erden den Mittenabgriff der Spule 224 elektrisch am Maschinenrahmen 11. Hierdurch werden dieselben Vorteile erzeugt, die oben in Verbindung mit der Schweißspule 120 mit Mittenabgriff diskutiert wurden. Ein Ende 582 der länglichen Spule 226 ist von der Stirnseite 227 weg abgeschrägt, um der Kontur der gegenüberliegenden Fläche 602 zu folgen (vgl. FIG. 34), so daß der Schlauch vollständig an der Kante verschweißt wird.
Gemäß FIG. 34 ist der Träger 572 am Halterungsteil 570 über eine Aufhängungseinrichtung angebracht, die Führungsschäfte 592 und eine elastische Federeinrichtung umfaßt, die eine Hochdruckablenkeinrichtung liefert um den Druck zu steuern, wenn die Amboßbacke 210 und die Schweißbacke 220 zur flachen Kompression des Schlauchs 22 geschlossen werden. Das Vorliegen von mehr als einer elastischen Einrichtung liefert eine relativ gleichmäßige Verteilung und Absorption der Kräfte, die aus dem Schließen der Amboßbacke 210 und Schweißbacke 220 resultieren. Die elastische Einrichtung arbeitet in Zusammenwirkung mit den Drehpunkten 221 und 231, die ermöglichen, daß sowohl die Fläche der Amboßbacke 210 als auch die der Schweißbacke 220 parallel bleiben, während die Hochdruckklemmkräfte gleichförmig entlang der Bahn verteilt sind.
Das starre Halterungsteil 570 ist am Querversiegelungsrad 200 an seinen jeweiligen Enden vorzugsweise in Lagern 597 und 598 innerhalb von Flanschen 567 und 568 des Querversiegelungsrades 200 befestigt. Die Flansche 567 und 568 sind insofern ähnlich dem Flansch 216 (FIG. 33), daß sie mehrere Ausnehmungen oder Löcher aufweisen, die um das Querversiegelungsrad 200 beabstandet sind und dazu ausgelegt sind, mehrere Schweißbacken 220 identischer Konstruktion zur oben beschriebenen Backe aufzunehmen.
Der schematische Induktionsschweißvorgang der vorliegenden Erfindung ist aus der Darstellung in FIG. 13 entnehmbar. Der HF-Generator 650, beispielsweise ein Radyne/AKO, Nr. EI-5, hergestellt von Radyne/AKO, erzeugt den vorselektierten Energiepegel, vorzugsweise im Bereich von etwa 3 bis 5 kW bei etwa 650 kHz. Der Generator 650 ist elektrisch in Serie mit Kopplungsmechanismen 652 und 654 geschaltet, um alternierend die vertikale Schweißinduktionsspule 120 bzw. eine transversale Spule 224 zu erregen. Es können andere HF-Generatoren verwendet werden, sofern sie imstande sind, die Leistung und Frequenz zu erzeugen, die für den unten beschriebenen Schweißvorgang erforderlich sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nur eine der mehreren transversalen Spulen 224 zu einem Zeitpunkt erregt.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Kopplungsmechanismus 654 eine mehrschleifige Spule 760, die als ovale zylindrische Spule (vgl. FIG. 24 bis 26) ausgelegt ist. Die Spule 760 weist eine Länge auf, die groß genug ist, um die Induktion eines Stromes in der Spulenschleife 225 der transversalen Spule 224 für eine Zeitdauer zu erzeugen, die adäquat ist, um die Erwärmung der metallischen Lage in der Bahn 20 während der Zeit hervorzurufen, in der die Empfangsspule 225 sich durch das elektromagnetische Feld bewegt, das durch die Spule 760 und nahe deren Stirnfläche erzeugt wird.
Der Kopplungsmechanismus 652 enthält eine mehrschleifige Spule 662, in der die Schleifen bzw. Wicklungen zur Ausbildung eines Zylinders angeordnet sind (vgl. FIG. 17, 22). Die Spule 662 kann auch eine ähnliche Röhrenleitung enthalten. Die Spule 662 kann eine kleinere Spule als die Spule 760 sein, weil sie an eine einzige stationäre Spule angekoppelt ist, die sich nicht über oder entlang ihrer Stirnfläche bewegt, sondern vielmehr hieran angekoppelt oder abgekoppelt wird.
Sowohl die Spule 760 des Kopplungsmechanismus 654 als auch die Spule 662 des Kopplungsmechanismus 652 strahlen elektromagnetische Felder ab, wenn der HF-Generator 650 elektromagnetische Energie ausgibt. Die Kopplungsmechanismen enthalten Spulen mit Mehrfachwicklungen aus leitendem Material, beispielsweise hohler Kupferröhren, die ein Kühlmedium wie Wasser oder Öl enthalten, das durch sie hindurchströmt, oder einen Kupferdraht, der in ein Kühlbad getaucht ist, oder beides.
Die mehreren transversalen Schweißmechanismen auf dem Querversiegelungsrad 200 sind so angeordnet, daß, wenn ein Querversiegelungsrad 200 vorrückt, die Spule 225 jeder transversalen Spule 224 dem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, das durch die Induktionsspule 760 des Kopplungsmechanismus 654 erzeugt wird. Während eine gegebene transversale Spule 224 diesem Feld ausgesetzt ist und die vertikale Schweißspule 120 wie unten erläutert abgekoppelt ist, wird ein Strom in der Empfangsspule 225 der transversalen Spule 224 induziert, der durch die längliche transversale Induktionsspulenschleife 226 fließt und wiederum einen Strom in der stromführenden Schicht des flachgepreßten Polyfolienschlauches 22 induziert. Die transversale Spule 224 wirkt so als eine sekundäre oder parasitische Last auf den HF-Generator 650. Da der Kopplungsmechanismus 652 während der transversalen Verschweißung abgekoppelt ist, liegt im wesentlichen keine Last auf dem stationären elektromagnetischen Feld, das von der Induktionsspule 662 erzeugt wird. Infolgedessen begünstigt die Leistungsverteilung zwischen den induktiven Kopplungsmechanismen 652 und 654 die stärkere Belastung und fördert im wesentlichen sämtliche Last an den Kopplungsmechanismus 654 und die transversale Spule 224. Wenn die Empfangsspule 225 durch das abgestrahlte Feld geleitet wird, nimmt die Leistung, die von der transversalen Spule 224 verbraucht wird und infolgedessen für die transversale Verschweißung verwendet wird, zunächst bis auf ein Maximum zu, wenn die Spule 225 eintritt, und wird entgegengesetzt zentriert und vom Kopplungsmechanismus 652 in parallelen Ebenen beabstandet, und nimmt dann, wenn die Spule 225 vorbeigeht und über den Wirkungsbereich des elektromagnetischen Feldes hinausgeht, ab. Andere Auslegungen für die Spule 760 könnten zu anderen abgestrahlten Feldern und Energieverbrauchsprofilen führen.
Wenn die transversale Spule 224 sich aus dem effektiven Wirkungsbereich herausbewegt, stellt sie nicht länger eine signifikante Last auf den HF-Generator 650 dar. Die Abkopplungseinrichtung 664 kann dann aktiviert werden, um den Kopplungstransformator 652, wie unten beschrieben, so zu aktivieren, daß die vertikale Schweißspule 120 an die Spule 662 des Kopplungsmechanismus 652 über die Spule 660 angekoppelt wird und als die leistungaufnehmende Last des HF-Generators 650 dient. Infolgedessen wird die Leistung vom HF-Generator 650 auf die vertikale Schweißinduktionsspule 120 geschaltet, in der ein Strom induziert wird, der wiederum einen Strom in den gegeneinanderliegenden Kanten 24 und 26 der Polyfolienbahn 20 im U-förmigen Abschnitt 122 der Spule 120 für eine vorbestimmte Zeitperiode induziert. Diese Zeitperiode kann teilweise von der Geschwindigkeit der Polyfolienbahn 20/ des Schlauches 22, der durch die Spule 120 hindurchgeführt wird, der Geschwindigkeit der Drehung des Querversiegelungsrades 200, der Bogenlänge zwischen aufeinanderfolgenden Spulen 225 des transversalen Schweißmechanismus, der Zeit, in der der Kopplungsmechanismus 652 aktiviert ist, den physikalischen Eigenschaften der Bahn 20 und den verschiedenen Induktionsspulenkonfigurationen abhängen. Diese Faktoren bestimen die Zeitperiode, in der die transversale Spule 224 durch den Kopplungsmechanismus 654 erregt werden wird, und die Zeit, in der die vertikale Spule 220 durch den Kopplungsmechanismus 652 erregt werden wird. Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung besteht in der Verwendung nur eines HF-Generators, der sowohl die Längs- als auch die transversale Verschweißung in derselben Maschine ermöglicht.
Gemäß den FIG. 15, 17, 21, 22 und 23 verbindet der Kopplungsmechanismus 652 die vertikale Schweißspule 120 mit dein HP-Generator 650. Der Kopplungsmechanismus 652 umfaßt ein Gehäuse 653, ein isolierendes Material, vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, das eine Spule 660 mit einer einzigen Schleife oder Wicklung elektrisch in Serie mit dem Leiter 656 enthält, um eine vollständige sekundäre Schaltung auszubilden, ferner eine Spule 662 mit mehreren Wicklungen bzw. Schleifen, die elektrisch in Serie mit dem HF-Generator 650 geschaltet ist, und eine Abkopplungseinrichtung 664, die den Transfer elektromagnetischer Energie von der Spule 662 mit Mehrfachwicklung auf die Spule 660 mit Einzelwicklung ermöglicht. Kühlfluidanschlüsse 1656a und 1656b sind vorgesehen, um ein Kühlfluid durch die Spulen 660 und 120 in den Leitungsröhren zu zirkulieren. Die Leitungsröhren sind elektrisch an den Anschlüssen angeschlossen, um eine vollständige elektrische Schaltung zu gewährleisten. Das Gehäuse 653 enthält ein ähnliches Kühlfluid wie eine umströmende Ölströmung, um Ferritgehäuse 667 und 676 (weiter unten beschrieben) durch Abführen der durch Hysterese und Wirbelströme erzeugten Wärme kühl zu halten. Das kühle Fluid tritt durch Ölanschlüsse (nicht dargestellt) in das Gehäuse 653 und um die Elemente herum innerhalb des Gehäuses.
Die Abkopplungseinrichtung 664 ist vorzugsweise ein rotierender Nocken, der dazu ausgelegt ist, die Spulen 662 und 660 zyklisch anzukoppeln und abzukoppeln. Alternativ können ein linear wirkendes Solenoid, ein linearer Nocken, Luft- oder Hydraulikzylinder oder ähnliche Geräte verwendet werden.
Die Abkopplung kann auf verschiedene Weisen ablaufen. In einem Ausführungsbeispiel konnten die einzige Spule 660 und die Mehrfachspule 662 physisch so auseinanderbewegt werden, daß der in der Einzelspule 660 durch die erregte Spule 662 induzierte Strom unwesentlich ist und keine wesentliche oder signifikante Senke oder Last für den Generator 650 darstellt. Die Wegbewegung der Einzelschleife 660 von der Mehrfachschleife 662 könnte beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Schleife 660 auf einem translationsfähigen Schlitten angebracht ist, der eine hin- und herbewegende Einrichtung nutzt wie einen rotierenden Nocken, um den Schlitten in exakter Kopplungs- und Abkopplungsfolge zurück- und vorzubewegen. Flexible Stromleiter könnten dazu verwendet werden, die Schleife 660 an die vertikale Schweißspule 120 anzuschließen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte die Abkopplung durch Öffnen der elektrischen Schaltung ablaufen, die von der Spule 660, dem Leiter 656 und der Spule 120 gebildet wird, vorzugsweise unter Verwendung eines überschlagfreien Schalters, um die Funkenbildung, die andernfalls auftreten würde, zu verhindern oder zu unterdrücken.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bleiben die Spulen 660 und 662 bezüglich einander fixiert, und die magnetischen Gehäuse 667 und 676 sind jeweils dazu ausgelegt, sich um die Spulen 660 und 662 zu passen, una werden um die Spulen bezüglich einander angenähert und aus dem Nahbereich herausbewegt. Die Gehäuse 667 und 676 umfassen ein magnetisches Material, beispielsweise Mangan-Zinkferrit. Das Gehäuse 667 weist einen mittigen Vorsprung 680 auf, der dazu ausgelegt ist, in die Mitte der Spule 660 eingeführt zu werden, und einen Flansch 681, der dazu ausgelegt ist, sich um die Spule 660 unter Abstand von deren Umfang zu passen. Wenn das Gehäuse 667 in der Nähe des ähnlich ausgelegten Gehäuses 676 plaziert ist, koppelt das Gehäuse 667 wirksam das abgestrahlte elektromagnetische Feld vom Gehäuse 676, wobei der Vorsprung 682 und der Flansch 683 sich um die Spule 662 passen, jedoch nicht in Berührungskontakt hiermit sind. Das Gehäuse 676 weist ein iduziertes magnetisches Feld auf, welches durch die Mehrfachschleifenspule 662 induziert ist, die intermittierend durch den Generator 650 aktiviert wird. Wenn die Gehäuse 667 und 676 in enge Nachbarschaft gebracht sind, fließt der Magnetfluß, der im Gehäuse 676 fließt, auch im Gehäuse 667. Infolge des Transformatoreffekts wird der Strom in der Spule 662 einen Strom in der Spule 660 erzeugen, um die vertikale Schweißspule 120 zu erregen. So kann durch Bewegen des Gehäuses 667 in enge Annäherung an das Gehäuse 676 und aus der Annäherung heraus und in Annäherung an die Spule 660 und aus der Annäherung heraus die vertikale Schweißspule 120 für die Längsverschweißung erregt und aberregt werden.
Die Einzelschleifenspule 660 umfaßt ein leitendes ohr, vorzugsweise eine hohle Kupferröhre, die Mittel wie Wasser aufweist, um die Röhre durch Hindurchfließen zu kühlen. Die Röhre ist zu einer Spule gewickelt, wobei parallele Abnahmeleitungen 665a und 665b dazu ausgelegt sind, in und durch Isolationsträger 666 zu passen. Die Träger 666 minimieren die Wahrscheinlichkeit, daß die parallelen Abnahmeleitungen 665a und 665b sich während der Erregung verwinden, und hält die Schleife oder Wicklung so, daß sie mit ihrer Stirnseite im wesentlichen vertikal orientiert ist.
Das Gehäuse 667 ist auf einem Flansch 668 angebracht und weist einen Stift 671 auf, so daß sich das Gehäuse 667 und der Flansch 668 nicht drehen. Der Flansch 668 weist einen mittigen Pfeiler 669 auf, der dazu ausgelegt ist, sich in eine Ausnehmung in einem Schließteil 670 zu passen und darin zu gleiten. Der Pfeiler 669 erstreckt sich durch das Schließtell 670 und eine Stoppeinrichtung 672 ist an seinem Ende befestigt. Zwischen der Stoppeinrichtung 672 und dem hinteren Teil der Schließeinrichtung 670 ist eine Kompressionsfeder 673 angebracht, die auf den Pfeiler 669 eine Kraft ausübt, um das Gehäuse 667 oder an einer alternativen Ausführung die Spule 660 zum Schließteil 670 hin und von der Mehrfachschleifenspule 662 weg zu drücken.
Das Gehäuse 676 kann auf einem Flansch 677 angebracht sein, der an einem Pfeiler 678 angebracht ist, welcher am Gehäuse 679 über einen Gewindeeinstellmechanismus 684 befestigt ist, wobei eine Kompressionsfeder 685, die um den Pfeiler 678 zwischen dem Flansch 677 und dem Gehäuse 679 angebracht ist, verwendet wird, so daß die Feder 685 einen Druck auf das Gehäuse 676 ausüben wird, um den Spalteinstellmechanismus 684 vorzuspannen. Die Mehrfachwicklungsspule 662 ist um den Vorsprung 682 angebracht und innerhalb des Flansches 683 vom Gehäuse 676. Zweifachabnahmeleitungen 663 treten durch isolierende Träger 636 und sind in Serie mit dem HF-Generator 650 geschaltet. Das Gehäuse 679 ist mit dem Träger 688 verbunden, der am Rahmen 11 befestigt ist. Die Zweifachabnahmeleitungen 665, von denen eine die Kühlanschlüsse 1656a und 1656b umfaßt, erstrecken sich von der Spule 660 aus, treten durch das Gehäuse 690 und sind elektrisch mit der vertikalen Induktionsspule 120 verbunden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Abkopplungseinrichtung 664 einen Nocken 700 umfassen, der auf einer (nicht dargestellten) Welle rotiert, die synchron mit der Maschinenzeitsteuerung ist und beispielsweise in Kontakt mit der Stoppeinrichtung 672 ist, wobei sie eine Nockenfläche aufweist, um die Stoppeinrichtung 672 gegen die Feder 673 zu bewegen, um die Schleifen bzw. Wicklungen 660 und 662 zu koppeln.
Gemäß den FIG. 13 und 24 bis 27 ist eine primäre Arbeitsspule, die Spule 760, zum Einsatz beim transversalen Verschweißen aus Spulenschleifen oder -wicklungen 761 aufgebaut, die in dem magnetischen Gehäuse 762 angebracht und gesichert sind, ferner aus einer Montagegrundplatte 763, einer Verdrahtungsbox 764 und einer Verdrahtungszugriffsröhre 765 mit einer geflanschten Konfiguration. Die Verdrahtungsbox 764 enthält typischerweise Verbindungen für die Hochfrequenzversorgung, Kühlwasser und Kühlöl. Die Spule 760 liefert die Übertragung elektromagnetischer Energie an eine der mehreren sekundären Spulen 225, die dem abgestrahlten elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind. Die Verwendung des magnetischen Gehäuses, beispielsweise aus pulverisiertem Eisen oder anderer Ferritsubstanz, in der bevorzugten Konfiguration, liefert eine kompaktere Anordnung als beispielsweise offene Luftspulen und minimiert das Potential abgestrahlter elektromagnetischer Interferenz infolge des Konzentrations- und Richtungsaspekts vom magnetischen Gehäuse 762. Das Gehäuse 762 umfaßt auch eine physische Halterung für die Spule und wird vorzugsweise durch Öl oder ein ähnliches Medium gekühlt, das durch Anschlüsse 766 fließt, um Wärme, die durch Hysterese und Wirbelströme erzeugt wird, abzuführen. Das Kühlmedium dient auch als zusätzliches dielektrisches Material für die Spule 760. Die Spulen 660 und 662 können auch mit einem separaten Dielektrikum, beispielsweise einer Teflonröhre um den Außendurchmesser der Spulenröhren herum belegt sein.
Die Spulenschleifen 761 können eine oder mehrere Wicklungen einer Kupferröhre, vorzugsweise mehrere Wicklungen aufweisen, die intern gekühlt werden und mit einem Teflon oder anderem elektrischen Material belegt sind, das imstande ist, den Hochfrequenzspannungen, die in der Spule auftreten, zu widerstehen. Abstandsstücke 767 sind vorgesehen, um den gewünschten Spulenabstand und die gewünschten Spulenauslegungen innerhalb des Gehäuses aufrechtzuerhalten und um die magnetischen oder anderen Belastungen der Wicklungen der Schleife zu minimieren. Die Schleifenkonfiguration ist vorzugsweise oval und zylindrisch, so daß sie ein relativ gleichförmiges abgestrahltes elektromagnetisches Feld zum Durchtreten der Arbeitsspule 225 liefert, das ausreicht, um den erforderlichen Strom in der Spule 225 letztendlich in der länglichen Spule 226 und dem Polyfolienschlauch 22 zu induzieren.
Das magnetische Gehäuse 762 ist vorzugsweise auf der Grundplatte 765 angebracht, umfaßt ein starres Material, das von der Verdrahtungseinfassung isoliert ist und separat durch einen (nicht dargestellten) Erdleiter mit Masse vom HF-Generator 650 aus Sicherheitsgründen und um die elektromagnetische Strahlungsinterferenz weiter zu minimieren, geerdet ist.
Andere Einrichtungen zum Kühlen des Außenraums vom Gehäuse 762 können vorgesehen werden, wie eine externe Fluidströmung oder Wärmeleiter zur Grundplatte 765. Die Leitungen für Wasser und Elektrizität sind konventioneller Art und den Fachleuten bekannt.
In den FIG. 37, 39, 40a und 40b sind die Schaltungen zum Einsatz bei der Steuerung der Hochfrequenzleistungsfolge gezeigt. Allgemein können die HF-Steuerschaltungen, sofern ihre Funktion betroffen ist, unabhängig von einem Mikroprozessor sein, jedoch können die Schaltungen in alternativen Ausführungsbeispielen in einen Mikroprozessor inkorporiert oder durch diesen gesteuert werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Steuerschaltungen in den Mikroprozessor eingegeben, um sie bei der Steuerung sämtlicher Aspekte des Betriebs der Maschine 10 zu verwenden Der Mikroprozessor ermöglicht und verhindert den HF- Schweißvorgang in Abhängigkeit davon, ob die Diagnosen der Maschine 10 anzeigen, daß gemäß vorbestimmter Bedingungen HF-Verschweißungen vorgenommen werden können.
Gemäß FIG. 36 ist die Steuerschaltung dazu ausgelegt, Signale zu empfangen, die von einem vertikalen Triggersensor 551, einem horizontalen Triggersensor 553 und einem Standort-eins-Sensor 554 detektiert werden. Der vertikale Triggersensor 551 und horizontale Sensor 553, die in Blockform gezeigt sind, detektieren das Vorbeigehen eines mehrerer Stifte 552, die voneinander beabstandet auf dem Flansch 539 angebracht sind, der an der Achse des Querversiegelungsrades 200 befestigt ist und sich mit dem Querversiegelungsrad 200 dreht. Die mehreren Stifte entsprechen den mehreren Verschweißmechanismen. Wenn einer der Stifte 552 am vertikalen Triggersensor 551 vorbeigeht, detektiert infolgedessen der Sensor 551 die dichte Annäherung des Stiftes oder dessen Vorbeigehen und erzeugt ein Signal, das anzeigt, daß eine Vertikalverschweißung erfolgen sollte. Wenn dieser selbe Stifte 552 fortfährt, sich zu drehen, wird er am horizontalen Triggersensor 553 vorbeigeführt, der in ähnlicher Weise das Vorhandensein dieses Stiftes 552 detektieren wird und wiederum ein Signal erzeugen wird, das anzeigt, daß eine horizontale Verschweißung unter Verwendung des entsprechenden Schweißmechanismus erfolgen sollte. Infolgedessen bestimmt im bevorzugten Ausführungsbeispiel der physische Abstand zwischen den mehreren Stiften und dem vertikalen und horizontalen Triggersensor die Folge und Zeitsteuerung der Steuersignale für die HF-Steuerschaltung, abhängig von Änderungen der Drehzahl des Querversiegelungsrades 200. Der Abstand der Stifte um den Flansch 539 und die Stelle der Triggersensoren sind so ausgelegt, daß die simultane Erzeugung von Signalen entsprechend vertikaler und horizontaler Verschweißung vermieden wird. Die Detektion der Stifte kann mittels jeglicher konventioneller Einrichtungen erfolgen, einschließlich, nicht jedoch eingeschränkt auf optische Detektoren, induktive Näherungs- oder Begrenzungsschalter, kapazitive Detektion, Hochfrequenzschaltungsverstimmung und dergleichen. Alternative Verfahren der Vorgabe des Zeitsteuermusters können verwendet werden.
Einer der mehreren Stifte kann einen (nicht dargestellten) Offsetstift enthalten, der einer ersten Standortposition der Schweißmechanismen entspricht. Der Standort-eins-Triggersensor 554 ist in Ausrichtung mit nur diesem Offsetstift positioniert, so daß der Standort-eins-Triggersensor 554 nur diesen Stift detektieren wird, wenn das Querversiegelungsrad 200 sich dreht, und ein Signal erzeugt, das diesem erstan Standort entspricht, wobei hierdurch angezeigt wird, daß eine einzige Querversiegelungsradumdrehung stattgefunden hat. Er kann dazu verwendet werden, um auf die Packung aufzudrücken, welcher Schweißmechanismus die Packung verschweißt hat.
Die Funktionsweise der HF-Steuerschaltung ist wie folgt. Bei Detektion eines der Stifte 552 durch den vertikalen Triggersensor 551, wird ein Steuersignal, beispielsweise eine Steuerspannung, in den HF-Generator 650 eingegeben, so daß dieser einen ausreichenden Ausgangsleistungspegel liefert, um die Längsverschweißung herzustellen. Nach der vorgeschriebenen Zeitperiode, können das Steuersignal und der HF-Ausgangsleistungspegel auf einen Grund- oder Standby-Strom reduziert werden oder vollständig abgeschaltet werden. Die Detektion vom Stift 552 durch den horizontalen Triggersensor 553 bewirkt, daß eine zweite Steuerspannung in den Generator 650 eingegeben wird, um den Leistungsausgangspegel auf den Pegel anzuheben, der zur Herstellung der transversalen Schweißnähte erforderlich ist. Nachdem die zweite vorgeschriebene Zeitperiode verstrichen ist, kann die zweite Steuerspannung wiederum abgeschaltet oder reduziert werden, um den Generator 650 auf den Standbystrompegel zu reduzieren oder abzuschalten. Auf diese Weise ist die Zeitsteuerung für die vertikale und horizontale Verschweißung mechanisch mit dem Packungslorinungsapparat verknüpft. Die Energiepegel für die vertikale und horizontale Verschweißung sind vorbestimmt und unabhängig einstellbar, wie es für die Zeitdauern des Schweißzyklus durch geeignete Einstellungen auf HF-Steuerschaltungsbezugswerte zutrifft, wie weiter unten erläutert wird. Die Schaltung kann variiert werden, um einen Übergang von einem Betrieb mit kurzen Impulsen auf kontinuierlichen Betrieb auf einem oder mehreren Leistungspegeln in Abhängigkeit von der Art der Schweißnähte und der Geschwindigkeit der Maschinen vorzusehen. Beispielsweise können bei einem geeigneten Leistungspegel transversale und longitudinale Verschweißungen gleichzeitig erfolgen.
In FIG. 37 ist die HF-Steuerschaltung gezeigt. Die Schaltung ist mit einem Mikroprozessor, wie hier beschrieben, verbunden und umfaßt eine Differenzverstärkerschaltung 800, eine integrierende Verstärkerschaltung 802, eine Track- und Halteverstärkerschaltung 804, eine Zeitsteuerschaltung 806 zum Zurücksetzen der Integratorschaltung, eine Antriebsschaltung 808 zum Steuern der vertikalen Schweißzeit bezüglich der Zeitsteuerschaltung 812, eine Stromregulierschaltung 810, wobei die Zeitsteuerschaltung 812 mit dem Ausbilden der vertikalen Verschweißung verknüpft ist, ferner eine Antriebsschaltung 814 zum Steuern der Zeit einer Zeitsteuerschaltung 818, eine Stromregulierschaltung 816, die mit der Zeitsteuerschaltung 818 verknüpft ist, wobei die Zeitsteuerschaltung 818 mit dem Ausbilden der horizontalen Verschweißung verknüpft ist, die hier auch als Querversiegelung oder Querverschweißung bezeichnet wird, eine Latchschaltung 820, die mit der Zeitsteuerschaltung 806 verknüpft ist, um die Integratorschaltung 802 zurückzusetzen, eine monostabile Schaltung 822 zum Zurücksetzen der Latchschaltung 820, Signalentprellschaltungen 824a und 824b zum Glätten und Rechteckumformen des Triggersignaleingangsimpulses von der Maschine 10 in die HF-Steuerschaltung, Schaltstufen 826 und 828 zum Steuern des HF-Leistungspegelsteuersignals, das zum Generator 650 geführt wird, ein logisches Gate 830, das die Integratorschaltung 802 am Beginn entweder eines Vertikal- oder Querschweißzyklus in den Enablezustand versetzt, ein logisches Gate 832, das entweder das Vertikal- oder Querschweißzeitsteuersignal auf den HF-Triggerausgang gibt, ein logisches Gate 834, das das Triggersignal, falls dieses vom HF-Triggerenablesignal vom Mikroprozessor freigegeben ist, koppelt, eine monostabile Schaltung 836, die die Track- und Halteschaltung 804 in den Haltemodus am Ende entweder eines Vertikal- oder Querschweißzyklus in den Haltemodus bringt, eine Schaltung 838 zum Zurücksetzen der Integratorschaltung 802, einen Schalter 840, der den Vertikalschweiß-Leistungspegel befehl, wie er entweder durch den Operator oder den Mikroprozessor vorgegeben ist, direkt an die Amplitudensteuerschaltung des HF-Generators schaltet, um ein vertikales Schweißsegment zu bewirken, einen Schalter 842 zum Anschalten des Querschweiß-Leistungspegel befehlsignals, wie vorbestimmt, an den HF-Generator 650 zur Bewirkung einer transversalen (oder Quer-) Verschweißung, eine Latchschaltung 844, die mit der Vertikalschweiß-Triggerentprellschaltung 824a verbunden ist, um den Mikroprozessor zu informieren, wenn ein Vertikalschweißzyklus im Durchlauf ist, eine Latchschaltung 846, die mit einer Horizontaltrigger signal-Entprellschaltung 824b verknüpft ist und den Mikroprozessor informiert, wenn ein Horizontalschweißzyklus abläuft, eine Flipflopschaltung 848, die das BF-Leistungspegelrückkopplungssignal hält, bis der Mikroprozessor die Daten vollständig empfangen hat, die durch die Track- und Halteschaltung 804 dargestellwerden, und das HF-Strobe-Signal erzeugt, das eine Latchschaltung 850 und das Flipflop 848 setzt, welche den Track- und Halteverstärker der Schaltung 804 zurück in den Tracking-Modus schaltet, eine Latchschaltung 850, die den Mikroprozessor informiert, wenn gültige HF- Leistungspegeldaten zur Verarbeitung bereitstehen, eine Latchschaltung 852, die mit der Schaltung 856 verbunden ist und den Leistungspegel für den Querschweißzyklus am Ende eines Vertikalschweißzyklus festsetzt, indem sie den Schalter 842 in den Enablezustand setzt, eine Latchschaltung 854, die mit der Schaltung 828 verknüpft ist und den Leistungspegel für den Vertikalschweißzyklus am Ende eines Querschweißzyklus festsetzt, indem sie den Schalter 840 in den Enablezustand setzt, mehrere Invertierer 856 (a bis f) und 858 (a bis e), die den Pegel des logischen Signals oder Impulses steuert, Stromsteuer- oder Treiberschaltungen 860 und 862, die ihre jeweiligen Zeitsteuerkondensatoren laden, und strombegrenzende Ausgangssteuerschaltungen 864, 866, 868 und 870, die mit Ausgangssignalen HF-Daten-Bereit, HF-Trigger-Vertikal- Schweißung, HF-Trigger-Quer-Schweißung und HF-Trigger verknüpft sind.
Die entsprechenden zeitabhängigen Funktionsdiagramme der verschiedenen Schaltungselemente sind in den FIG. 40a und 40b dargestellt. Die Kennzeichnung der Zeitdiagramme bezieht sich auf die Nummer der Anschlußstifte oder Schaltungsknoten, die in der folgenden Beschreibung identifiziert sind.
So bezieht sich hier "C_" auf einen Kondensator C_, bezeichnet einen Widerstand R_, "CR_" bezeichnet eine Diode CR_, "P_" bezeichnet ein Potentiometer P_, "Q_" bezeichnet einen Transistor Q_, "U_" bezeichnet eine integrierte Schaltung U_. Die Kennzeichnung "U1 - _" bezeichnet Element U1 am Stift _ und bezieht sich insbesondere auf Verbindungen mit dem identiflzierten Stift (Sockel- oder Steckerstift) der integrierten Schaltung gemäß der vom Hersteller gewählten Schaltungsstiftauslegung. Diese Kurzform der Identifizierung verschiedener Schaltungselemente und Stiftverbindungen wird, dort wo sie angebracht ist, verwendet werden.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die HF-Steuerschaltungselemente einen Diagnose- und Überwachungsabschnitt für den Mikroprozessor, um die HF- Schweißbedingungen zu überwachen, und einen logischen Steuerabschnitt zum Steuern des Betriebs vom HF-Generator 650, und diese Elemente sind gemäß den FIG. 37 bis 39 wie folgt aufgebaut. Eine Differentialverstärkerschaltung 800 umfaßt einen Operationsverstärker U1, typischerweise einen 741 op amp, an dessen Eingängen das HF-Leistungspegel-Rückkopplungssignal liegt, das über Stiften B6 und B5 erzeugt wird.
Das HF-Leistungspegel-Rückkopplungssignal wird von einer in FIG. 38 gezeigten HF-Leistungsrückkopplungs-Platine erzeugt. Der im Blockschaltbild gezeigte Stromtransformator ist dazu ausgelegt, sich um einen einzelnen Leiter des Ausgangs vom HF-Generator 650 zu passen. Wenn der Generator 650 leitend ist, wird im Stromtransformator ein Strom induziert, der zu Knoten N200 und N201 einer Gleichrichterbrücke geleitet wird, die Dioden CR201 und CR202 umfaßt, die parallel zu Dioden CR203 und CR204, typischerweise IN4148-Dioden, geschaltet sind. Ein Satz paarweise angeordneter Dioden ist jeweils Anode auf Anode geschaltet und der andere Satz weist eine Schaltung Kathode auf Kathode auf. Das Signal wird dann von boten N202 und N203 der Gleichrichterbrücke abgegriffen, durch ein Tiefpaßfilter geleitet, das aus einem Widerstand R201 und Kondensator C201 besteht, und durch jeweilige Isolationsschmelzsicherungen F1 und F2. Die Sicherungen F1 und F2 wirken so, daß sie die Beschädigung der HF-Steuerschaltung im Fall von Stromstößen im Generator 650 durch Stromkreisöffnung verhindern. Zenerdioden CR205 und CR206, typischerweise IN6275A-Zenerdioden sind über die Ausgangsanschlüsse N204 und N205 Anode auf Kathode geschaltet und teilen sich eine gemeinsame lokale Masse, die mit einem Anschluß N206 verbunden ist. Die Zenerdioden N204 und N205 wirken so, daß sie den Strom zur lokalen Masse leiten, während sie die Ausgangsspannung bei Überlastung der Schaltung auf die nominelle Durchschlagspannung (Zenerspannung) von beispielsweise 15 Volt begrenzen.
Das Eingangssignal in die Differentialschaltung 800 ist folglich das HF-Leistungspegel-Rückkopplungssignal, das über den Knoten N204 und N205 (FIG. 38) erzeugt wird, auf Stifte B6 und B5 gegeben wird und in parallele Eingangsschaltungen, die einen Widerstand R1, einen Kondensator C1 und einen Widerstand R3 am invertierenden Eingang und R2, C2 und R4 am nicht- invertierenden Eingang vom Verstärker U1 umfassen, eingespeist wird. Die Eingänge von U1 sind durch Dioden CR1 und CR2 parallelgeschaltet, typischerweise IN4148-Dioden, die Anode auf Kathode geschaltet sind. Eine einstellbare Offsetspannung von einer-15 Volt- Quelle wird in ein Potentiometer P1 eingespeist und über U1-1 und U1-5 angelegt. Durch die gesamte Schaltung hindurch werden verschiedene Potentiometer verwendet, um die Widerstandswerte der Schaltung einzustellen oder um geeignete Bezugsspannungen bereit zustellen, um Herstellungstoleranzen Rechnung zu tragen, wenn hierzu nicht anderweitig Stellung genommen wird. Versorgtingsspannungen von ± 15 Volt über Kondensatoren C3 bzw. C4 werden an Stifte U1-7 bzw. U1-4 angelegt.
Das Ausgangssignal der U1-6 Schaltung 800 wird in den Belastungswiderstand R5 und das Potentiometer P2 einer Integratorschaltung 802 eingespeist.
Die Integratorschaltung 802 umfaßt einen Verstärker U2, typischerweise einen BIFET (bipolarer Feldeffekttransistor) 3140-Operationsverstärher, hergestellt von RCA mit einem geerdeten Widerstand R6 hoher Impedanz am nichtinvertierenden Eingang, wobei das Ausgangssignal der Schaltung 300 dem invertierenden Eingang zugeführt wird. Versorgungsspannungen von ± 15 V über geerdete Kondensatoren C6 und C7 werden jeweils auf Stifte U2-7 bzw. U2-4 gegeben, wobei eine Offsetspannung von einer -15 V-Quelle, die über ein Potentiometer P3 eingespeist wird, über Stifte U2-1 und U2-5 angelegt wird. Geerdete Kondensatoren werden in Verbindung mit den Versorgungsspannungen benutzt, um Leitungs- oder Netzstromfluktuationen (60 Hz) herauszufiltern und jeden Verstärker von den Signalen angrenzender Verstärker zu entkoppeln.
Die Integration der Schaltung 802 wird durch eine Schaltung 806 gesteuert, wobei ein Schalter U14A einund ausgeschaltet wird, vorzugsweise ein CMOS 4066 Festkörperschalter, der parallel zum Kondensator C5 in der Rückkopplungsschleife zwischen die Stifte U2-6 und U2-2 vom Verstärker U2 geschaltet ist. Der Schalter U14A befindet sich entweder in offener oder kurzgeschlossener Schaltung, wobei der Wechsel vom kurzgeschlossenen Schaltungszustand zum offenen Schaltungszustand den Beginn der Integration ermöglicht, wenn der Kondensator C5 beginnt, Ladung zu speichern. Der Schalter U14A wird durch ein Flipflop U11A-1 der Zeitsteuerschaltung 806 gesteuert, der im Resetzustand, um eine logische 0 (oder ein niedriges logisches Signal, typischerweise ein O-Spannungssignal) am Ausgang bei U11A-1 beim Einsatz eines Triggersignals (wie weiter uiften vollständiger erläutert werden wird) zu liefern, den Schalter U14A dazu veranlassen wird, in den offenen Schaltungszustand zu wechseln und mit der Integration des Signals von der Differentialverstärkerschaltung 800 zu beginnen.
Das Ausgangssignal der Integrationsschaltung 802 wird über eine geerdete spannungsumkehrende Klemmdiode CR3 (eine IN4148Diode) eingespeist, um zu verhindern, daß negative Auslenkungen oder Hübe des Verstärkers den Festkörperschalter beeinflussen, und wird ferner der Track- und Halteschaltung 804 zugeführt.
Die Track- und Halteschaltung 804 umfaßt einen Abtast- und Haltechip U3, typischerweise ein Signetics Modell 5537 Chip, und eine hierauf bezogene Schaltung, die den Chip zu einer Track- und Halteschaltung auslegt Das Eingangssignal wird einem Stift U3-3 zugeführt. Versorgungsspannungen von ± 15 V werden über geerdete Kondensatoren C8 bzw. C10 auf die Stifte U3-1 bzw. U3-4 gegeben. Der Stift U3-6 wird über einen Kondensator C9 geerdet. Eine Bezugsspannung von einer +15 V Quelle wird über ein Widerstandsnetzwerk R7 und R8 auf einen Stift US-7 gegeben, wobei der Widerstand R8 geerdet ist, und eine Offsetspannung von einer +15 V Quelle wird über ein Widerstandsnetzwerk R9, R10 und ein Potentiometer P4 auf einen Stift U3-2 gegeben. Das Steuersignal, das die Schaltung 804 in den Haltemodus setzt, wird von einem Mikrosekundenimpuls, beispielsweise von 4 us erzeugt, der von einem NAND-Glied U13D-11 erzeugt wird, welches ferner durch einen Invertierer U17C geführt wird, und auf ein Flipflop U15B-7 gegeben wird, um U15B-0 zu setzen, der eine logische 0 (oder ein logisches hohes Signal, beispielsweise ein +5 oder +15 V Signal) an einen Invertierer 17D-10 ausgibt und die Track- und Halteschaltung U3 dazu veranlaßt, den Wert zum Zeitpunkt des Mikrosekundenimpulses zu halten. Flipflop U15B ist ein logisches Flipflop niedriger Triggerung, so daß das Vorhandensein eines logischen hohen Impulses am Ausgang des NAND-Gliedes U13D-11 durch den Invertierer U17C invertiert wird, um die logische niedrige Triggerung zum Setzen vom Flipflop U15B-9 auf einen hohen logischen Wert zu bilden, der durch den Invertierer U17D auf einen niedrigen logischen Wert invertiert wird, welcher U3-8 zugeführt wird, um den Haltezustand zu veranlassen. Der gehaltene Wert wird dann bei U3-5 ausgegeben und am Knoten A9 gehalten, wo er abgetastet und durch den Mikroprozessor für Diagnose- und Überwachungszwecke aufgezeichnet werden kann. Das Ausgangssignal wird typischerweise gehalten, bis der Verstänker U3 durch ein logisches hohes Eingangssignal bei U3-8 in den Trackingmodus zurückgesetzt wird.
Der Ausgangswert entspricht dem HF-Leistungspegel, der aktuell vom HF-Generator 650 ansprechend auf das Leistungspegelsteuersignal erzeugt wird, wie es durch den Strom, der im Stromtransformator (FIG. 38) induziert wird, und die Zeitdauer, in der der Generator auf ein geschaltet war, bestimmt ist. Die Zeitperiode zur Integration wird durch Beginn der Integration mit dom Einschalten vom Generator 650 gesteuert sowie durch den Tracking-Vorgang und das Halten des Werts vom Integrator 804 zum Zeitpunkt, wenn der Generator 650 abgeschalfflet wird (oder in den Standbymodus gesetzt wird). Hat der Mikroprozessor einmal den Ausgangsknoten A9 abgetastet, erzeugt er den HF-Strobesignalimpuls, der über einen geerdeten Widerstand R11 auf den Stift 37 gegeben wird. Das Signal wird durch den Invertierer U17A geleitet, der einen logischen niedrigen Impuls liefert, welcher das Flipflop U15B (bei U15B-6) auf den niedrigen logischen Wert beim Einsatz des Signale zurücksetzt, wodurch ein hoher logischer Wert am Stift U3-8 eingegeben wird und dieser Wert den Sample & Hold- Chip oder Abtast- und Haltechip U3 in seinen Tracking Modus setzt, um das Ausgangssignal vom Integrator U2-6 während des Stromschweißzyklus entsprechend einer vertikalen oder Querverschweißung zu verfolgen.
Das HF-Strobe-Signal setzt auch die Latchschaltung 850 bei U15C-12 zurück, wodurch ein logischer niedriger Ausgangswert bei U15C-10 geliefert wird, welcher bei U17B-4 auf einen hohen logischen Ausgangswert invertiert wird, der einen Transistor Q3 der Schaltung 864 abschaltet. Das Abschalten von Q3 beseitigt das HF-Datenbereitschaftssignal am Stift A1 (kurz Daten-Bereit-Signal), ohne daß der Mikroprozessor die Daten nicht abtasten und verarbeiten wird. Das HF-Daten-Bereit-Signal wird geliefert, wenn der Transistor Q3 eingeschaltet wird, wenn Flipflop U15C am Ende des Impulses, der durch die Zeitsteuerschaltung 806 erzeugt wird, gesetzt wird, wobei dies etwa 1 ms später auftritt, nachdem der Track- und Halteverstärker U3 In den Haltezustand gesetzt wurde, damit er sich stabilisieren kann, bevor der Mikroprozessor 8 den Wert abtasten wird.
Der Mikroprozessor liefert auch das RF-Trigger- Enable-Signal, das am Knoten A5 eingegeben wird und über einen geerdeten Widerstand R40 am Eingang U13C-8 aufein NAND-Glied 834 gegeben wird, um das Setzen des HF-Generators 650 in den Enable-Zustand zu steuern. Das NAND-Glied 854 ist typischerweise ein 4011-CMOS-NAND- Glied. Wenn der Mikroprozessor ermittelt, daß sämtliche geeigneten Betriebsbedingungen für aseptische Verpackung vorliegen, wie das Vorhandensein einer Bahn, die Information, die sichere Betriebsbedingungen anzeigt, der Generator bereit ist usw., wird ein HF- Trigger-Enable-Signal, ein hohes logisches Signal, erzeugt. Sind irgendwelche Betriebsbedingungen zur Verpackungsbildung ungeeignet, wird das Signal auf einen niedrigen logischen Wert geändert. Ist das Signal auf einem niedrigen logischen Wert, so wird das NAND-Glied 834-Ausgangssignal bei U13C-10 ungeachtet dessen, ob ein Vertikal- oder Querverschweißungs-Triggersignal vorliegt oder nicht, hoch sein. Dies wird die Erregung vom HF-Generator 650 verhindern. Wenn das HF-Trigger- Enable-Signal einen hohen logischen Wert aufweist, wird das Vorliegen eines Vertikal- oder Querverschweißungstriggersignal mit einem hohen logischen Wert am Eingang von U13C-9 einen niedrigen logischen Ausgangswert bei U13C-10 erzeugen, wodurch der Transistor Q6 der Schaltung 870 eingeschaltet werden wird und ein HF-Triggersignal geliefert wird, welches den HF-Generator 650 in die Lage versetzt, wie weiter unten in Verbindung mit FIG. 39 erläutert werden wird, zu arbeiten, wobei das Signal über die Zeitperiode geliefert wird, während der beide Eingänge U13C-8 und U13C-9 auf logischen hohen Werten liegen.
Das Ausgangssignal des NAND-Gliedes 834 bei U13C-10 wird der strombegrenzenden Ausgangssteuerschaltung 870 zugeführt, die den Transistor Q6, typischerweise einen 2N5366-Transistor, einen Basiswiderstand R50, eine +15-V-Spannungszuführung über Widerstände R51 und R52, wobei R51 mit der Basis vom Transistor Q6 verbunden ist, R52 mit dem Emitter des Transistors Q6 verbunden ist, sowie ein paralleles RC-Netzwerk C43 und R53 aufweist, das zwischen den Kollektorausgang und Masse geschaltet ist. Das Ausgangssignal, das über dem Widerstand R53 am Stift A4 abgegriffen wird, ist das HF- Triggersignal.
Die Größe des HF-Stromgenerators 650 wird entweder durch die Einstellung des Operators, beispielsweise mittels eines Potentiometers, oder durch ein vom Mikroprozessor erzeugtes Signal bestimmt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es zwei Eingangskanäle. Der erste Kanal ist für die Vertikalverschweißung vorgesehen und weist an seinem Eingang das Leistungspegelbefehls- oder -steuersignal für die Vertikalverschweißung auf, vorzugsweise ein Spannungssignal im Bereich von O bis 5 V. Dieses Steuersignal wird über ein paralleles RC-Netzwerk C55 und R54, die beide auf Masse gelegt sind, eingespeist und am Stift U14B-10 auf den Schalter 840 gegeben. Der zweite Kanal ist für die horizontale oder Querverschweißung und weist an seinem Eingang das Leistungspegelsteuer- oder -befehlssignal für die Querverschweißung auf, vorzugsweise eine Spannung im Bereich von o bis 5 B, die über ein paralleles RC-Netzwerk C56 und R55 eingespeist wird, die auf Masse gezogen sind, und dem Schalter 842 bei U14C-3 zugeführt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Steuersignale durch den Mikroprozessor vorgegeben. Beide Schalter 840 und 842 sind typischerweis 4066 CMOS-Festkörperschalter, die imstande sind, eingeschaltet (kurzgeschlossen) und ausgeschaltet zu werden (d.h. in den offenen Schaltungszustand geschaltet zu werden).
Die Ausgänge der Schalter 840 und 842 bei U14C-11 und U14C-4 sind zusammengeführt, werden über den geerdeten Kondensator C42 eingespeist und am Stift A10 als das HF-Leistungspegelsteuersignal ausgegeben. Das HF-Leistungspegelsteuersignal wird auch eine Spannung zwischen 0 und 5 V aufweisen und so dem HF- Generator 650 das exakte Befehlssignal vom Mikroprozessor zuleiten, ein Signal, das entweder dein Vertikal- oder Querverschweißungssteuersignal entspricht, wie es durch das Setzen der Schalter 840 und 842 festgelegt ist. Wird der Generator 650 durch das HF-Triggersignal am Stift A4 erregt, so wird er infolgedessen den Leistungspegel entsprechend dein gewünschten HF-Leistungssteuersignal erzeugen. Die Werte des Vertikal- und Querverschweißungs Leistungssteuersignals können differieren, wobei der Querverschweißungswert typischerweise eine größere Amplitude als der Vertikalverschweißungswert aufweist, wie im Zeitablaufdiagramm für den Ausgang U1 (FIG. 40B) gezeigt ist.
Die Steuerung der Schalter 840 und 842 findet durch parallele logische Netzwerke statt, die die Zeitsteuerung und Dauer der Vertikal- und Querverschweißungs zyklen steuern. Ein Netzwerk ist dem Vertikalschweißzyklus und das andere Netzwerk ist dem Querschweißzyklus zugeordnet.
Das Vertikalschweißnetzwerk und das Querschweißmetzwerk arbeiten im wesentlichen auf dieselbe Weise, weisen die gleiche Schaltung auf, wobei nur die Amplitude und Dauer der Impulssteuersignale differieren. Es wird zum Zwecke der Erläuterung nur das Vertikalschweißnetzwerk diskutiert, außer, wenn es notwendig ist, die Unabhängigkeit der beiden Netzwerke gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu erläutern.
Bezugnehmend auf das Vertikalschweißnetzwerk wird ein vorbestimmtes Vertikalschweiß-Zeitsteuersignal am Stift B4 der Steuerschaltung 808 zugeführt, die einen Verstärker US, typischerweise einen 741-Operationsverstärker, umfaßt, der Versorgungsspannungen von ± 15 V über jeweils geerdete Kondensatoren C20 bzw. C21 an Eingängen U5-7 und U5-4 und einen Widerstand R31 in der Rückkopplungsschleife zwischen Ausgang U5-6 und invertierendem Eingang U5-2 aufweist. Das Vertikalschweißzeitsteuersignal ist typischerweise ein fixierter Wert, der durch den Mikroprozessor geliefert wird und eine Spannung zwischen 0 und 10V aufweist sowie am Stift U5-3 über den Widerstand R32 und den geerdeten Kondensator C22 eingegeben wird. Das Ausgangssignal bei U5-6 wird dann in den Eingang U7-5 der Zeitsteuerschaltung 812 eingespeist und setzt die Steuerspannung des Zeitgebers U7. Die Zeitsteuerschaltung 812 umfaßt den Zeitgeber U7, typischerweise einen gebräuchlichen 555 Zeitgeberchip, der so ausgelegt ist, daß Stift U7-1 geerdet ist, wobei eine 15-V-Versorgungs- Spannung von einer entsprechenden Quelle über einen geerdeten Kondensator C45 auf Stifte U7-8 und U7-4 gespeist wird, die zusammengeschaltet sind. Ein Triggersignal, welches weiter unten vollständiger erläutert wird, wird am Stift U7-2 eingegeben.
Eine Präzisions-Stromregulierschaltung 810 ist dazu ausgelegt, ein lineares Rampen- oder Anstiegsausgangssignal zu liefern, um einen Zeitsteuerkondensator linear aufzuladen. Die Schaltung 810 umfaßt einen Verstärker UE, vorzugsweise einen BIFET 3140-Operationsverstärker mit folgenden Verbindungen: ein +15 V- Signal wird dem nichtinvertierenden Eingang U6-3 über einen Serienwiderstand R33 und ein paralleles RC-Netzwerk C23 und R34 zugeführt, die beide mit Masse verbunden sind, ein Stift U6-1 ist über ein serielles RC-Netzwerk mit Widerstand R35 und Kondensator C25 mit einem Stift U6-8 verbunden, Versorgungsspannungen von ± 15 V werden über einen geerdeten Kondensator C24 bzw. C26 auf einen Stift U6-4 bzw. U6-7 gegeben, das Ausgangssignal am Stift U6-6 wird der Basis vom Transistor Q1 der Stromsteuerschaltung 860 zugeführt, typischerweise einem 2N5366 Transistor. Der Emitter von Q1 ist mit Stift U6-2 verbunden. Das + 15-V-Versorgungsspannungssignal, das über R33 auf U6-3 gelegt wird, ist auch mit U6-7 und dem Emitter von Q1 über die Serienschaltung eines Potentiometers P5 und Widerstandes R36 verbunden. Der Kollektor vom Transistor Q1 speist den Zeitsteuerkondensator C27.
Das Signal über dem Zeitsteuerkondensator wird auf Stift U7-7 des Zeitgebers 812 gegeben. Im Normalbetrieb und bei nichtvorhandenem Vertikalschweißtriggersignal bei U7-2 wird U7-7 den Kondensator C27 auf Masse legen, wodurch verhindert wird, daß der Kondensator C27 sich lädt. Eine Ladeschaltung, die eine Parallel schaltung aus Diode CR10 und Widerstand R37 zum Zuführen einer 15V-Versorgungsspannung umfaßt, hält eine logische hohe Spannung aufrecht, so daß der Kondensator C27 am Stift U7-7 kurzgeschlossen ist. Beim Einsatz eines Triggersignals wird die Ladeschaltung vorübergehend auf einen niedrigen logischen Zustand wechseln, wodurch U7 angetriggert wird, den Zeitsteuerzyklus zu beginnen, welcher den Ausgang U7-3 dazu bringt, vom logischen Wert 0 auf einen hohen logischen Wert zu wechseln, wobei ferner Stift U7-7 in den Leerlauf oder offenen Stromkreis geschaltet wird, wodurch der Kondensator C27 sich mit einer präzisionsgesteuerten linearen Rampenspannung aufladen kann. Die Spannung am Kondensator C27 wird fortgesetzt ansteigen, bis ihr U7-6 zugeführter Pegel den Spannungspegel erreicht, der durch eine Schwellwertsteuerspannung festgesetzt ist, die am Stift U7-5 eingegeben wird. Gleichzeitig ändert sich der Ausgang U7-3 vom hohen logischen Wert auf einen nIedrigen logischen Wert und der Kondensator C27 wird wiederum am Stift U7-7 kurzgeschlossen Daher hört der Kondensator C27 auf, sich aufzuladen, und wird durch die Schaltung 810 entladen. Die Impulsbreite am Ausgang U7-3 entspricht der Zeit, die erforderlich ist, daß die linear ansteigende C27-Spannung die Schwellwertsteuerspannung (vorbestimmt durch den Mikroprozessor) erreicht, wobei hierdurch die Länge der Zeit festgelegt wird, in der der HF-Generator 650 zum Ausbilden der Vertikalverschweißung erregt sein wird. Der Leistungspegel für die Vertikalverschweißung wird durch das Vertikalschweiß-Leistungspegelsteuersignal abhängig von der Zeit wie oben beschrieben festgesetzt.
Das Vertikalschweiß-Triggersignal, das über die Stifte B9 und B10 eingegeben wird, ist das Signal, das vom Vertikalsignalsensor 551 erzeugt wird, wenn dieser einen der Stifte 552 detektiert, wenn das Querversiegelungsrad 200 sich dreht. Das Signal wird über die Entprellschaltung 824a eingespeist, die die Kurvenform in eine Rechteckschwingung oder einen vertikalen Triggerimpuls umsetzt. Das Signal am Stift B9 wird auf den Eingang U12A-2 eines Rechteckschwingungsgenerators U12A gegeben, typischerweise einen CMOS4093- Chip, hergestellt von RCA. Eine +15 V Versorgungsspannung wird an U12A-2 angelegt. Das Signal am Stift B9 wird über den geerdeten iiderstand R13, den Serienwiderstand R12, den geerdeten Kondensator C11 und an den Eingang U12A-2 gelegt. Die geerdete Diode CR5, typischerweise eine 1N4148-Diode, ist mit dem Eingang U12A-2 verbunden, und die Diode CR4, auch typischerweise eine 1N4148-Diode, ist zwischen die Eingänge U12A-2 und U12A-1 geschaltet. Die Dioden und das RC- Netzwerk wirken so, daß sie das Vertikalschweißtriggersignal filtern, um ein hochpegeliges logisches Eingangssignal bei U12A-2 zu liefern, das mit der +15-V- Versorgungsspannung am Eingang U12A-1 verglichen wird.
Das Ausgangssignal der Entprellschaltung 824a bei U12A-3 ist normalerweise hoch. Wenn das Vertikalschweißtriggersignal in die Schaltung eingegeben wird, wechselt das Ausgangssignal auf einen logischen Impuls. Der logische Impuls dient verschiedenen Funktionen. Zunächst wird der Vertikalschweißtriggerimpuls in die Latchschaltung 844 bei U15A-3 eingegeben, um das logische Flipflop U15A niedriger Triggerung bei U15A-13 auf einen hohen logischen Ausgangswert zu setzen. Das Flipflop U15A ist typischerweise ein CMOS 4044B Flipflophergestellt von RCA. Dieses Ausgangssignal wird vom Invertierer U17E, typischerweise einen 4049-Invertierer, invertiert, um ein niedriges logisches Signal zu bilden, das den Transistor Q4, einen 2N5366-Transistor, der Stromsteuerschaltung 866 einschaltet, wobei dieser das HF-Vertikalschweißtriggersignal für den Mikroprozessor liefert. Auf diese Weise wird der Mikroprozessor informiert, daß das HF-Triggersignal für eine Vertikalverschweißung vorgesehen ist.
Zweitens wird der Vertikalschweißtriggerimpuls in die Latchschaltung 846 eingegeben, um das logische Flipflop U15D niedriger Triggerung, auch ein 4044B- Flipflop, bei U15D-14 so zurückzusetzen, daß das Ausgangssignal bei U15D-1 ein niedriges logisches Signal ist, das durch den Invertierer U17F, einen 4049-Invertierer, auf einen hohen logischen Signalwert invertiert wird, wobei der Invertierer ein hohes logisches Signal bildet, um den Transistor Q5, einen 2N5366- Transistor, der Stromsteuerschaltung 868 abzuschalten. Die Abschaltung des Transistors Q5 verhindert die Erzeugung des HF-Triggerquerschweißsignals am Knoten A6, so daß, wenn der Mikroprozessor die Ausgangssignale der HF-Steuerschaltung abtastet, er nur das HF-Triggervertikalschweißsignal entsprechend dem Vertikalschweißtriggereingangssignal an den Stiften B9 und B10 sieht und die HF-Triggerung als eine Triggerung für eine Vertikalverschweißung bestimmt.
Drittens wird der Vertikalschweißtriggerimpuls auf das logische Gate 830, typischerweise ein CMOS 4011 NAND-Glied, bei U13A-1 gegeben, wobei das Gate einen hohen logischen Ausgangswert bei U13A-3 erzeugt, weil der Eingang U13A-2 durch das logische Ausgangssignal geringen Pegels der Entprellschaltung 824b, die mit dem Querschweißnetzwerk verknüpft ist, auf einem niedrigen logischen Pegel gehalten wird. Das hohe Ausgangssignal bei U13A-3 wird der monostabilen Schaltung 822 bei U11B-11 zugeführ, um einen typischerweise 50 ns breiten Impuls zu initiieren, um das Flipflop U11A zurückzusetzen, das wiederum die Integratorschaltung 802 in den Enable-Zustand setzt, wie weiter unten näher erläutert ist.
Viertens wird der Vertikalschweißtriggerimpuls in den Zeitgeber U7-2 eingegeben. Das negative Signal wird durch den Kondensator C28 in die Kopplungsschaltung gekoppelt, die eine +15-V-Quelle, eine Diode CR10 und einen Widerstand R37 umfaßt, um einen momentanen Abfall in normalerweise +15 V-Signal, das an U7-2 angelegt ist, zu bewirken, um das an U7-2 gelegte Signal auf Null zu bringen (einen logischen niedrigen Wert). Dies triggert den Zeitgeber U7 an, damit zu beginnen, den Kondensator C27 der Präzisionssteuerschaltung 810 freizugeben, seine Aufladung zu beginnen, bis der Schwellwertpegel erreicht ist, zu welchem Zeitpunkt der Zeitgeber U7 das Absenken des Ausgangssignals auf einen logischen niedrigen Wert abbricht, wodurch die Impulsbreite definiert wird.
Das Querschweißnetzwerk arbeitet in ähnlicher Weise, wobei es so wirkt, daß es das HF-Triggervertikalschweißsignal und das HF-Triggerquerschweißsignal durch geeignetes Setzen und Zurückstellen der Latchschaltungen 844 und 846, durch Einschalten der Zeitgeberschaltung 818 mit ihrer zugeordneten Präzisionsstromsteuerschaltung 816 und dem Querschweißzeit- Steuersignal ein- und ausschaltet, wenn das Querschweißtriggersignal über den Stifen B8 und B12 detektiert wird und durch die Entprellschaltung 824b geleitet ist.
Nun wenden wir uns wieder der Funktionsweise der Zeitgeberschaltung 812 für das Vertikalschweißnetzweft zu, wobei der Vertikalschweißausgangsimpuls am Stift U7-3 für verschiedene organisatorische Funktionen der Steuerschaltung verwendet wird. Der Impuls ist typischerweise ein 100-ms-Impuls mit einem hohen logischen Wert. Im Vergleich hierzu ist der Querschweißimpuls von der Zeitgeberschaltung 818 typischerweise ein 200-ms-Impuls. Der Vertikalschweißimpuls wird über den Widerstand R46 an den Schalter 828 bei U12D-12 angelegt. Der Vertikalschweißimpuls wird auch über den Koppelkondensator C40 und eine Ladeschaltung, die dazu ausgelegt ist, das Eingangssignal am NAND-Glied U13D-12 auf einem logischen hohen Wert zu halten, auf die inonostabile Schaltung 836 gegeben. Die Ladeschaltung unfaßt eine +15-V-Spannungsversorgung über der Diode CR12, typischerweise einer 1N4148-Diode, und einem parallelen Widerstand R48. Das NAND-Glied U13D ist typischerweise ein CMOS 4011 NAND-Glied. Das andere Eingangssignal bei U13D-13 wird auch durch eine ähnliche Ladeschaltung auf eine logische 1 vorgespannt gehalten. Das Vorliegen der hinteren oder abfallenden Flanke des Vertikalschweißimpulses wird vorübergehend eine logische 0 am Eingang bei U13D-12 vorgeben, der, da der Eingang U13D-15 hoch vorgespannt ist, das NAND-Glied U13D-111 mit einem hohen logischen Ausgangswert versieht. Die Ladeschaltung erholt sich unmittelbar danach, wobei sie den Ausgang U13D-11 auf einen niedrigen logischen Wert zurückstellt und einen schmalen Ausgangsimpuls von etwa 4 us Breite liefert. Der Ausgang U13D-13 ist auch mit dem Ausgang des Zeitgebers U10 über den Koppelkondensator C41 und die Ladeschaltung verbunden, so daß das Auftreten eines Querschweißimpulses einen vorübergehenden logischen niedrigen Eingangswert bei U13D-13 und auch einen 4 us Impuls bei U13D-11 hervorrufen wird.
Das Ausgangssignal vom Zeitgeber U7 wird auch durch den Invertierer U18B, typischerweise ein CMOS 4049 Invertierer, invertiert und dem Eingang U13B-5 des logischen Gates 832 zugeführt, typischerweise einem 4011 NAND-Glied. In ähnlicher Weise wird das Ausgangsslgnal vom Zeitgeber U10 durch den Invertierer U18D Invertiert und auf U13B-4 gegeben. So wird das Auftreten entweder eines Quer- oder Vertikalschweißimpulses von einer der Zeitgeberschaltungen das NAND- Glied U13B mit einem hohen logischen Ausgangswert versellen. Das simultane Auftreten von Quer- und Vertikalimpulssignalen wird zu einem niedrigen logischen Ausgangswert führen. Der Ausgang des NAND-Gliedes U13B wird auf das NAND-Glied U13C-9 gegeben. Das andere Eingangssignal in U13C ist das HF-Trigger-Enable-Signal, ein hohes logisches Signal. Infolgedessen verursacht das Auftreten zweier hoher logischer Eingangswerte den Ausgang U13C-10 auf einen niedrigen Wert zu gehen, wodurch der Transistor Q6 eingeschaltet wird, typischerweise ein 2N5366-Transistor der Stromsteuerschaltung 70, um das HF-Triggersignal am Stift A4 zu erzeugen. Das HF-Triggersignal wird nur so lang an sein, wie der Transistor Q6 eingeschaltet ist, was unter normal akzeptablen Betriebsumständen so lang andauert, wie entweder der Vertikal- oder Querschweißimpuls auf einem hohen logischen Wert ist, d.h. während der Impulsbreite des Ausgangssignals der Zeitgeber U7 bzw. U10.
Die Ausgangssignale der Zeitgeber U7-3 und U10-3 werden auch benutzt, um die Schalter 840 und 842 zu steuern, damit diese das gewünschte Leistungspegelsteuersignal am Stift A10 liefern. Allgemein ausgedrückt, ist bei einem Vertikalschweißimpuls der Schalter 840 im Enable-Zustand, und der Schalter 842 ist im Disable-Zustand. Am Ende des Vertikalschweißimpulses wird der Schalter 840 in den Disable-Zustand versetzt, und der Schalter 842 in den Enable-Zustand, jeweils eine Zeitperiode bevor das Signal tatsächlich benutzt wird, so daß die Schaltstufe sich stabilisiert, bevor das selektierte Signal hindurchgeleitet wird, wodurch ein stabiles Signal erzeugt wird.
Am Ende des Vertikalschweißimpulses wird das Flipflop U14A gesetzt. Dies liefert ein logisches hohes Signal am Eingang U14C-5 des Schalters U14C, wodurch die Durchleitung des Querschweißleistungspegel- Steuersignals zum Stift A10 selektiert wird. Das Setzen des Flipflop U16A setzt auch das Flipflop U16B zurück, wodurch das Querschweißleistungspegel-Steuersignal abgeschaltet wird, indem der Schalter U14B in den Disable-Zustand gesetzt wird. In vergleichbarer Weise wird beim Ende eines Querschweißimpulses das Flipflop U16B gesetzt, wodurch der Schalter U14B so freigegeben wird, daß er das Vertikalschweißleistungspegel-Steuersignal durchläßt und das Flipflop U16A zurücksetzt, wodurch der Schalter U14C in den Disable-Zustand gesetzt wird. Sowohl U14A als auch U16A sind typischerweise CMOS 4027-Flipflops. Das Ausgangssignal bei U16A-15 wird auch dein zuvor erwähnten Rechtsckschwingungsgenerator U12D-15 zugeführt, und der Ausgang U12D-11 wird durch den Invertierer U18E in einen logischen Impuls invertiert, der, wenn er hoch ist, das Flipflop U16B bei U16B-4 zurücksetzt. Der Ausgang U16B-1 liefert einen logischen Ausgangswert, der auch einen logischen Eingangswert für den Rechteckschwingungsgenerator U12C-9 entsprechend dein Querschweißnetzwerk liefert, sowie ein logisches Signal für den Schalter U14B-12. Der Ausgang von U12C-10 wird durch den Invertierer U18C invertiert und eingegeben, um das Flipflop U16A bei U16A-12 zurückzusetzen. Die Steuerung des Setzens der Flipflops U16A und U16B wird erzielt, indem auch die invertierten Ausgangssignale der Zeitgeber U7-3 und U10-3 (unter Verwendung des Invertierers U18B bzw. U18D) auf die Takteingänge U16A-13 bzw. U16B-3 mit positiver Flankentriggerung gegeben werden, so daß beim Auftreten der positiven Triggerung das Flipflop gesetzt werden wird.
Wieder bezugnehmend auf das logische Gate 830 ist, wenn entweder ein Vertikal- oder Querschweißtriggersignal detektiert wird, der Ausgang U13A-3 auf einem hohen logischen Wert und wird auf den Takteingang U11B-11 eines monostabilen Generators 822 gegeben. Ein "One-Shot" (Einkreis oder monostabiles Glied) U11 ist typischerweise ein 4013 Flipflop, das so ausgelegt ist, daß der Ausgang U11B-13 zur Zurücksetzung von U11-10 verknüpft ist, der invertierte Ausgang U11B-12 mit dein Stift U11B-9 verbunden ist und der gesetzte Eingang U11B-8 auf Masse gelegt ist. Das Ergebnis ist typischerweise ein 50 ns breiter Impuls, der der Latch-Schaltung 820 zugeführt wird, um das Flipflop U11A, typischerweise einen CMOS 4013 Flipflop, bei U11A-4 zurückzusetzen.
Das Zurücksetzen des Flipflop U11A liefert ein niedriges logisches Ausgangssignal bei U11A-1, welches auf den Schalter U14A-15 in der Rückkopplungsschleife der Integratorschaltung 802 gegeben wird. Ein niedriges logisches Eingangssignal bringt den Schalter U14A in den Zustand offenen Schaltungskreises und ermöglicht dem Kondensator C5, die Integration des HF-Leistungspegelrückkopplungssignals zu beginnen, welches an den Stiften B5 und B6 detektiert wird und durch die Schaltung 800 differentiell verstärkt wird.
Am Ende des Vertikal- oder Querschweißtriggerimpulssignals erzeugt die monostabile Schaltung oder Einkreisschaltung 356 das Halte-Signal, wie unten diskutiert. Das Haltesignal wird auch durch den Kondensator C13 auf eine Ladeschaltung gekoppelt, die dazu ausgelegt ist, ein hohes logisches Signal am Triggereingang U4-2 des Zeitgebers U4 aufrecht zu erhalten. Die Ladeschaltung umfaßt eine +15 V Spannungsquelle über der Diode CR8 (typischerweise eine 1N4148 Diode) und einem Widerstand R16. Der Zeitgeber U4, typischerweise ein 555 Zeitgeber, weist die folgende weitere Konfiguration auf. Die Schwellwert- und Entladeeingänge U4-6 und U4-7 sind zusammengeschaltet und mit dem Kondensator C14 verbunden, der geerdet ist, und mit einer +15 V Versorgungsspannung über dem Widerstand R17, wodurch ein RC-Kurvenstromtreiber gebildet wird. Der Stift U4-1 ist mit Masse verbunden, und der Stift U4-7 ist intern über einen Transistor mit U4-1 verbunden, um den Kondensator C14 zu entladen, wenn der Zeitgeber U4 seinen Zeitzyklus abgeschlossen hat, folgend auf das Haltesignal, das am Ende sowohl eines Vertikal- als auch eines Querschweißtrigger impulses erzeugt wird, und die intern gesetzte Steuerspannung am Stift U4-5, der mit dein geerdeten Kondensator C15 verbunden ist. Eine Versorgungsspannung von +15 V wird über den geerdeten Kondensator C44 auf die Stifte U4-4 und U4-8 gelegt.
Der Zeitgeber 4 arbeitet so, daß er eine 1 ms- Verzögerung von dein Einsatz des Haltesignals an liefert, um zu ermöglichen, daß die Track- und Halteschaltung 304 den Haltewert setzt, bevor der Integrator zur Aufnahme einer weiteren Abtastung zurückgesetzt wird. Das Signal am Ausgang vom Invertierer U17D verursacht ein vorübergehendes logisches niedriges Eingangsslgnal bei U4-2, welches den Zeitgeber U4 antriggert, bei U4-3 auf einen hohen logischen Wert zu schalten. Dieser beseitigt den Kurzschluß über dem Kondensator C14, der sich dann gemäß dem RC-Netzwer C14 und R17 so lange auflädt, bis der Spannungspegel den Pegel des Steuersignals am Eingang U4-5 erreicht. Dann schaltet der Zeitgeber U4 ab. Wenn der Ausgang des Zeitgebers U4-3 auf einen niedrigen logischen Wert geht, wird er durch den Kondensator C16 gekoppelt, um das Flipflop U15C zu setzen, eine Vorrichtung mit negativer Flankentriggerung, welche den Transistor Q3 einschaltet, um das HF-Datenbereitschaftssignal für den Mikroprozessor zu erzeugen, welches den Mikroprozessor dazu anregen kann, die Ausgangssignale der HF-Steuerschaltung abzutasten und aufzuzeichnen und das HF-Strobe-Signal zu erzeugen. Der Impuls wird dann auch auf das Flipflop U11A über den Invertierer U18A gekoppelt, wo er das Flipflop U11A setzt, weiches den Schalter U14A schließt, um die Integratorschaltung 802 zurückzusetzen.
Gemäß FIG. 39 wird das Triggersignal vom Stift A4 der FIG. 37 auf den Knoten D5 der HF-Triggerschaltungsplatine C1000 gegeben. Das Signal wird durch den Eingangswiderstand R301 in den Photokoppler U303 gegeben, vorzugsweise einen H11B2 optischen Koppler, um die Platine C1000 vom Rest der Systemelektronik zu isolieren. Eine gemeinsame 15V-Rückleitung ist vom Koppler U303 zum Knoten D3 vorgesehen. Der Koppler U303 ist wie folgt aufgebaut: eine +5 V-Quelle ist an einen Phototransistorkollektor bei U303-5 angeschlossen, eine -5 V-Quelle ist über einen Lastwiderstand R302 mit dem Emitter des Phototransistors bei U303-4 verbunden. Das Ausgzngssignal vom Koppleremitter bei U303-4 wird dem Dateneingang von U303A, typischerweise einem CMOS 4013 Flipflop, zugeführt sowie dom NAND- Glied U301D, dessen Eingänge zusammen kurzgeschlossen sind, um als ein Invertierer zu wirken, wobei der Ausgang hiervon zugeführt wird, um den Eingang von U302A-4 zurückzusetzen.
Ferner werden dem Flipflop U302A auch Steuereingangssignale entsprechend den Phasensignalen Zugeführt, die durch die Herstellersteuerschaltungen für den Generator 650 erzeugt werden. Die Phasensignale zeigen die Zeiten an, zu denen es vorteilhaft sein iürde, den Generator durch siliciumgesteuerte Gleichrichter (SCR) im Hinblick auf die Phase des Leistungswechselstromes so zu aktivieren, daß eine Sättigung des Anodenstromkreistransformators verhindert wird, die zu einem Überstromzustand führen rürde. Die Phasensignale sind typischerweise auf 60º und 240º gesetzt. Die Signale werden jeweils vom HF- Generator 650 auf Knoten D1 und D2 gegeben, durch NAND- Glieder U301A und U301 invertiert, die als Invertierer mit gemeinsamen Eingängen ausgelegt sind, und auf NAND- Gliedeingänge U301C-8 und U301C-9 gegeben. Der Ausgang des NAND-Gliedes U301C wird dein Takteingang des Flipflop U302A bei U302A-3 zugeführt. Ein logischer "nicht" Ausgang U302A-2 wird dem Transistor Q301, typischerweise einem 2N3416 Transistor, durch den Widerstand R303 zugeführt. Der Kollektor vom Transistor Q301 ist das SCR-Gate-Enable-Ausgangssignal, welches der SCR-Gate- Steuerschaltung im HF-Generator 650 ermöglicht, dazu freigegeben zu werden, daß an den HF-Generator Leistung geliefert werden kann. Der Emitter des Transistors Q301 ist mit einer -5V-Quelle zusammen mit Flipflopeingängen U302A-6 und U302A-7 verbunden, die zusammengeschlossen sind. Eine +5V-Quellenspannung wird auf U302A-14 gegeben.
Die Funktionsweise der Schaltungsplatine C1000 ist wie folgt. Ein HF-Triggersignal liefert ein hohes logisches Signal bei U303-4, welches den Dateneingang des Flipflop U302A-5 setzt und invertiert wird, um ein niedriges logisches Eingangssignal zur Zurücksetzung des Eingangs U302A-4 zu liefern. Bei Auftreten eines Phasensignals wird der Takteingang aktiviert, und das Flipflop U302A leitet die Daten, die auf U302A-5 gegeben werden, ein hohes logisches Signal zum Ausgang U302A-1 und ein niedriges logisches Signal zum "nicht" Ausgang U302A-2. Dies schaltet Q301 ab, wodurch dem SCR-Gate ermöglicht wird, zu schwimmen. Mit anderen Worten öffnet das Abschalten von Q301 den Transistorkollektorausgang, welcher den SCR-Gate-Steuerstrom freigibt und den HF-Generator dazu veranlaßt, ein Ausgangssignal aufzuweisen. Am Ende des HF-Triggerimpulses wird das Flipflop U302A zurückgesetzt, Q301 eingeschaltet und das SCR-Gate in den Disable-Zustand gesetzt, um den Betrieb des HF-Generators zu verhindern.
Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel sich auf die Schaltung der Leistung von einem einzelnen Induktionsgenerator auf vertikale und mehrere transversale Schweißspulen bezieht, können zwei Induktionsgeneratoren, vorzugsweise HF-Generatoren, anstelle nur eines verwendet werden. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Notwendigkeit für Festkörperschalter U14B und U14C und hiermit verbundene Flipflops U16A und U16B vermieden werden. Jeder Generator würde so seinen eigenen HF-Strobe-, Quer- oder Vertikaltriggerimpuls, seine Schweißzeitsteuer-, Schweißleistungspegelsteuer-, HF- Enable-Signale usw. aufweisen. Dabei kann ein Generator dazu vorgesehen sein, vertikale Verschweißungen auszuführen, und der andere dazu vorgesehen sein, transversale Verschweißungen auszuführen.
Der Vertikalschweißgenerator kann intermittierend ansprechend auf die Detektion eines der Stifte 552 betrieben werden, oder er kann kontinuierlich arbeiten, während die Bahn vorrückt. Für den kontinuierlichen Betrieb kann die longitudinale oder die vertikale Schweißspule entsprechend neu ausgelegt werden. Der horizontale Schweißgenerator kann ansprechend auf die Detektion eines Stiftes 552 wie oben beschrieben betrieben werden. Jedoch ist mit zwei Generatoren die Grenze der Geschwindigkeit des Querversiegelungsrades 200 nicht länger von den Schaltzeiten abhängig, die der mechanischen Detektion der Stifte 552 obliegen, und von der Schaltung zwischen Vertikal- und Horizontalschweißzyklen und den logischen Netzwerken, und auch nicht von der Impulsbreite des Querschweißzeit-Steuersignals. In diesem Ausführungsbeispiel kann die simultane Erregung aneinandergrenzender Schweißspulen beispielsweise dadurch vorgesehen werden, daß der Generator mit einer ausreichend großen Arbeitsspule versehen wird, um eine Anpassung an die Belastung durch zwei oder mehr transversale Spulen gleichzeitig zu gewährleisten, sowie ferner durch geeignete Leistungspegelsteuersignale dafür, daß der Generator durch eine Querschweißspule und durch mehr als eine Spule belastet wird. In einem derartigen Ausführungsbeispiel kann der Horizontalgenerator auch kontinuierlich oder intermittierend in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Versiegelungsrades 200 und den Leistungspegeln laufen, die zur Ausbildung der transversalen Schweißnähte geeignet sind.
In diesem alternativen Ausführungsbeispiel würden die Zeitgeber U7 und U10 jeweils mit ihren zugeordneten Integratorresetschaltungen für die jeweilige HF-Rückkopplungssteuersignaldetektion und mit ihren jeweiligen HF-Vertikal- und Quertriggern verbunden.
Die oben erwähnten logischen Schaltungen könnten modifiziert werden, um für jeden Generator eine geeignete HF-Steuerschaltung vorzusehen, die das HFEnable, HF-Strobe und eine einer Vertikal- oder Querschweißzeitsteuerung, Leistungspegelsteuerung, eine Triggerung und eine Leistungspegelrückkopplung aufweisen. In ähnlicher Weise würde die HF-Steuerschaltung ein Datenbereitschafts-, ein HF-Rückkopplungspegel-, ein HF-Trigger-, ein HF-Leistungspegel-, und eines eines HF-Triggervertikal- oder Querschweißsignals als Ausgangssignale aufweisen. Dies würde für die beiden HF-Generatoren eine unabhängige Steuerung vorsehen, die mechanisch mit der Detektion der Stifte 552 des Querversiegelungsrades 200 gekoppelt ist oder hierauf elektrisch synchronisiert ist.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Leistungspegel der Quelle elektromagnetischer Energie überwacht werden kann, um ein Indiz der Schweißqualität vorzusehen. Beispielsweise kann, ob eine gute Schweißnaht hergestellt ist oder nicht, als Funktion davon ermittelt werden, ob genug Strom in der Polyfolie induziert wurde, um sie auf eine Temperatur zu erwärmen, die zur Fusion unter den gegebenen Betriebs- und Schweißbedingungen erforderlich ist.
Die erzeugte Leistung kann mit einem kalkulierten Wert korreliert werden, der durch Erzeugen eines Referenzsignals bestimmt wird, das proportional zum augenblicklichen Stromfluß in der Ausgangsschaltung des Induktionsgenerators ist, wobei das Vorhandensein des Ausgangsschaltungsstroms erfaßt wird, und der Strom über die Länge des Schweißzyklus entsprechend der Zeit integriert wird, in der der augenblickliche Ausgangsstrom vorhanden ist (oder einen Wert über einem vorbestimmten Schwellwert aufweist, wobei Werte unterhalb des Schwellwerts einem Nichtschweißzustand entsprechen). Das Integrationsergebnis oder der berechnete Wert kann dann mit vorbestimmten Bezugswerten verglichen werden, einem ersten Wert, der der Leistung entspricht, die erforderlich ist, um ein longitudinales Schweißsegment auszubilden, und einem zweiten Wert, der der für die Ausbildung einer transversalen Schweißnaht erforderlichen Leistung entspricht. Es kann ein Sicherheitsabstand entweder zu den vorbestimmten Werten oder dem Vergleich des berechneten Werts zu einem der vorbestimmten Werte hinzuaddiert werden, um einen Konzidenzfaktor zum Erzeugen adäquater Schweißnähte vorzusehen. Liegt der berechnete Wert über dem vorselektierten vorbestimmten Grenzwert, ist daher innerhalb des Vertrauens- oder Konfidenzfaktors bekannt, daß eine adäquate Leistung zur Ausbildung einer guten Schweißnaht erzeugt wurde und auf die induktive Last geleitet wurde und daß eine gute Schweißnaht hergestellt wird.
Wird einmal die Leistungspegelkorrelation vorgenommen, können Verpackungen, deren berechnete korrelierte Leistungspegel geringer als der vorbestimmte selektierte Wert sind, elektronisch markiert werden, um die Verpackung mit einem Entfernungsgerät zu entfernen, beispielsweise einem Luftgebläse oder anderer Vorrichtung, die die Verpackung auf der stromabwärtigen Seite des Schweißabschnitts von der Packungsvorschubeinrichtung abnimmt oder hieraus herauswirft. Das Markieren kann durch Identifizieren der Verpackung mit einem korrelierten Leistungspegel unten halb des vorbestimmten Werts für eine Verschweißung erzielt werden, wobei bestimmt wird, wie lang es dauert, bis die Verpackung entlang der Maschine von dem Punkt, wo die Verschweißung (longitudinal oder transversal) gemacht wurde, bis zum Packungsentfer nungsgerät läuft - wobei bekannte Vorschubraten der Packung und der von ihr zurückzulegenden Distanz vorgegeben werden - und indem der Verpackungsentfernungsapparat nach der geeigneten Zeitdauer aktiviert wird, um die markierte Verpackung aus der Packungsformmaschine herauszuwerfen, wenn diese den Packungsentfernungsapparat passiert. Die Packung kann dann hinsichtlich ihrer Schweißqualität inspiziert werden. Ein ähnlicher zweiter vorbestimmter Schwellwert könnte entsprechend einer zu großen Wärme vorgesehen werden, die sich in einer Schweißnaht schlechter Qualität niederschlägt, um auch solche Verpackungen für den Auswurf zu markieren. Die vorbestimmten Werte können so eingestellt werden, daß sie den Betriebsbedingungen entsprechen, so daß nur inadäquat verschweißte Verpackungen ausgeworfen werden. Ein Mikroprozessor kann dazu verwendet werden, den Signalvergleich durchzuführen, die Zeitverzögerung zu bestimmen, die Vorschubrate der Verpackungen zu überwachen, und um den Paket- oder Verpackungsentfernungsapparat nach der Zeitverzögerung zu aktivieren, so daß dieser die Verpackungen automatisch entfernt.

Claims

1. Schweißapparat zur Verwendung in einer Packungsform-, -füll und -schweißmaschine (10), die mehrere voneinander beabstandete Schweißmechanismen (210, 220, 240) aufweist. die einen vorrückenden produktgefüllten Schlauch (22), der aus einer Polyfolienbahn (20) hergestellt ist, die zumindest eine Schicht aus Metallfolie und zumindest eine äußerste thermoplastische Schicht umfaßt, in diskrete Packungen (30) abklemmt und verschweißt, wobei der Apparat aufweist: eine Quelle (650) elektromagnetischer Energie; einrichtungen (64, 74, 143, 145) zum Vorrücken und Manipulieren der Polyfolienbahn derart, daß die Bahnkanten (24, 26) in einer übereinandergelegten Beziehung in Längsrichtung ausgerichtet sind; eine erste Induktionsspule (120), die auf die Quelle elektromagnetischer Energie anspricht und ein erstes charakteristisches elektromagnetisches Feld aufweist; mehrere transversaler Spulen (224), wobei eine transversale Spule jedem Schweißmechanismus (210, 220, 240) zugeordnet ist, jede transversale Spule auf die Quelle (650) elektromagnetischer Energie anspricht und ein zweites charakteristisches elektromagnetisches Feld aufweist; eine Einrichtung (652) zum Anschließen und Erregen der ersten Induktionsspule (120) derart, daß, wenn die erste Induktionsspule angeschlossen und erregt ist, die erste Induktionsspule das erste elektromagnetische Feld erzeugt, das eine ausreichende Intensität aufweist, um einen Strom in den übereinanderliegenden Kanten (24, 26) der Polyfolienbahn in der Nähe der ersten Induktionsspule und dem ersten elektromagnetischen Feld zur Erwärmung der Polyfolienbahn zur Ausbildung eines Polyfolienschlauches ausgesetzt, zu induzieren; und eine Einrichtung (654) zum Anschließen und Erregen einer transversalen Spule (224) derart, daß, wenn eine transversale Induktionsspule angeschlossen und erregt ist, die transversale Induktionsspule das zweite elektromagnetische Feld erzeugt das eine ausreichende Intensität aufweist, um einen Strom in dem abgeklemmten Polyfolienschlauch in der Nähe der transversalen Induktionsspule und dem zweiten elektromagnetischen Feld zur Erwärmung des transversal abgeklemmten Polyfolienschlauches zum Ausbilden von Packungen ausgesetzt zu induzieren, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die Quelle (650) elektromagnetischer Energie einen variablen Ausgangsleistungspegel aufweist, wobei der Pegel von einem Steuersignal abhängt; daß die Einrichtung (652) zum Anschließen und Erregen der ersten Induktionsspule (220) und die Einrichtung (654) zum Anschließen und Erregen einer transversalen Spule (224) ferner eine erste Kopplungseinrichtung (652) umfaßt, die die erste Induktionsspule an die Quelle (650) elektomagnetischer Energie anschließt: eine zweite Kopplungseinrichtung (654) zum elektrischen Anschließen einer transversalen Spule an die Quelle elektromagnetischer Energie; und eine Schaltungseinrichtung (Figur 27), die das Steuersignal zur Steuerung des Ausgangspegels der elektromagnetischen Energiequelle so erzeugt daß, wenn die erste Induktionsspule an die Energiequelle angeschlossen ist, die erste Induktionsspule das erste elektromagnetische Feld erzeugen wird, und so, daß, wenn eine transversale Spule an Energiequelle angeschlossen ist, die transversale Spule das sekundäre elektromagnetische Feld erzeugen wird; und daß die erste Kopplungseinrichtung (652) ferner eine erste Arbeitsspule (662) aufweist, die elektrisch an die Quelle elektromagnetischer Energie angeschlossen ist; eine zweite Arbeitsspule (660), die elektrisch an die erste Induktionsspule (220) angeschlossen ist und dazu ausgelegt ist, an die erste Arbeitsspule angekoppelt zu werden; und eine Einrichtung (664) zum Koppeln und Entkoppeln der ersten und zweiten Arbeitsspule; daß die Einrichtung zum Koppeln und Entkoppeln der ersten und zweiten Arbeitsspule ferner eine Betätigungseinrichtung (700, 672, 673) aufweist, die die erste und zweite Arbeitsspule physisch in einen relativen Wirkungsbereich hinein und aus diesem herauf bewegt, so daß, wenn die erste Induktionsspule sich im relativen Wirkungsbereich befindet, sie das erste elektromagnetische Feld erzeugen kann, und daß, wenn sie sich außerhalb des relativen Wirkungsbereiches befindet, die erste Induktionsspule im wesentlichen das erste eiektremagnetische Feld nicht erzeugen kann; daß die Einrichturig zum Koppeln und Entkoppeln der ersten und zweiten Arbeitsspule ferner ein erstes magnetisches Gehäuse (667), aufweist. das eine (660) der Arbeitsspulen umgibt; ein zweites magnetisches Gehäuse (676), das die andere (662) der Arbeitsspulen umgibt; und daß die Betätigungseinrichtung so wirkt, daß sie das erste und zweite Gehäuse in einen Nahbereich bewegt, um das elektromagnetische Feld von der ersten Arbeitsspule auf die zweite Arbeitsspule zu koppeln, und aus dem Nahbereich heraus bewegt um die erste Arbeitsspule und die zweite Arbeitsspule zu entkoppeln.

2. Apparat nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorrücken der Bahn die Bahn kontinuierlich vorrückt und jeder Schweißmechanismus ferner eine Schweißbacke (220) und eine Amboßbacke (210) aufweist, wobei die Schweißbacke die transversale Spule (224) enthält und die Schweißmechanismen dazu ausgelegt sind, die Polyfolienbahn transversal ohne Relativbewegung einer nach dem anderen um eine solche Distanz beabstandet einzuklemmen, daß benachbarte Versiegelungsmechanismen eine Packung zwischen sich einklemmen, und ferner aufweisend eine Einrichtung (100) zum Sterilisieren der Polyfolienbahn und zumindest eines Teils des Apparats; und eine Einrichtung, die die Polyfolienbahn und den Teil des Apparats steril hält, bis der produktgefüllte Schlauch transversal verschweißt ist.

3. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kopplungseinrichtung (654) ferner eine dritte Arbeitsspule (760) aufweist, die auf die Quelle (650) elektromagnetischer Energie anspricht und elektrisch hiermit verbunden ist, wobei sie ein drittes charakteristisches elektromagnetisches Feld aufweist; mehrere vierte Arbeitsspulen (225, 226), die so angeordnet sind. daß eine vierte Arbeitsspule (226) jedem Versiegelungsmechanismus (220) zugeordnet ist und mit der transversalen Spule dieses Mechanismus elektrisch verbunden ist, und eine Einrichtung (200) zum Koppeln und Entkoppeln der dritten Arbeitsspule (760) und einer vierten Arbeitsspule (225); daß die Einrichtung zum Koppeln und Entkoppeln der dritten Arbeitsspule und einer vierten Arbeitsspule ferner eine Struktur (216, 567, 528, 597, 598) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die mehreren Versiegelungsmechanismen in einer beabstandeten Beziehung aufzunehmen; ein Gehäuse (762) zur Anbringung der dritten Arbeitsspule in der Nahe der Struktur; daß Einrichtungen (198) zum Vorrücken der Struktur vorgesehen sind, derart, daß die vierte Arbeitsspule jedes Schweißmechanismus in den Wirkungsbereich des dritten elektromagnetischen Felde hineintritt und heraustritt, das von der dritten Arbeitsspule erzeugt wird, so daß, wenn im Wirkungsbereich, ein Strom in der transversalen Spule (224) erzeugt werden kann, die der vierten Arbeitsspule (226) zugeordnet ist, um das zweite Magnetfeld zu erzeugen, und daß, wenn außerhalb des Bereiches, das dritte elektromagnetische Feld keinen wesentlichen Strom in der vierten Arbeitsspule induziert, so daß die transversale Spule im wesentlichen das zweite elektromagnetische Feld nicht erzeugen kann; daß die struktur ferner ein zylindrisches Rad (200) aufweist, das dazu ausgelegt ist, sich um seine Achse (198) zu drehen, aufweisend Flansche (216, 567, 528), die dazu ausgelegt sind, die mehreren Schweißbacken (220) aufzunehmen, so dar die mehreren vierten Arbeitsspulen (226) in derselben Ebene angeordnet sind.

4. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungseinrichtung ferner ein erstes Steuersignal umfaßt, das eine erste vorselektierte Größe aufweist, die dem Energiepegel entspricht, der dazu erforderlich ist, die erste Induktionsspule so zu erregen, daß sie die Polyfolienbahn zur Verschweißung zu einem Polyfolienschlauch erwärmt; ein zweites Steuersignal, das eine zweite vorselekrierte Größe aufweist, die dem Energiepegel entspricht, der erforderlich ist, eine transversale Spule zu erregen, daß der Polyfolienschlauch transversal zur Verschweißung zu einer Packung erwärmt wird; daß Selektionseinrichtungen vorgesehen sind, die die Größe des Steuersignals und die Dauer des selektierten Steuersignals bestimmen um den Ausgangspegel der Quelle elektromagnetischer Energie zu steuern; und ein drittes Steuersignal, das eine dritte vorselektierte Größe aufweist, die einem Energiepegel entspricht, der nicht imstande ist, irgendeine Spule zur Erwärmung der Polyfolie zu erregen.

5. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Induktionsspule (120) ferner eine Induktionsspule umfaßt, deren eine Hälfte ihrer Wicklungen auf gegenüberliegenden Seiten der vorrückenden Bahn liegen, wobei die Wicklungen in Serie geschaltet sind und dazu ausgelegt sind, wesentliche magnetische Anziehungskräfte zu erzeugen, die zwischen gegenüberliegenden Metallfolienschichten im Scheißbereich entwickelt werden und die gegenüberliegenden erwärmten Polyfolienschichten bei der Erregung durch das erste elektromagnetische Feld zusammendrücken; daß die erste Induktionsspule eine elektrisch geerdete Spule mit Mittenanzapfung (656a) ist; und daß jede der mehreren transversalen Spulen (224) ferner ein Stromleitersegment (228b) aufweist, das eine Dicke aufweist, die dünner als die Breite durch den Schweißbereich ist.

6. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anschließen und Erregen der ersten Induktionsspule (120) und die Einrichtung zum Anschließen und Erregen einer transversalen Spule (224) ferner eine Einrichtung zum Koppeln einer der ersten Induktionsspule oder einer der mehreren transversalen Spulen aufweist; eine Einrichtung (652) zum Koppeln und Erregen der ersten Induktionsspule derart, daß die letztere das erste elektromagnetische Feld nur erzeugt, wenn sämtliche der mehreren transversalen Spulen nicht gekoppelt und nicht erregt sind; und eine Einrichtung (654) zum Koppeln und Erregen nur einer der mehreren transversalen Spulen derart, daß diese eine transversale Spule das zweite elektromagnetische Fetd nur erzeugt, wenn sämtliche der anderen transversalen Spulen und die erste Induktionsspule nicht gekoppelt und nicht erregt sind, wobei der Apparat hierdurch alternierend ein Längsschweißsegment und eine transversale Schweißung ausbildet, wobei die Längssegmente überlappen, um eine Längsverschweißung zu bilden.

7. Apparar nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Anschließen und Erregen einer transversalen Induktionsspule ferner Einrichtungen (551, 552, 553, 554) enthält, die das Vorhandensein einer tranversalen Spule detektierten, wenn die letztere eine vorbestimmte Position durchquert, und die ein Signal erzeugen; eine Steuerschaltungseinrichtung (826, 828, 832, 840, 842, 854, C 1000, Figur 37) zum Erregen der Quelle (650) elektromagnetischer Energie auf einen vorselektierten Pegel ansprechend auf das Signal; und eine Kopplungseinrichtung (654) zum Koppeln der erregten Quelle elektromagnetischer Energie an die detektierte transversale Spule.

8. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (650) eine erste Quelle ist; daß die Einrichrung (64, 74) zum Vorrücken und Manipulieren der Polyfolienbahn dieselbe so faltet, daß die Kanten der Bahn in übereinanderliegender Beziehung angeordnet werden; und daß die Einrichtung (650, 652) zum Erregen der ersten Induktionsspule (120) dieselbe mit der ersten elektromagnetischen Energiequelle derart erregt, daß die erste Induktionsspule das erste elektromagnetische Feld einer Intensität erzeugt, die ausreicht, um einen Strom in den übereinandergelegten Kanten (24, 26) der Polyfolienbahn in der Nähe der ersten Induktionsspule zur Erwärmung eines Polyfoliensegments zu induzieren; und ferner aufweisend eine zweite Quelle elektromagnetischer Energie; daß jeder Schweißmechanismus (210, 220, 240) so wirkt, daß er den Polyfolienschlauch zwischen einer Schweißbacke (220) und einer Amboßbacke (210) transversal einklemmt, wobei jede Schweißbacke ferner eine jeweilige transversale Spule (224) umfaßt, die imstande ist, ein zweites elektromagnetisches Feld zu erzeugen; und daß die Einrichtung (650, 654) zum Erregen einer transversalen Spule die mehreren transversalen Spulen init elektromagnetischer Energie jeweils eine zu einem Zeitpunkt in einer vorbestimmten Folge derart erregt, daß eine dem mehreren transversalen Spulen das zweite elektromagnetische Feld einer Intensität erzeugt, die ausreicht, einen Strom in dem zusammengedrückten Polyfolienschlauch zur transversalen Erwärmung des Polyfolienschlauches zu induzieren.

9. Verfahren zum Schweißen einer Polyfolienbahn (20) eines Materials in geschweißte Packungen (30), wobei die Bahn zumindest eine Metallschicht und zumindest eine thermoplastische äußerste Schicht umfaßt, die Packungen ein Produkt (32) enthalten und das Verfahren von einer Packungsherstellungsmaschine (10) anzuwenden ist, die eine Quelle (650) elektromagnetischer Energie aufweist, eine Induktionsspule (120) und mehrere beabstandete Schweißmechanismen (210, 220, 240), wobei jeder Schweißmechanismus eine Schweißbacke (220) und eine Amboßbacke (210) zum transversalen Einklemmen und Verschweißen eines Polyfolienschlauches (22) und zum Herstellen von Packungen (30) zwischen aneinandergrenzenden Scweißmechanismen aufweist, wobei jede Schweißbacke eine transversale Induktionsspule (224) aufweist, die so angebracht ist, daß sie nahe am abgeklemmten Polyfolienschlauch liegt, wenn die entsprechende Schweißbacke sich in der Schweißposition befindet, welches Verfahren die Schritte aufweist:

Manipulieren und Vorrücken der Bahn, so daß die Längskanten (24, 26) der Bahn in einer übereinandergelegten Beziehung angeordnet sind und in enger Nähe zur ersten Induktionsspule (120) vorbeigeführt werden;

Koppeln der ersten Induktionsspule an die Quelle (650) elektromagnetischer Energie, um so die erste Induktionsspule mit elektromagnetischer Energie derart zu erregen, daß die erste Induktionsspule ein erstes elektromagnetisches Feld einer ausreichenden Intensität und Dauer erzeugt, um die Polyfolienbahnkanten, die dem ersten elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind, zur Zusammenschweißung einer Länge der Kanten für die Ausbildung eines Polyfolienschlauches zu erwärmen;

Füllen des Schlauches mit Produkt;

transversales Abklemmen des Schlauches mit einem Schweißmechanismus (210, 220, 240);

Koppeln der transversalen Induktionsspule (224) des abgeklemmten Schweißmechanismus an die Quelle (650) elektromagnetischer Energie, um so die gekoppelte transversale Spule mit elektromagnetischer Energie derart zu erregen, daß die gekoppelte transversale Induktionsspule ein zweites elektromagnetische Feld ausreichender Intensität und Dauer erzeugt, um die transversal abgeklemmte Polyfolienbahn, die dem zweiten elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist, zum transversalen Schweißen eines Bereichs des Schlauches zu erwärmen;

alternierendes Koppeln und Erregen einer der ersten Induktionsspule (120) und einer transversalen Induktionsspule (224) eines transversal klemmenden Schweißmechanismus und Vorrücken der Bahn während der alternierenden Kopplung und Erregung, um so die Polyfolienbahn längsweise zu einem Schlauch und den produktgefüllten Schlauch transversal zu geschweißten Packungen zu schweißen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend den Schritt der Abkopplung sämtlicher transversaler Induktionsspulen (224), um die Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes durch irgendeine der transversalen Induktionsspulen zu vermeiden, wenn die erste Induktionsspule (120) erregt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9, ferner aufweisend die Schritte der Abkopplung der ersten Induktionsspule (120) und Abkopplong der anderen transversalen Induktionsspule (224), um die Erzeugung des ersten elektromagnetischen Feldes durch die erste Induktionsspule zu vermeiden und die Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes durch die anderen transversalen Induktionsspulen zu vermeiden, wenn eine der transversalen Induktionspulen erregt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, an welchem eine erste Arbeitsspule (662) direkt in Serie mit der Quelle (650) elektromagnetischer Energie verbunden wird und eine zweite Arbeitsspule (660) direkt in Serie mit der ersten Induktionsspule (120) verbunden wird, und in welchem der Schritt der Kopplung der ersten Induktionsspule ferner die induktive Kopplung der ersten Arbeitsspule an die zweite Arbeitsspule derart umfaßt, daß ein Strom, der durch die erste Arbeitsspule fließt, einen Strom in der zweiten Arbeitsspule und der ersten Induktionsspule induzieren wird, um hierdurch das erste elektromagnetische Feld zu erzeugen; und ferner aufweisend den Schritt der Entkopplung der ersten und zweiten Arbeitsspule, um die Erzeugung dem ersten elektromagnetischen Feldes zu vermeiden, wenn eine der transversalen Induktionsspulen erregt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem eine erste Arbeitsspule (662) direkt in Serie mit der Quelle (650) elektromagnetischer Energie verbunden wird, die erste Arbeitsspule ein erstes Gehäuse (676) aus magnetischem Material umfaßt das um die erste Arbeitsspule bewegbar ist, und eine zweite Arbeitsspule (660) direkt in Serie mit der ersten Induktionsspule (120) verbunden wird, wobei die zweite Arbeitsspule ein zweites Gehäuse (667) aus magnetischem Material umfaßt, das um dia zweite Arbeitsspule bewegbar ist, und in welchem der Schritt der Kopplung der ersten Induktionsspule ferner die Bewegung des ersten Magnetmaterialgehäuses (676) um die erste Arbeitsspule und des zweiten Magnetmaterialgehäuses (667) um die zweite Arbeitsspule derart umfaßt, daß das erste und zweite Gehäuse in einem Nahbereich lieben um so das erste und zweite Gehäuse zu koppeln, so daß ein Strom, der durch die erste Arbeitsspule fließt, durch den Transformatoreffekt zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse zur zweiten Arbeitsspule gekoppelt wird, und den Schritt der Bewegung des ersten und zweiten magnetischen Gehäuses aus der elektromagnetischen Kopplung heraus, um den Transformatoreffekt zur Vermeidung der Erzeugung des ersten elektromagnetischen Feldes zu minimieren, wenn eine der transversalen Induktionsspulen erregt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, in welchem jede transversale Induktionsspule (224) elektrisch mit einer Empfangsinduktionsspule (225) verbunden wird, mehrere Schweißmechanismen in einer beabstandeten Beziehung auf einer Struktur (200) angebracht werden und das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Struktur (200) vorrückt, wenn der Schlauch vorrückt; und Schließen jedes Satzes von Amboß- und Schweißbacken (210, 220) um den Schlauch an einer vorbestimmten Stelle, derart, daß der Schlauch sequentiell durch die mehreren Schweißmechanismen fast eingeklemmt wird; und in welchem eine dritte Arbeitsspule (760) elektrisch in Serie mit der Quelle (650) eiektromagnetischer Energie verbunden wird, und der Schritt der Kopplung der transversalen Induktionsspule ferner das Vorrücken der Struktur (200) derart einschließt, daß die Empfangsinduktionsspule (225), die mit der transversalen Induktlonsspule (224) verbunden ist, die zu erregen ist, in enge Nachbarschaft zur dritten Arbeitsspule (760) gebracht wird und hiermit induktiv gekoppelt wird, so daß ein Strom, der durch die dritte Spule fließt, einen Strom in der gekoppelten Empfangsinduktionsspule und der transversalen Induktionsspule induziert, um hierdurch das zweite elektromagnetische Feld zu erzeugen; und den zusätzlichen Schritt des Vorrückens der Struktur, so daß die Empfangsinduktionsspule aus induktiver Kopplung mit der dritten Arbeitsspule herausbewegt wird, um die Erzeugung des zweiten elektromagnetischen Feldes zu vermeiden, wenn die erste Induktionsspule erregt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend die Steuerung des Ausgangsleistungspegels der Quelle (650) elektromagnetischer Energie, so daß der ersten Induktionsspule (120) für eine erste Zeitdauer ein erster Strompegel auferlegt wird, um das erste elektromagnetische Feld zu erzeugen, und ein zweiter Strompegel einer transversalen Induktionsspule (224) für eine Zeit zweite Zeitdauer auferlegt wird, um das zweite elektromagnetische Feld zu erzeugen; und in welchem die Quelle elektomagnetischer Energie einen ansprechend auf die Größe eines Steuersignals steuerbaren Ausgangsleistungspegel aufweist; und umfassend die zusätzlichen Schritte der Lieferung eines Steuersignals an die Quelle elektromagnetischer Energie, um hierdurch den Ausgangsleistungspegel der Quelle zu steuern; der Bestimmung, wann eine Länge von Polyfolienkanten zu einem Schlauch zu verschweißen ist und wann der Schlauch transversal zu verschweißen ist; die Selektion der Größe des Steuersignals aus einer ersten Größe, die einem Ausgangsleistungspegel entspricht, der geeignet ist, das erste elektromagnetische Feld zu erzeugen, und einer zweiten Größe, die einem Ausgangsleistungspegel entspricht, der geeignet ist, das zweite elektromagnetische Feld zu erzeugen, um so das erste elektromagnetische Feld zu erzeugen, wenn die erste Induktionsspule an die Quelle elektromagnetischer Energie angekoppelt ist und eine Länge Polyfolienkanten zu verschweißen ist, und das zweite elektromagnetische Feld zu erzeugen, wenn eine transversale Induktionsspule an die Quelle elektromagnetischer Energie angekoppelt ist und der Schlauch transversal zu verschweißen ist; und in welchem der Selektionsschritt die Selektion aus einer dritten Größe, die einem Ausgangsleistungspegel entspricht, der nicht geeignet ist, das erste oder zweite elektromagnetische Feld zu erzeugen, wenn keine Verschweißung gemacht werden soll, umfaßt; und welchem der Selektionsschritt die Selektion aus einer vierten Größe umfaßt, die einem Ausgangsleistungspegel entspricht, der geeignet ist, das erste elektromagnetische Feld und das zweite elektromagnetische Feld simultan zu erzeugen, wenn die erste Induktionsspule und eine transversale Induktionsspule an die Quelle elektromagnetischer Energie angekoppelt sind und wenn beides, eine Länge von Polyfolienkanten zu verschweißen ist und der Schlauch transversal zu verschweißen ist.

16. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem ein Verfahren zum Erregen eines Induktionsgenerators mit einem steuerbaren Ausgangsstrompegel von einem Wechselspannungsanschluß, der durch einen Eisenkerntransformator während eines Schweißzyklus geliefert wird, der dem Ausbilden einer Schweißung durch Induktion in einem Polyfolienbahnmaterial entspricht, die Schritte der Lieferung eines Steuersignals zum Induktionsgenerator zum Erzeugen eines Generatorausgangsstrompegels umfaßt; ferner die Triggerung des Induktionsgenerators, um den Generator dazu zu veranlassen, einen Ausgangsstrom auf einem dem ersten Steuersignal entsprechenden Ausgangspegel zu erzeugen; und Synchronisieren der Triggerung des Induktionsgenerators mit der Wechselspannungsversorgungswellenform, um den Zeitablauf der Erregung des Induktionsgenerators zu steuern und hierdurch eine Sättigung des Eisenkerntransformators zu verhindern.

17. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem die Synchronisation bei einem positiven Phasenwinkel auftritt, der aus einem Winkel im Bereich zwischen 60º und 120º ausgewählt ist, um den Induktionsgenerator während des Zyklus positiver Halbwelle der Wechselspannungsversorgung zu erregen, und bei einem negativen Phasenwinkel, der aus einem Winkel im Bereich zwischen 240º und 300º während des Zyklus negativer Halbwelle der AC-Spannungsversorgung ausgewählt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem die SynchronIsierung der Triggerung des Induktionsgenerators ferner die Triggerung des Induktionsgenerators mit einer Schaltungseinrichtung (C 1000) umfaßt, die den Schweißzyklus auf innerhalb 4 Millisekunden des tatsächlichen Triggersignals auf die Maschinenzeittriggerung synchronisiert.

19. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem ein Verfahren zum Detektieren des Leistungspegels, der von einem Induktionsgenerator während eines Schweißzyklus erzeugt wird, der dem Ausbilden einer Schweißung durch Induktionsheizung eines Polyfolienbahnmaterials entspricht, die Schritte der Detektion eines Strom in einer Ausgangsschaltung des Induktionsgenerators umfaßt; ferner die Lieferung eines Bezugssignals proportional zum augenblicklichen Stromfluß in der Ausgangsschaltung; die Integration des Bezugssignals während des Schweißzyklus; die Speicherung des integrierten Bezugssignals am Ende des Zyklus in einer Track- und Halteschaltungsvorrichtung (804); und Ermitteln des Leistungspegels, der erzeugt worden ist, durch Vergleichen des gespeicherten Signals mit vorbestimmten Werten.

20. Verfahren nach Anspruch 19 und ferner aufweisend das Vergleichen des gespeicherten Signals mit einem vorbestimmten Wert, der repräsentativ für eine adequate elektromagnetische Energie zum Erzeugen ausreichender Schweißungen ist; elektrisches Markieren von Packungen (30) zur Entfernung aus der Maschine durch Aufzeichnen der Zeit, bis zu der die Packung eine Einrichtung (280) zum Entfernen der Packungen, die sich im Abstand von einer bekannten Distanz in stromabwärtiger Richtung befindet, erreicht hat, und der Geschwindigkeitsrate, mit der die Packung vorrückt; und Auswerfen markierter Packungen an dieser Einrichtung zum Entfernen, wenn das gespeicherte Signal geringer als der vorbestimmte Wert ist.

21. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem die Maschine (10) aseptische Packungen (30) von einem Speisevorrat der Polyfolienbahn (20) aus Material formt, füllt und schweißt, wobei die Maschine eine Vorrichtung (51) zum Versehen der Bahn mit Kerblinien umfaßt, eine Bahnsterilisationseinrichtung (100), einen sterilen Umgebungsbereich, eine Schlauchausbildungsabschnitt (130), eine Hochfrequenzversorgung (650) als die elektromagnetische Energiequelle, wobei die erste Induktionsspule (120) mit der Spannungsversorgung gekoppelt ist, eine Produktzufuhr (400, 402, 410), wobei die mehreren Schweißmechanismen (210, 220, 240) auf einer zylindrischen Struktur angebracht sind, Einrichtungen (200, 654) zum Ankoppeln der transversalen Induktionsspule (224) an die Spannungsversorgung, wobei die zylindrische Struktur (200) rotiert wird, um in Aufeinanderfolge einen Schweißmechanismus nach dem anderen an einer vorbestimmten Stelle zur transversalen Einklemmung und Schweißung in Kontakt mit dem gefüllten Schlauch zu bringen, wobei die Distanz zwischen aneinandergrenzenden geklemmten Schweißmechanismen den Bereichen zwischen aneinandergrenzenden Packungen entspricht, und eine Trenneinrichtung (234, 236), welches Verfahren die Schritte des Kerbens der Polyfolienbahn umfaßt; der Sterilisation der produktkontaktierenden Schicht der Polyfolienbahn (20) unmittelbar bevor und während die Bahn durch den Schlauchformungsabschnitt und in die sterile Umgebung geführt wird, so daß ihre Kanten (24, 26) einander gegenüberliegend überlappen; der längsweisen Zusammenschweißung gegenüberliegender Bahnkanten zur Ausbildung des Schlauches durch Erregen der ersten Induktionsspule (120) mit der Hochfrequenzversorgungsspannung für eine Zeitperiode, die ausreicht, die gegenüberliegenden Polyfolienschichten so zu schmelzen, daß sie zusammenschmelzen und eine hermetische Abdichtung bilden; des transversalen Abklemmens des gefüllten Schlauches mit einem der mehreren Schweißmechanismen; des transversalen Schweißens des abgeklemmten Schlauches durch Erregen der transversalen Induktionsspule (224) im angeklemmten Schweißmechanismus mit der Hochfrequenzspannungsversorgung über eine Zeitperiode, die ausreicht, die gegenüberliegenden Polyfolienschichten im transversal zusammengeklemmten Bereich zum Zusammenschmelzen der thermoplastischen Schichten zu schmelzen; der fortgesetzten Haltung des Schweißmechanismus in geklemmter Stellung um die geschmolzene Polyfolie, während die transversale Induktionsspule nicht erregt wird, über eine Zeitperiode, die die Kühlung der Polyfolie und Ausbildung einer hermetischen Abdichtung ermöglicht; und die Durchtrennung des Schlauches im abgedichteten Bereich, um eine geschweißte Packung vom Schlauch abzutrennen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, in welchem die Manipulierung der Bahn ferner das Falten der Bahn (20) zu einer im wesentlichen dreieckigen Säule in einer solchen Weise umfaßt, daß die Kanten (24, 26), die in Längsrichtung zusammenzuschweißen sind, einander gegenüberliegend ausgerichtet werden.

23. Verfahren nach Anspruch 21, in welchem die Längsschweißung der einander gegenüberliegenden Bahnkanten (24, 26) ferner die Erregung der ersten Induktionsspule (120) für eine Zeitdauer umfaßt; ferner die Induktion eines Stromes in der leitenden Schicht der Polyfolie ausreichender Dichte zur Widerstands-Erwärmung und Erwärmung durch Leitung, zur Erweichung und Schmelzung der gegenüberliegenden inneren thermoplastischen Schichten; und das Zusammendrücken der erwärmten Längskanten der Bahn (144) zur Ausbildung einer homogenen Längsverschweißung, jeweils ein Segment zu einem Zeitpunkt, so daß aneinandergrenzende Segmente überlappen, um eine kontinuierliche Verschweißung zu bilden.