横向密封系统和用于横向密封包装材料管的方法与流程

本发明涉及包装技术。更具体地说，本发明涉及用于包装机(例如卷筒进料式(roll-fed)硬纸板(carton)包装机)的横向密封系统，以及用于横向密封包装材料管的方法。

背景技术：

1、卷筒进料式硬纸板填充机(也称为包装机)是众所周知的。卷筒进料式硬纸板填充机是两种常见的用于硬纸板包装生产的机器之一。另一种填充机是所谓的坯料进料式(blanks-fed)填充机。与卷筒进料式硬纸板填充机不同，在坯料进料式填充机中，纵向密封是预先进行的。换句话说，在将包装材料送入坯料进料式填充机之前，将包装材料卷材形成为管，并提供纵向密封作为工艺的一部分。除了预先进行纵向密封外，切割也是预先进行的。由于纵向密封和切割都在填充机外部进行，因此在坯料进料式填充机中需要执行的步骤更少。一旦收到坯料，即管的平折件(flat-folded pieces)，坯料就会竖立成套筒(sleeves)。此后，套筒的一端被封闭，食品通过开口端填充到套筒中。一旦填充完毕，套筒的另一端也会被封闭。最常见的是，一旦套筒的两端都封闭，它们就会被折叠成包装，例如山墙顶包装或矩形立方体包装。

2、在卷筒进料式填充机中，包装材料被提供在卷轴上。在展开包装材料后，对包装材料卷材进行处理(例如使用过氧化氢浴)，以去除任何细菌、病菌或其他有害微生物。一旦卷材被消毒，它就形成管。通过竖直放置管，食品可以从上方连续地填充到管中。通过将卷材的两个外部纵向边缘中的一个放置在另一个纵向边缘的顶部，来实现管的形成。提供热量和压力，使得包装材料的塑料层熔化，从而将两个边缘粘合在一起。为了保护包装材料的硬纸板层，以实现坚固性和环保效益，可以将一条塑料材料附接到管的内部，以阻止食品通过放置在管内部的卷材边缘与硬纸板层接触。

3、在将卷材形成管并将食品填充入管后，在管的下端进行横向密封。通常，两个横向密封同时进行。这样，就可以同时切割管。通过在两个横向密封之间进行切割，可以分离两端均有横向密封的管的最下部，并将其送至工艺的下一步。

4、横向密封可以采用不同的方式进行。如果包装材料带有铝箔层，则可以使用感应加热来产生热量，从而使得塑料层熔化。如果没有铝箔，则可以使用超声波密封。简而言之，当使用这种技术时，超声波设备会产生超声波。这些波会影响塑料层，从而产生热量，因其使塑料层熔化。

5、无论使用哪种横向密封技术，填充机中的横向密封步骤都是关键步骤。如果纵向密封相对于横向密封系统没有适当调整，则可能导致三层区域(即纵向密封和横向密封相接的区域)放置不正确，从而导致横向密封不充分。

6、横向密封步骤中还需要考虑的一个问题是，热量和压力的结合可能导致熔化的塑料从横向密封区域移出或在横向密封区域内移动，从而导致密封不充分。换句话说，过热或过压可能会导致不良影响。在需要处理两层和三层包装材料的情况下，找到热量和压力之间的平衡是一项挑战。除了这一挑战之外，考虑到横向密封通常应在不到一秒的时间内完成，在某些情况下少于0.2秒，这更是一项挑战。

7、如上所述，卷筒进料式硬纸板包装机已经使用了数十年，每年有数十亿个包装由这种机器生产。tetra paktm销售的tetra pak a3就是一个例子。

8、尽管当今的填充机以惊人的速度生产硬纸板包装并满足高质量标准，但仍有改进的空间。通过能够更详细地控制横向密封过程，可以使用对环境影响更小的包装材料。此外，当更好地控制横向密封过程时，可以使横向密封系统适应特定的包装材料，而这是当今技术无法实现的。

技术实现思路

1、本发明的目的是至少部分克服现有技术的上述一个或多个局限性。特别地，本发明的目的是提供一种横向密封系统，该横向密封系统较少依赖于管旋转，即纵向密封的错位(misplacement)。此外，本发明的目的还在于提供一种较少依赖于纵向密封宽度的系统。此外，本发明的目的是降低横向密封区域向邻近区域漏热(heat leakage)的风险。本发明的目的还在于降低塑料块形成导致横向密封不足的风险。此外，本发明的目的还在于降低横向密封过程的功耗。此外，本发明的目的是提供一种横向密封系统，该横向密封系统在包装材料将如何受到影响方面具有高度可预测性，从而允许可靠的虚拟建模。本发明的另一个目的是通过降低能耗(降低振幅和降低功率)来延长横向密封系统的使用寿命。本发明的另一个目的是提供更长的冷却时间和更少的冷却能耗。此外，另一个目的是能够以经济高效的方式生产横向密封系统。

2、在本文中，″超声波发生器(sonotrode)″一词具有广泛的含义，特别地，它可以是连接到换能器或转换器的模头(horn)，以便可以产生超声波。术语″超声波装置(ultrasonic arrangement)″也应被广泛解释，并且应理解为涵盖例如设有模头的换能器以及设有模头的转换器。

3、根据第一方面，提供了一种用于包装机的横向密封(ts)系统，所述密封系统包括

4、超声波装置，其布置成从第一密封方向(sd-1)面向包装材料管的外侧表面，其中该第一密封方向(sd-1)垂直于该管的进料方向(fd)，其中该管包括纵向密封(ls)区域，其中至少两层包装材料重叠(overlapping)，

5、砧座，其布置成从第二密封方向(sd-2)面向该外侧表面，其中该第二密封方向(sd-2)与该第一密封方向(sd-1)相反，

6、其中该超声波装置可以包括

7、超声波发生器，其布置成施加超声波振动，使得该包装材料的内层至少部分熔化(melted)，

8、第一压力板，其布置在该超声波发生器旁边并位于该管的该进料方向(fd)的上游，其中该第一压力板是非振荡的(non-oscillating)，

9、第二压力板，其布置在该超声波发生器旁边并位于该管的该进料方向(fd)的下游，其中该第二压力板是非振荡的，

10、其中该超声波发生器布置成在ts-ls重叠区域(overlap area)中提供ts-ls重叠压力(ts-ls p)，该第一压力板布置成在位于该进料方向的该ts-ls重叠区域上游的第一区域中提供第一压力(p1)，并且该第二压力板布置成在位于该进料方向(fd)的该ts-ls重叠区域下游的第二区域中提供第二压力(p2)。

11、具有第一和第二压力板的优点是横向密封过程不太依赖于管旋转。通过在活动元件(即超声波发生器)旁边提供这些静态元件，可以为两层和三层包装材料提供足够的密封。

12、与目前使用的不包含静态元件的超声波横向密封系统相比，通过具有更大的工作区域(即覆盖两层和三层部分)进行横向密封，可以具有更薄的聚合物层，即包装材料的内层。换句话说，通过具有更大的工作区域，可以降低内层过度熔化的风险，从而降低生产不符合质量标准的包装的风险。由于可以降低这种风险，因此可以减小内层的厚度并仍保持目前的密封质量。从成本角度和可持续性角度来看，具有更薄的内层都是有益的。

13、横向密封系统可包含在卷筒进料式包装机以及坯料进料式包装机中。因此，″管″一词应被广义地解释。如果横向密封系统包含在卷筒进料式包装机中，则管可由包装材料卷材连续生产并在下端密封。另一方面，如果横向密封系统包含在坯料进料式包装机中，则管可以是具有预制纵向密封的套筒，用于生产一个包装。可以将多个平折套筒放置在料斗(magazine)中，然后从料斗将这些套筒送入坯料进料式包装机中。tetraa3 speed是卷筒进料式包装机的一个例子，而tetrar2 machine是坯料进料式包装机的一个例子。坯料进料式包装机的另一个例子是tetratt/3。

14、ts-ls重叠压力(ts-ls p)可大于第一压力(p1)和/或第二压力(p2)。

15、第一压力板可设有远离超声波发生器倾斜的第一斜面和/或第二压力板可设有远离超声波发生器倾斜的第二斜面。

16、具有这些斜面的优点是可以降低形成塑料块的风险。

17、砧座可设有远离所述超声波发生器倾斜的第一斜面和/或远离所述超声波发生器倾斜的第二斜面。

18、第一和第二压力板可沿超声波发生器的整个宽度延伸。

19、砧座可在布置成与该管的该ts-ls重叠区域相接的ts-ls砧座部分中设有ts-ls砧座轮廓，并且可在布置成与该管的ts区域相接的ts砧座部分中设有ts砧座轮廓。

20、超声波发生器可在布置成与该管的该ts-ls重叠区域相接的ts-ls超声波发生器部分中设有ts-ls超声波发生器轮廓(sonotrode profile)，并且可在布置成与该管的ts区域相接的ts超声波发生器部分中设有ts超声波发生器轮廓。

21、第一和/或第二压力板可设有至少一个脊，其用于阻挡在该ts-ls重叠区域的边缘和/或ls条带区域(strip area)的边缘处形成的塑料块。

22、第一和/或第二压力板可以是弹簧加载(spring loaded)的。

23、横向密封系统还可包括

24、第三压力板，其放置在该超声波发生器中的凹槽中。

25、包装材料可包括至少一个纤维素基层，例如硬纸板层、内聚合物层并且不含铝。

26、与例如仅包含聚合物基层的包装材料相比，超声波在包含纤维素基层的包装材料中的传播范围更大。因此，如上所述的横向密封系统对于包含纤维素基层的包装材料特别有益。

27、感应热封需要一层与感应器相互作用的层，例如食品包装材料中经常提供的铝层。然而，铝层具有环境缺陷。通过使用如上所述的超声波密封技术，横向密封不需要铝层。因此，上述横向密封系统具有以下优点：可以以更具成本效益和可靠性的方式使用更环保的包装材料。

28、根据第二方面，提供了一种包装机，其包括

29、包装材料接收器，

30、食品填充管，其布置成将食品填充到该管中，以及

31、根据第一方面的横向密封(ts)系统。

32、包装材料接收器可以接收一卷包装材料，也可以是容纳胚料的料斗。

33、根据第三方面，提供了一种用于横向密封包装材料管的方法，所述方法包括

34、沿进料方向(fd)提供包装材料管，

35、通过使用包含在超声波装置中的超声波发生器产生超声波，使得横向密封区域中的该包装材料的内层至少部分熔化，以及

36、通过沿第一密封方向(sd-1)移动该超声波装置并沿第二密封方向(sd-2)移动砧座将该横向密封区域中的管压合在一起，其中该第二密封方向(sd-2)与该第一密封方向(sd-1)相反，

37、其中超声波装置可以包括

38、超声波发生器，

39、第一压力板，其布置在该超声波发生器旁边并位于该管的该进料方向(fd)的上游，其中该第一压力板是非振荡的，

40、第二压力板，其布置在该超声波发生器旁边并位于该管的该进料方向(fd)的下游，其中该第二压力板是非振荡的，

41、其中该超声波发生器可以布置成在ts-ls重叠区域中提供ts-ls重叠压力，该第一压力板可以布置成在位于该进料方向(fd)的该ts-ls重叠区域上游的第一区域中提供第一压力，并且该第二压力板可以布置成在位于该进料方向(fd)的该ts-ls重叠区域下游的第二区域(306)中提供第二压力。

42、该方法还可以包括

43、通过远离该超声波发生器倾斜的第一斜面释放该第一区域的应力，和/或

44、通过远离该超声波发生器倾斜的第二斜面释放该第二区域的应力。

45、该方法还可以包括

46、通过设置在该第一和/或第二压力板上的至少一个脊阻挡在该ts-ls重叠区域的边缘和/或ls条带区域的边缘处形成的塑料块。

47、上述关于第一方面所介绍的相同特征和优点也适用于该第三方面。

48、本发明的其他目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及附图中显现出来。