專利名稱：可用于生產(chǎn)可灌注食品的包裝的感應密封設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用于生產(chǎn)可灌注食品的包裝的感應密封設(shè)備和方法。
具體來說，本發(fā)明可優(yōu)選地(但不排除其它地)用在成形和密封單元，用于形成和密封來自連續(xù)填充可灌注食品的片狀包裝材料管的包裝。
背景技術(shù)：
眾所周知，許多可灌注食品(如果汁或蔬菜汁、用巴氏法滅菌的或超高溫處理的(UHT)牛奶、酒、等)是用消毒包裝材料制成的包裝進行銷售的。
這種類型包裝的一個典型例子是用于可灌注食品的平行六面體形狀的包裝，叫做Tetra Brik Aseptic，這種包裝是通過折疊并密封層壓包裝材料的卷材(web)制成的。
層壓包裝材料包括多層纖維材料，例如紙，在其兩面覆蓋熱密封塑料材料，例如聚乙烯，并且在用于長儲存期食品如超高溫處理牛奶的無菌包裝的情況下，在最終要接觸包裝中的食品的一面上，還要包括一層氧氣阻擋層材料，如一層鋁或EVOH，在這一層上還要覆蓋一層或多層熱密封塑料材料。
眾所周知，這樣的包裝是在全自動包裝機上生產(chǎn)的，在這個包裝機上可以從卷筒式給料(web-fed)的包裝材料形成連續(xù)的管；例如通過施加化學消毒劑如過過氧化氫溶液就能在包裝機本身上給包裝材料卷材消毒，一旦消毒完成，就要通過加熱從包裝材料表面將化學消毒劑除去或者蒸發(fā)掉；經(jīng)過這樣消毒的包裝材料卷材要保持在封閉的消毒環(huán)境中，并且折疊起來，沿縱向密封以形成豎直管。
然后，用經(jīng)過消毒的或者經(jīng)過消毒處理的可灌注食品從管的頂部填充所說的管，并且通過兩對夾板(jaws)在等距分開的橫向部分夾緊所說的管。更加具體地說，這兩對夾板沿周邊連續(xù)地作用在管上，密封所說管的包裝材料并且形成連續(xù)的枕形填充條，這些填充條通過對應的橫向密封帶相互連接。
通過切割相關(guān)的密封帶將枕形填充分開，然后將它們傳遞到最終的折疊站，在這里，用機器折疊它們，使之成為加工好的平行六面體形狀。
在利用鋁層作為阻擋層材料的無菌包裝情況下，通常使用密封設(shè)備密封管的橫向部分，所說的密封設(shè)備可以在鋁層內(nèi)感應出寄生電流以便局部熔化熱密封塑料材料。
更加具體地說，每對夾板中的夾板之一包括一個主體和一個感應器，所說主體由非導電材料制成，所說感應器容納在主體上的一個前端密封件上；另一個夾板具有壓力墊，壓力墊由產(chǎn)生彈性的材料如橡膠制成。
當相關(guān)的夾板對夾緊到管上時給這個感應器供電，從而通過密封塑料材料覆蓋物可以密封所說管的橫向部分。
更加具體地說，除了感應器以外，密封設(shè)備還包括一個交流功率信號發(fā)生器和一個匹配電路，所說匹配電路用于優(yōu)化在發(fā)生器和感應器之間的功率傳輸。事實上，當電流-電壓相位角接近0時，發(fā)生器提供最大的功率。
已有的匹配電路通常是由電感-電容性的電路確定的，其中的電容元件(通常由一系列并聯(lián)連接的電容器確定)與電感元件(通常由一個變壓器確定)并聯(lián)連接；對于電容元件的電容值和電感元件的電感值進行選擇，以便產(chǎn)生這樣的相位狀態(tài)由此可使電流-電壓的相位角接近于0。然而，這樣的相位狀態(tài)只對于與指定操作條件(例如，包裝體積、填充機輸出速率和操作速度、感應器的類型、等等)有關(guān)的預定的電負載才是最好的。
因此，因為變化的操作條件將引起電負載的變化，距優(yōu)化相位條件有明顯的差距，因此減小了向這個感應器的功率傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種可用來消除已有設(shè)備缺點的密封設(shè)備。
按照本發(fā)明，提供一種感應密封設(shè)備，可用于生產(chǎn)可灌注食品的包裝，為此要橫向密封片狀包裝材料管，所說片狀包裝材料包括至少一層可感應加熱的材料，所說可感應加熱的材料由塑料材料覆蓋，所說密封設(shè)備包括一個發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生交變功率信號S(ω)；至少一個感應器，用于接收交變功率信號S(ω)以便在所說的層內(nèi)感應出寄生電流并且局部熔化所說塑料材料以形成橫向密封；和一個匹配電路，用于在所說的發(fā)生器和感應器之間實現(xiàn)最佳的功率傳輸；其特征在于所說匹配電路包括一個電感-電容性電路，其中的至少一個電感元件連接到至少一個有可變電容的電容元件上；電容元件的電容是可以調(diào)節(jié)的，從而可以使電流-電壓相位角接近0。
本發(fā)明還涉及一種感應密封方法，所說方法可用于通過橫向密封片狀包裝材料的管產(chǎn)生可灌注食品的包裝，所說片狀包裝材料包括至少一層可感應加熱的材料，用塑料材料覆蓋可感應加熱的材料，所說方法包括如下步驟產(chǎn)生交變功率信號S(ω)；向至少一個感應器提供所說的交變功率信號S(ω)以便在所說的層內(nèi)感應出寄生電流并且局部熔化所說塑料材料以形成橫向密封；和借助于匹配電路在所說的發(fā)生器和感應器之間優(yōu)化功率傳輸；其特征在于所說優(yōu)化步驟還包括如下步驟調(diào)節(jié)連接到至少一個電感元件的至少一個電容元件的電容以使電流-電壓相位角接近0。


下面參照附圖借助于實例描述本發(fā)明的一個優(yōu)選的非限制性的實施例，其中圖1表示要用于產(chǎn)生可灌注食品的包裝的感應密封設(shè)備的簡化電路圖；圖2更加詳細地表示圖1的設(shè)備的一個部分；圖3表示圖1的設(shè)備的一個變型。
具體實施例方式
圖1中的標號1表示用于產(chǎn)生可灌注食品的包裝的感應密封設(shè)備的一個整體。
更加具體地說，密封設(shè)備1包括一個發(fā)生器3，用于產(chǎn)生交變功率信號S(ω)；一個感應器4，用于接收交變功率信號S(ω)；和匹配電路7，用于優(yōu)化在發(fā)生器3和感應器4之間的功率傳輸。
更加具體地說，發(fā)生器3可以按照傳統(tǒng)方式產(chǎn)生中頻(如530千赫茲)的可變電壓的(如正弦的)信號，它的峰值電壓在幾百伏(如540伏)附近，可以產(chǎn)生連續(xù)的或者脈沖式的交變功率信號S(ω)，并且當電流和電壓(二者都是在發(fā)生器3的輸出端測量的)之間相位角接近0時提供最大功率(如2500瓦特)。
感應器4按常規(guī)方式由繞組10確定，繞組10接收交變功率信號S(ω)，產(chǎn)生一個脈沖磁場，脈沖磁場又在形成豎直管13(圖中示出一部分并且是不按比例的)的一部分的鋁片12上產(chǎn)生寄生電流，豎直管13是由疊層包裝材料的適當形狀的卷材(web)制成的。
疊層包裝材料包括纖維材料(如紙)的中心層15，在中心層15的兩側(cè)面上覆蓋熱密封塑料材料16，如聚乙烯；鋁板12插在纖維材料的中心層15和多個塑料材料層16之一之間；寄生電流局部熔化豎直管13的兩個接觸部分的塑料材料16以橫向密封所說的豎直管13。
匹配電路7包括至少一個第一電容器20，第一電容器20插在第一和第二電線21、22之間；一系列電容器24、25、26、27(在所示的例子中為4個，但它們顯然可以是任意其它數(shù)目)，根據(jù)作用在對應的開關(guān)24a，25a，26a，27a上的控制信號可以連接到電線21、22或與電線21、22斷開。電容器20可以按照傳統(tǒng)方式由一系列并聯(lián)連接的電容器(如3個，圖中未示出)確定，并且可以按照傳統(tǒng)方式具有14-40nF左右的電容。
更加具體地說，電線21、22的第一端21a、22a確定匹配電路7的輸入端，電線21、22的第二端21b、22b連接到變壓器23的初級繞組23a的兩個終端，變壓器23具有確定匹配電路7的輸出的次級繞組23b。變壓器23最好具有鐵氧體磁芯，繞組23a、23b由李茲導線制成以便大大地減小內(nèi)部損耗。
因此，匹配電路7確定了一個電感-電容性電路，電感-電容性電路包括與具有可變電容的電容性元件并聯(lián)連接的電感性元件(由變壓器23的繞組23a確定)，所說的電容可以通過連接與電容器20并聯(lián)連接的一個或多個電容器24、25、26、27進行改變。
按照本發(fā)明，要調(diào)節(jié)電容元件的電容值，以使電流-電壓的相位角接近0。
按照常規(guī)方式通過控制電路30來調(diào)節(jié)電容，控制電路30用于在包裝生產(chǎn)過程期間測量參數(shù)(例如，在發(fā)生器3的輸出端的電流-電壓相位角的瞬時值，和/或在發(fā)生器3的輸出端的阻抗，即，匹配電路7的輸入阻抗)，并且確定電容元件必須有的目標電容Ctarg，以獲得接近0的電流-電壓相位角。通過一個已知的儀器(未示出)在發(fā)生器3的輸出端測量電流和電壓，所說的儀器測量的是電壓V、電流I、和相位角的瞬時值。
這樣，可以將控制信號傳送到一個或多個開關(guān)24a、25a、26a、27a，連接與電容器20并聯(lián)連接的一個或多個電容器24、25、26、27，并且實現(xiàn)已經(jīng)確定的目標電容Ctarg。因此，操作條件的變化改變了提供給控制電路30的參數(shù)，這將使開關(guān)24a、25a、26a、27a的預定組合開路/閉路，從而使整個電容滿足上述的條件。
圖2表示開關(guān)24a-27a之一的一個典型實施例。更加具體地說，每個開關(guān)24a-27a都包括第一和第二IGBT晶體管40a、40b，兩個晶體管的發(fā)射極(E)相互連接，兩個晶體管的集電極(C)分別連接到電線21和對應的電容器24-27的一個端部。IGBT晶體管40a、40b的柵極(G)通過電線42相互連接，并且經(jīng)過電阻器44接收電壓Vdc(如24伏)中的命令，所說的命令用于確定控制信號以使IGBT晶體管40a、40b導通/截止。電阻器46插在IGBT晶體管40a、40b的柵極(G)和發(fā)射極(E)之間，以使在這些晶體管截止時存儲在IGBT晶體管的內(nèi)部電容器中的電流放電。一個齊納二極管48也插在IGBT晶體管40a、40b的柵極(G)和發(fā)射極(E)之間，以限制IGBT晶體管的電壓Vge到預先確定的最大值(如16伏)。
在每個IGBT晶體管的集電極(C)和發(fā)射極(E)之間插入一個再循環(huán)二極管，以便允許在與通過IGBT晶體管(它是一個單向器件)的直接半波流動相反的半波流動期間有電流流動。
按照另一種方式，可以使用第一和第二MOSFET晶體管(金屬氧化物半導體場效應晶體管)(未示出)，它們的源極(S)相互連接，它們的漏極(D)分別連接到電線21和對應的電容器24-27的一個終端端部。
在圖3的變型中，器件1還確定一個與具有可變電容的電容元件并聯(lián)連接的一個具有可變電感的電感元件。
在圖3中的非限制性實施例中，通過變壓器23確定可變電感，變壓器23具有初級繞組23a，初級繞組23a具有一系列輸入端50，輸入端50與對應的匝數(shù)相連，并且當選定時可以產(chǎn)生變壓器23的不同的變換比。輸入端50根據(jù)來自控制電路30的控制信號選擇性地連接到線21和22。更加具體地說，選擇輸入端50可以改變匹配電路的電感，以使匹配電路7的輸入阻抗(即，從信號發(fā)生器3“看到”的阻抗)取接近優(yōu)化阻抗值Zott(如50歐姆)的一個值，從而使從發(fā)生器3到感應器4的功率傳輸最大。
權(quán)利要求
1.一種感應密封設(shè)備，可用于生產(chǎn)可灌注食品的包裝，為此要橫向密封片狀包裝材料的管(13)，所說包裝材料包括至少一層(12)可感應加熱的材料，所說可感應加熱的材料由塑料材料(16)覆蓋，所說密封設(shè)備包括一個發(fā)生裝置(3)，用于產(chǎn)生交變功率信號S(ω)；至少一個感應器(4)，用于接收交變功率信號S(ω)以便在所說的層(12)內(nèi)感應出寄生電流并且局部熔化所說塑料材料(16)以形成橫向密封；和一個匹配電路(7)，用于在所說的發(fā)生裝置(3)和所說的感應器(4)之間實現(xiàn)最佳的功率傳輸；其特征在于所說匹配電路(7)包括一個電感-電容性電路，其中的至少一個電感元件(23a、23)連接到至少一個有可變電容的電容元件(20、24、25、26、27)上；電容元件的電容是可以調(diào)節(jié)的，從而可以使電流-電壓相位角接近0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封設(shè)備，其中所說電感元件(23)和所說電容元件(20、24、25、26、27)是相互并聯(lián)連接的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的密封設(shè)備，其中所說的電容元件(20、24、25、26、27)包括至少一個主電容器(20)；一系列輔助電容器(24、25、26、27)，一系列輔助電容器(24、25、26、27)可選擇地并聯(lián)連接/斷開所說主電容器(20)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的密封設(shè)備，其中開關(guān)裝置(24a、25a、26a、27a)連接到對應的輔助電容器(24、25、26、27)以便接通/斷開對應的輔助電容器(24、25、26、27)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的密封設(shè)備，其中每個開關(guān)裝置(24a、25a、26a、27a)包括第一和第二IGBT晶體管(40a、40b)，第一和第二IGBT晶體管(40a、40b)的發(fā)射極(E)相互連接，它們的集電極(C)分別與同主電容器(20)連接的電線(21)以及對應的輔助電容器(24-27)的一個終端端部通信；所說IGBT晶體管(40a、40b)的柵極(G)相互連接，并且接收電壓命令Vda以使所說IGBT晶體管(40a、40b)導通/截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封設(shè)備，其中至少一個電阻器(46)插在IGBT晶體管(40a、40b)的柵極(G)和發(fā)射極(E)之間；所說電阻器(46)可以保證在IGBT晶體管截止時存儲在IGBT晶體管的內(nèi)部電容器內(nèi)的電流的放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的密封設(shè)備，其中在每個IGBT晶體管(40a、40b)的柵極(G)和發(fā)射極(E)之間插入至少一個齊納二極管(48)；所說齊納二極管(48)用于限制IGBT晶體管的電壓Vge，使其為預先確定的最大值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的密封設(shè)備，其中所說電感元件(23、23a)具有可變電感值；調(diào)節(jié)所說的電感值，以使所說匹配電路的阻抗可以取接近最佳阻抗值Zott例如50歐姆的一個值，從而使從所說發(fā)生裝置(3)至所說感應器(4)的功率傳輸最大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的密封設(shè)備，其中所說電感元件(23a、23)包括具有初級繞組(23a)的一個變壓器(23)，初級繞組(23a)具有與對應的匝數(shù)有關(guān)的一系列輸入端(50)，因此當選定時，可以產(chǎn)生不同的變壓器(23)的變壓比。
10.一種感應密封方法，所說方法可用于通過橫向密封片狀包裝材料的管(13)產(chǎn)生可灌注食品的包裝，所說片狀包裝材料包括至少一層(12)可感應加熱的材料，所說可感應加熱的材料用塑料材料(16)覆蓋，所說方法包括如下步驟利用發(fā)生器(3)產(chǎn)生(3)交變功率信號S(ω)；向至少一個感應器(4)提供所說的交變功率信號S(ω)，以便在所說的層(12)內(nèi)感應出寄生電流并且局部熔化所說塑料材料(16)以形成橫向密封；和借助于匹配電路(7)在所說的發(fā)生器(3)和所說的感應器(4)之間優(yōu)化功率傳輸；其特征在于所說優(yōu)化步驟還包括如下步驟調(diào)節(jié)連接到至少一個電感元件(23a、23)的至少一個電容元件(20、24、25、26、27)的電容以使電流-電壓相位角接近0。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的密封方法，還包括如下步驟調(diào)節(jié)所說電感元件的電感值，以使從所說發(fā)生器看到的阻抗可以取接近最佳阻抗值Zott例如50歐姆的一個值，從而使從所說發(fā)生器(3)至所說感應器(4)的功率傳輸最大。
全文摘要
一種感應密封設(shè)備，可用于生產(chǎn)可灌注食品的包裝，為此要橫向密封片狀包裝材料管(13)，所說包裝材料包括至少一層(12)可感應加熱的材料，所說可感應加熱的材料由塑料材料(16)覆蓋。所說密封設(shè)備具有一個發(fā)生器(3)，用于產(chǎn)生交變功率信號S(ω)；感應器(4)，用于接收交變功率信號S(ω)以便在所說的層(12)內(nèi)感應出寄生電流并且局部熔化所說塑料材料(16)以形成橫向密封；和一個匹配電路(7)，用于在發(fā)生器(3)和感應器(4)之間實現(xiàn)最佳的功率傳輸。匹配電路(7)包括一個電感－電容性電路，其中具有可變電容的電容元件(20、24、25、26、27)的電容是可以調(diào)節(jié)的，從而可以使電流－電壓相位角接近0。
文檔編號B65B57/00GK1767937SQ200480008669
公開日2006年5月3日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者C·費拉里, A·梅蘭德里, S·賈維德, G·加拉沃蒂 申請人:利樂拉瓦爾集團及財務(wù)有限公司