DISPOSITIVO AUTOCONFIGURANTE PARA EL SELLADO POR INDUCCION PARA PRODUCIR ENVASES DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS VERTIBLES.

Un dispositivo de sellado por inducción (10) para su uso para producir envases de producto alimenticio vertible a partir de un tubo (2) de material para envasado laminado termosellable (10) que comprende:



• una fuente de señal (12) configurada para generar una señal de potencia alterna (S(?));

• un inductor (13) conectado a la citada fuente de señal (12) para recibir la citada señal de potencia alterna (S(?)), y operable para inducir una corriente eléctrica en el citado material para envasado laminado (13) para termosellar el material para envasado laminado (3); y

• un circuito de acopiamiento de impedancias (11'') conectado entre la citada fuente de señal (12) y el citado inductor (13);

comprendiendo el citado circuito de acoplamiento de impedancias (11''):

• una pareja de terminaies de entrada (11.1, 11.2) configurados para recibir, en uso, la citada señal de potencia alterna;

• una primera línea (23) y una segunda línea (24) conectadas respectivamente a los citados terminales de entrada (11.1, 11.2) del citado circuito de acoplamiento de impedancias (11'');

• una etapa de capacitancia variable (21) que comprende al menos un módulo capacitivo (21.1-21.4) conectado entre las líneas primera y segunda (23, 24) y que comprende un elemento capacitivo (C1-C4) y un condensador controlado (SW1-SW4) conectados en serie entre sí; siendo el citado condensador controlado (SW1-SW4) selectivamente operable para conectar el citado elemento capacitivo (C1-C4) entre ias citadas líneas primera y segunda (23, 24); y

• una etapa de control (22) configurada para controlar un estado de operación del citado condensador controlado (SW1-SW4);

caracterizado porque el citado condensador controlado (SW1-SW4) comprende:

• una pareja de terminales de entrada (SWa, SWb) configurados para recibir, en uso, una señal de control desde la citada etapa de control (22); estando uno (SWb) de los citados terminales de entrada (SWa, SWb) conectados a la citada segunda línea (24); y

• un único elemento de conmutación controlado de doble sentido (IGBT) que tiene un primer terminal conductor de la corriente conectado a la citada primera línea (23) por medio del citado elemento capacitivo (C1-C4); un segundo terminal conductor de corriente conectado a la citada segunda línea (24); y un terminal de control conectado a los citados terminales de entrada (SWa, SWb) del citado interruptor controlado (SW1-SW4) para recibir la citada señal de control desde la citada etapa de control (22)

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07425531.

Solicitante: TETRA LAVAL HOLDINGS & FINANCE SA.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: AVENUE GENERAL-GUISAN 70,1009 PULLY.

Inventor/es: MELANDRI, ANTONIO, MADZHAROV,NIKOLAY, DONATI,ANDREA, SIGHINOLFI,FABRIZIO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 14 de Agosto de 2007.

Fecha Concesión Europea: 10 de Marzo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B29C65/00G4
  • B29C65/00H2D
  • B29C65/02T4
  • B65B51/22D
  • H03H7/40 SECCION H — ELECTRICIDAD.H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03H REDES DE IMPEDANCIA, p. ej. CIRCUITOS RESONANTES; RESONADORES (medidas, ensayos G01R; disposiciones para producir una reverberación sonora o un eco G10K 15/08; redes de impedancia o resonadores que se componen de impedancias distribuidas, p. ej. del tipo guía de ondas, H01P; control de la amplificación, p. ej. control del ancho de banda de los amplificadores, H03G; sintonización de circuitos resonantes, p. ej. sintonización de circuitos resonantes acoplados, H03J; redes para modificar las características de frecuencia de sistemas de comunicación H04B). › H03H 7/00 Redes de varios accesos que tienen como componentes únicamente elementos eléctricos pasivos (circuitos de entrada de receptores H04B 1/18; redes que simulan un trozo de cable de comunicación H04B 3/40). › Adaptación automática de la impedancia de la carga a la impedancia de la fuente.
  • H05B6/06 H […] › H05 TECNICAS ELECTRICAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.H05B CALEFACCION ELECTRICA; ALUMBRADO ELECTRICO NO PREVISTO EN OTRO LUGAR.H05B 6/00 Calefacción por campos eléctricos, magnéticos o electromagnéticos (terapia de radiación de microondas A61N 5/02). › Control, p. ej. de la temperatura, de la potencia.

Clasificación PCT:

  • B29C65/02 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29C CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION O UNION DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACION (trabajo análogo a trabajo de metales con máquinas herramientas B23; trabajo con muela o pulido B24; corte B26D, B26F; fabricación de preformas B29B 11/00;  fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 65/00 Ensamblado de elementos preformados; Aparatos a este efecto (para la fabricación de cajas, cartones, sobres o bolsas B31B; para soldar o fijar los plieges o cierres de los paquetes B65B 51/00; ensamblaje de elementos de construcción en general F16B; empalme de guías de luz G02B 6/255). › por calor, con o sin presión.
  • B29C65/32 B29C 65/00 […] › Inducción.
  • H03H7/40 H03H 7/00 […] › Adaptación automática de la impedancia de la carga a la impedancia de la fuente.
  • H05B6/02 H05B 6/00 […] › Calefacción por inducción.
  • H05B6/14 H05B 6/00 […] › Utillaje, p. ej. toberas, rodillos, calandrias.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

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DISPOSITIVO AUTOCONFIGURANTE PARA EL SELLADO POR INDUCCION PARA PRODUCIR ENVASES DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS VERTIBLES.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo autoconfigurante para el sellado por inducción para producir envases de productos alimenticios vertibles.

Campo técnico

La presente invención se refiere en general al sellado por inducción para su uso para producir envases de productos alimenticios vertibles sellando transversalmente un tubo de material para envasado laminado llenado de manera continua con producto vertible. Más específicamente, la presente invención se refiere a un circuito de acoplamiento de impedancias mejorado para su uso en un dispositivo de sellado por inducción auto-configurable para poner de nuevo en fase la corriente y la tensión y optimizar así la transferencia de potencia al inductor durante la operación de sellado.

Antecedentes

Como es conocido, muchos productos alimenticios (por ejemplo zumo de frutas o vegetales, pasteurizados o UHT (tratados a temperatura ultra alta) leche, vino, etc.) se venden en envases hechos de material para envasado esterilizado.

Un ejemplo típico de este tipo de envase es el envase de forma paralelepipédica para productos alimenticios líquidos conocido como Tetra Brik Aseptic®, que está hecho doblando y sellando material para envasado en tiras laminadas.

El material para envasado laminado comprende capas de material fibroso, por ejemplo papel, cubierto en ambos lados con material plástico termosellable, por ejemplo polietileno. En el caso de envases asépticos para productos de almacenamiento a largo plazo, tales como la leche UHT, el lado del material para envasado que eventualmente está en contacto con el producto alimenticio dentro del envase tiene también una capa de material de barrera de oxígeno, por ejemplo lámina de aluminio o película de EVOH, que a su vez está cubierta con una o más capas de material plástico termosellable.

Como es conocido, los envases de este tipo son producidos en máquinas de envasar completamente automáticas, del tipo mostrado en la Figura 1, en la cual un tubo 2 vertical continuo está formado a partir de una malla 3 del material para envasado. La malla es esterilizada en la máquina de envasado 1, por ejemplo aplicando un agente esterilizador tal como el peróxido de hidrógeno, que es eliminado a continuación, por ejemplo evaporado mediante calentamiento, de las superficies del material de envasado; y la malla 3 esterilizada es mantenida en un ambiente estéril, cerrado, y es doblada y sellada longitudinalmente para formar el tubo 2.

El tubo 2 es a continuación llenado en sentido descendente con el producto alimenticio vertible procesado-estéril, por medio de una tubería 4 de llenado que se extiende hacia dentro del tubo 2 y es ajustada con una válvula 5 de solenoide de regulación de flujo, y está alimentado mediante dispositivos conocidos a lo largo de un camino vertical A hasta una estación de conformado 6, donde es sujetado a lo largo de la sección transversal a intervalos iguales mediante dos pares de mordazas. Más específicamente, los pares de mordazas actúan cíclica y sucesivamente en el tubo 2, y sellan el material de envasado del tubo 2 para formar una tira continua de paquetes en forma de almohada 7 conectados entre sí mediante tiras de sellado transversales.

Los envases en forma de almohada son separados uno de otro cortando las tiras de sellado correspondientes, y son transportados hacia una estación de doblado final donde son doblados mecánicamente a la forma paraleiepipédica terminada.

En el caso de envases asépticos con una capa de aluminio como material de barrera, el tubo es sellado normalmente longitudinal y transversalmente mediante un dispositivo de sellado por inducción, el cual induce una corriente eléctrica parásita en la capa de aluminio para fundir localmente el material plástico termosellabíe. Más específicamente, para sellado transversal, una de las mordazas de cada par comprende un cuerpo principal hecho de material no conductor, y un inductor alojado en un asiento frontal en el cuerpo principal; y la otra mordaza está fijada con almohadillas de presión de material plegable, tal como goma.

Cuando el par de mordazas correspondiente agarra el tubo, el inductor es alimentado para sellar una sección transversal del tubo termosellando el material de la cubierta de plástico. Cuando es alimentado, el inductor genera un campo magnético de pulsos, que a su vez produce una corriente eléctrica parásita en la lámina de aluminio del material de envasado del cual está hecho el tubo vertical, fundiendo así localmente el material de cubierta plástico termosellable.

Más específicamente, además del inductor, el dispositivo de sellado por inducción comprende también una fuente de señal que proporciona una señal de alimentación alterna continua o de pulsos; y un circuito de acoplamiento de impedancias interpuesto, para optimizar la transferencia de potencia, entre la fuente de señal y el inductor. Más específicamente, el circuito de acopiamiento de impedancias está configurado para eliminar o minimizar la desviación de fase (ángulo), inducida por la impedancia reactiva del inductor, entre la tensión y la corriente proporcionadas por la fuente de señal, y minimizar así la potencia reactiva proporcionada por la fuente de señal, y maximizar la potencia activa.

La señal de potencia alterna comprende convenientemente una tensión sinusoidal de aproximadamente 535 kHz de frecuencia y una amplitud de pico de aproximadamente unos pocos cientos de voltios, normalmente 540 V. Y la fuente de señal proporciona una potencia máxima de aproximadamente 2500 Watios, cuando la fase entre la corriente y la tensión (medidas ambas a la salida) es cercana a cero.

Los circuitos de acoplamiento conocidos son normalmente de tipos inductivo-capacitivo, en los cuales un elemento capacitivo de capacitancia variable - normalmente definido por un número de condensadores conectables en paralelo selectivamente es conectado en paralelo a un elemento inductivo definido normalmente por un transformador. La capacitancia total del elemento capacitivo y la inductancia del elemento inductivo son así seleccionadas para poner de nuevo en fase la corriente y la tensión de salida de la fuente, es decir para alcanzar una fase cercana a cero entre la corriente y la tensión.

Puesto que la puesta en fase depende de la carga eléctrica conectada a la fuente, y la carga eléctrica depende de las condiciones de operación de la máquina de envasar - tales como el volumen de los envases producidos, el tipo de inductor empleado, la capacidad de producción y la velocidad de la máquina de envasar, etc. - la puesta en fase es adaptada en tiempo real a las variaciones en la carga eléctrica actuando de manera correspondiente sobre el circuito de acoplamiento de impedancias. Más específicamente, durante el proceso de producción de envases, una etapa de control, que puede estar convenientemente integrada en la fuente, mide, de una manera conocida no descrita con detalle, los parámetros eléctricos, tales como la fase entre la tensión y la corriente de la fuente de señal, y/o la impedancia "vista" por la fuente de señal, es decir, la impedancia de entrada del circuito de acoplamiento de impedancias, y determina la capacitancia total requerida del circuito de acopiamiento de impedancias para eliminar o minimizar la fase entre la corriente y la tensión de la fuente. Después de lo cual, la etapa de control genera y proporciona al circuito de acopiamiento de impedancias una señal de control para modificar la configuración de conexión en paralelo de los condensadores y ajustar así la capacitancia "vista" por la fuente de señal.

Un dispositivo de sellado por inducción conocido se describe, por ejemplo, en la patente europea EP-B1-1 620 249 de la solicitante, y su arquitectura de circuitos es ilustrada a modo de referencia en la Figura 2, en la cual 10 indica el dispositivo de sellado por inducción como un conjunto, 11 el circuito de acoplamiento de impedancias, 12 la fuente de señal y 13 el inductor.

Más específicamente, el circuito de acoplamiento de impedancias 11 comprende:

• dos terminales de entrada 11.1, 11.2, a los cuales está conectada la fuente de señal 12, en uso, y en los cuales está presente la señal de potencia alterna S(?) proporcionada por la fuente de señal;
• dos terminales de salida 11.3, 11.4, a los cuales está conectado en uso el inductor 13;
• una primera y una segunda línea 23, 24 conectadas a los terminales de entrada 11.1, 11.2 respectivos del circuito de acoplamiento de impedancias 11;

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo de sellado por inducción (10) para su uso para producir envases de producto alimenticio vertible a partir de un tubo (2) de material para envasado laminado termosellable (10) que comprende:

• una fuente de señal (12) configurada para generar una señal de potencia alterna (S(?));
• un inductor (13) conectado a la citada fuente de señal (12) para recibir la citada señal de potencia alterna (S(?)), y operable para inducir una corriente eléctrica en el citado material para envasado laminado (13) para termosellar el material para envasado laminado (3); y
• un circuito de acopiamiento de impedancias (11') conectado entre la citada fuente de señal (12) y el citado inductor (13);

comprendiendo el citado circuito de acoplamiento de impedancias (11'):

• una pareja de terminaies de entrada (11.1, 11.2) configurados para recibir, en uso, la citada señal de potencia alterna;
• una primera línea (23) y una segunda línea (24) conectadas respectivamente a los citados terminales de entrada (11.1, 11.2) del citado circuito de acoplamiento de impedancias (11');
• una etapa de capacitancia variable (21) que comprende al menos un módulo capacitivo (21.1-21.4) conectado entre las líneas primera y segunda (23, 24) y que comprende un elemento capacitivo (C1-C4) y un condensador controlado (SW1-SW4) conectados en serie entre sí; siendo el citado condensador controlado (SW1-SW4) selectivamente operable para conectar el citado elemento capacitivo (C1-C4) entre ias citadas líneas primera y segunda (23, 24); y
• una etapa de control (22) configurada para controlar un estado de operación del citado condensador controlado (SW1-SW4);

caracterizado porque el citado condensador controlado (SW1-SW4) comprende:

• una pareja de terminales de entrada (SWa, SWb) configurados para recibir, en uso, una señal de control desde la citada etapa de control (22); estando uno (SWb) de los citados terminales de entrada (SWa, SWb) conectados a la citada segunda línea (24); y
• un único elemento de conmutación controlado de doble sentido (IGBT) que tiene un primer terminal conductor de la corriente conectado a la citada primera línea (23) por medio del citado elemento capacitivo (C1-C4); un segundo terminal conductor de corriente conectado a la citada segunda línea (24); y un terminal de control conectado a los citados terminales de entrada (SWa, SWb) del citado interruptor controlado (SW1-SW4) para recibir la citada señal de control desde la citada etapa de control (22).

2. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada etapa de capacitancia variable (21) comprende un número de los citados módulos capacitivos (21.1-21.4) conectados en paralelo entre las citadas líneas primera y segunda (23, 24).

3. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, que comprende también:

• una etapa de capacitancia fija (26) que comprende al menos un elemento capacitivo conectado entre las citadas líneas primera y segunda (23, 24).

4. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el citado elemento de conmutación controlado de doble sentido comprende un transistor de potencia (IGBT), y un diodo (D) conectado en paralelo con al citado transistor de potencia (IGBT).

5. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el citado transistor de potencia comprende un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).

6. Un dispositivo de sedado por inducción (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el citado condensador controlado (SW1-SW4) comprende también:

• un módulo de polarización y de filtrado (27) conectado entre la citada pareja de terminales de entrada (SWa, SWb) del citado condensador controlado (SW1-SW4) y el citado elemento de conmutación controlado de doble sentido (IGBT).

7. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el citado módulo de polarización y filtrado (27) comprende una resistencia (R) y un diodo Zener (Z) conectados en serie entre los citados terminales de entrada (SWa, SWb) del citado condensador controlado (SW1-SW4); y una red de filtración (F) conectada en paralelo con el citado diodo Zener (Z); teniendo el diodo Zener (Z) un cátodo conectado al citado primer terminal de entrada (SWb) del citado condensador controlado (SW1-SW4) por medio de la citada resistencia (R), y un ánodo conectado al citado segundo terminal de entrada (SWa) del citado condensador controlado (SW1-SW4); estando un nodo intermedio entre la citada resistencia (R) y el citado diodo Zener (Z) al citado terminal de control del condensador controlado (SW1-SW4) respectivo.

8. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la citada etapa de control (22) está configurada para:

• medir una cantidad que indica el acoplamiento de impedancias de la citada fuente de señal (12);
• comparar la citada cantidad con un número de umbrales que indican grados respectivos de acopiamiento de impedancias; y
• controlar el estado de operación de los condensadores controlados (SW1-SW4) de la citada etapa de capacitancia variable (21) para modificar la capacitancia de la citada etapa de capacitancia variable (21) en una primera cantidad cuando la citada cantidad está dentro de un impedancia intervalo definido por unos umbrales primero y segundo (PNL, PPL); y
• controlar el estado de operación de los condensadores controlados (SW1-SW4) de la citada etapa de capacitancia variable (21) para modificar la capacitancia de la citada etapa de capacitancia variable (21) en una segunda cantidad, mayor que la citada primera cantidad, cuando la citada cantidad está fuera del citado primer intervalo.

9. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 8, en el que medir una cantidad que indica el acoplamiento de impedancias de la citada fuente de señal (12) comprende:

• medir una fase entre una tensión y una corriente proporcionadas por la citada fuente de señal (12).

10. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en el que la citada segunda cantidad es dos veces la citada primera cantidad.

11. Un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que la capacitancia de la citada etapa de capacitancia variable (21) es modificada en la citada primera cantidad, cuando la citada primera cantidad está dentro del citado primer intervalo y también fuera de un segundo intervalo definido por unos umbrales tercero y cuarto (PNS, PPS).

12. Una máquina de envasar (1) para producir de manera continua envases sellados (7) de un producto alimenticio vertible a partir de un tubo (2) de material para envasado laminado termosellable, comprendiendo la citada máquina de envasar (1) un dispositivo de sellado por inducción (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.


 

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