مبانی عملکرد سیل القايي

Induction Sealing Technology Principals

  • 5 اسفند 1393
  • نویسنده: مدیر سایت
  • تعداد بازدید کنندگان: 6557
  • 0 نظرات
مبانی عملکرد سیل القايي

 

مثل قوانين جاذبه قوانین مربوط به سيل القایی نیز در طول زمان تغییر نمی کند. قوانین مربوط به نحوه عملکرد سيل القایی امروزه نسبت به 10 سال پیش هیچ تفاوتی نکرده است. در این مقاله ما قصد داریم که حقایق را از تصورات غیر منطقی در مورد دستگاههای سيل القایی تفکیک کرده به نحوی که هر کسی بتواند مبانی عملکرد این دستگاهها را به خوبي درک کند و همچنین پیشنهاداتی ارایه خواهیم کرد که شما را در انتخاب مناسبترین دستگاه برای کاربرد مورد نظرتان یاری كند.

 

از ابتدای ظهور این فن آوري در اواسط دهه 60 قرن بیستم میلادی، هاله ای از ابهام بر این پدیده سایه انداخته است. بیشتر این ابهامات و اطلاعات نادرست را سازندگان و فروشندگان دستگاههای سيل القایی و همچنین تولید کنندگان درپوش (درب) و واشرهای [1] ظرف ها بوجود آورده اند.

 

ظرف بيست سال گذشته تغييرات چشمگيري در ادوات الكترونيكي و همچنين هدهاي سيل القايي[2] ايجاد شده است. منابع تغذيه[3] و هدهاي سيل بسيار كوچكتر و كارآمد تر شده اند. كارهايي كه در گذشته به تواني معادل 5 كيلووات نياز داشت، در حال حاضر با توان بسيار كمتري قابل انجام است. (البته دسته بندي دستگاههاي بر اساس توان الكتريكي (كيلو وات) ديگر كهنه شده كه در ادامه توضيحات بيشتري در اين مورد داده خواهد شد.)

 

خوب بياييد راجع به مقدمات سيل القايي صحبت كنيم. سيل القايي چيست و براي شما چكار مي تواند انجام دهد؟ سيل القايي يك فرآيند گرمايشي غير تماسي است كه ظرف ها (غير فلزي) را با درپوشي كه داخل آن يك واشر سيل حرارتي[4] قرار دارد سيل مي كند به طوري كه در برابر گازها و مايعات نفوذ ناپذير شود. اين واشرها مي توانند شامل يك لايه  تكيه گاه از جنس مقوا يا فوم، يك لايه پارافين، يك لايه نازك آلومينيوم و يك لايه پليمر حساس به گرما[5] كه با جنس ظرف سازگاري دارد، باشند (شماره 1).

 

تكيه گاه مي تواند از جنس EPE با جرم حجمي هاي مختلف، مقوا و غيره بسته به جنس محتويات ظرف و نياز توليد كننده باشد. اين نوع واشر كه تكيه گاه آن داخل درپوش باقي مي ماند به واشر دو تكه مشهور است. واشرهاي دو تكه معمولاً وقتي استفاده مي شوند كه توليد كننده مايل است از لايه فوم يا مقواي باقي مانده داخل درپوش به عنوان يك واشر دوم جهت سيل بعد از زايل شدن لايه آلومينيوم توسط مصرف كننده و در صورت عدم مصرف تمام محتويات ظرف در يك نوبت، استفاده كند. نوع ديگر واشرهاي سيل القايي،‌ واشر يك تكه است كه نحوه عملكرد آنها مشابه واشرهاي دو تكه بوده با اين تفاوت كه همانطور كه از نامش پيدا است ديگر از واشر دوم خبري نيست. اين واشرها مي توانند داراي چاپ دلخواه، مثلاً لوگو يا علامت تجاري ثبت شده توليد كننده و يا‌ يك پيام عمومي مثل "سيل شده جهت حفظ تازگي" باشند. مي توانند بسيار سخت به دهانه ظرف چسبيده باشند[6] به نحوي كه مصرف كننده مجبور به پاره كردن آنها با يك شيء برنده باشد و يا قابل جداسازي باشند[7] به طوري كه به راحتي و يك تكه از دهانه ظرف جدا شوند. به دليل وجود انواع مختلف واشرهاي سيل القايي بهتر است پيش از انتخاب با اشخاص متخصص در اين زمينه مشورت كنيد.

 

اجزاي اصلي تشكيل دهنده دستگاههاي سيل القايي چه هستند؟ يك دستگاه سيل القايي استاندارد از دو بخش اصلي تشكيل شده است: منبع تغذيه و هد القايي.

 

منبع تغذيه، يك مولد برق است كه قابليت كار كردن با فركانسهاي متوسط تا بالاي مورد نياز براي فرآيند سيل القايي را دارد. اين منبع تغذيه جريان برق لازم جهت ايجاد ميدان مغناطيسي توسط هد القايي را تامين مي كند. توان منبع تغذيه براي يك كاربرد خاص بستگي به اندازه واشر مورد استفاده و سرعت نوار نقاله حامل ظرف ها دارد.

 

هد القايي (شكل 2) شامل يك محفظه پلاستيكي و يك سيم پيچ است كه يك بوبين القايي را تشكيل مي دهد.

 

 

 هد به واسطه انرژي جريان برق يك ميدان مغناطيسي ايجاد مي كند. متداولترين هدهاي مورد استفاده هدهاي تخت و هدهاي تونلي (به شكل ∩) هستند. هدهاي تونلي جريان را بيشتر در اطراف كناره ها و بالاي درپوش بطري متمركز مي كند كه ميدان مغناطيسي يكدست تر و سيل يكنواخت تر را باعث مي شود. هدهاي تخت ميدان مغناطيسي را پخش كرده كه مي تواند سطح بيشتر (و در نتيجه درپوش ظرف بزرگتري) را سيل كند. 

 

دستگاه سيل القايي مي تواند داراي يك خنك كننده آبي باشد. خنك كننده آب يك مبدل حرارتي آب به هواست كه هد القايي را از طريق پمپ كردن آب از ميان سيم پيچ هد و بوسيله اتصالي كه بين آن دو موجود است خنك مي كند. 

 

فرآيند سيل بعد از پركردن و درب بندي ظرف ها صورت مي گيرد. ظرف ها پس از درب بندي به سادگي از زير هد دستگاه كه بر روي نوارنقاله نصب شده است، عبور مي كنند. به اين ترتيب ظرف ها از ميان ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط گرم كننده القايي[8] يا همان هد دستگاه عبور مي كنند. در اثر القاء جريان الكترومغناطيسي جرياني از الكترونها، مشهور به جريان گردابي[9]، در ورق آلومينيوم موجود در واشر داخل درپوش ايجاد مي شود در اثر مقاومت به وجود آمده در برابر اين جريان حرارت توليد مي شود. ورق آلومينيوم داغ شده لايه پليمر روي خود را ذوب كرده و به لبه ظرف مي چسبد كه به اين ترتيب سيل نفوذ ناپذير[10] حاصل مي شود.  در مواردي كه از واشر دو تكه استفاده شود،‌ گرماي ورق آلومينيوم لايه پارافين بين ورق آلومينيوم و مقواي تكيه گاه را نيز ذوب مي كند و لايه مقوا پارافين را به خود جذب مي نمايد كه اين باعث جدا شدن لايه مقوا از ورق آلومينيوم مي شود.

 

گاهي اوقات استفاده كنندگان از عملكرد دستگاه خود اظهار نارضايتي مي كنند. مثلاً مي گويند: "از 100 عدد بطري كه از زير هد دستگاه عبور كرده تنها 97 عدد به خوبي سيل شده است". پاسخ ما اين است كه اگر 97 تا از ظروف به خوبي سيل شده اند پس مشكل از دستگاه نبوده و بايد جاي ديگري دنبال علت بگردند. پس از تحقيقات بيشتر معمولاً‌مشخص مي شود كه اشكال از نحوه تماس واشر با لبه ظرف بوده است: يعني يا واشر در تماس كامل با لبه ظرف نبوده،‌يا لبه ظرف به اندازه كافي صاف و صيقلي نبوده و يا درپوش ظرف كج بسته شده است كه هر يك از اينها باعث مي شود كه سيل كاملي نداشته باشيم.

 

اگر تعدادي ظرف كاملاً‌مشابه از يك ميدان القايي گذرانده شوند و يكي از آنها به خوبي سيل  شود، در نتيجه تمام آنها بايد سيل شوند. شما بايد بدانيد كه وقتي كه با صدها، هزارها و بلكه ميليونها درپوش و ظرف سروكار داريد خواه ناخواه بعضي از لبه ها ناصاف بوده، بعضي از درپوشها كج بسته مي شوند و يا درب با نيروي كافي بسته نشده است. در اين موارد سيل بد را نبايد به گردن دستگاه انداخت.

 

بسياري از توليد كنندگاني كه مايعات را بسته بندي مي كنند از اين نگرانند كه اگر مقداري از مايع روي لبه ظرف بريزد سيل به خوبي انجام نشود. نگران نباشيد، چنين مشكلي به وجود نمي آيد. معمولاً نيروي پيچشي وارد شده در هنگام دربندي بخش عمده اي از مايع بين لبه ظرف و واشر را بيرون مي راند و باقيمانده آن در اثر حرارت ايجاد شده درهنگام سيل تبخير مي شود.

چه محصولات و ظروفي قابل سيل هستند؟ با انتخاب درست ظرف و واشر عملاً هر محصولي قابل سيل است. ظروف و درپوشهاي پلاستيكي بهترين انتخاب هستند. ظروف شيشه اي، به خصوص براي بسته بندي مايعات،  بايد تنش زدايي شده باشند (يعني در برابر گرما مقاوم شده باشند) و لبه صيقلي و صافي داشته باشند. هرچند گرماي ايجاد شده توسط دستگاه در زمان بسيار كوتاهي بوده و چندان شديد نمي باشد ولي بهتر است كه قبل از انتخاب ظروف شيشه اي خود نمونه هاي آن را جهت آزمايش و تاييد براي توليد كننده دستگاه بفرستيد. هر چند استفاده از درپوشهاي فلزي ممكن است، ولي توصيه نمي شود. درپوش فلزي توسط ميدان القايي گرم شده و اين حرارت به صورت هدايت گرمايي[11]  به فويل آلومينيوم منتقل مي شود. اما اين روش دو مشكل به وجود مي آورد: درپوش فلزي گرم شده و اگر كارگران بدون توجه آن را لمس كنند ممكن است دچار سوختگي شوند؛ درپوش ممكن است آنقدر گرم شود كه رزوه هاي درب ظرف را آب كند.

 

ظرف چند سال گذشته دستگاههاي هوا خنك به تدريج جايگزين دستگاههاي آب خنك شده اند. به واسطه پيشرفتهايي كه در زمينه فن آوري ساخت منابع تغذيه دستگاههاي هواخنك صورت گرفته،‌ اين دستگاهها در حال حاضر قابل كار كردن درسرعتهايي هستند كه در گذشته فقط با دستگاههاي آب خنك امكان پذير بود. مزاياي سيستمهاي هوا خنك كاملاً‌واضح اند: هزينه كمتر و عدم نياز به تعمير و نگهداري سيستم خنك كننده آبي. هرچند در بعضي موارد ممكن است كه لازم باشد از سيستم هاي آب خنك استفاده شود ولي در اكثر موارد يك سيستم هوا خنك كاملاً‌جوابگوي نيازهاي توليدكنندگان خواهد بود.

 

خب، در چه مواردي لازم است كه شما يك دستگاه آب خنك خريداري كنيد؟ يك دليل اساسي مي تواند اين باشد كه شما در حال حاضر يك دستگاه آب خنك موجود داريد و براي صرفه جويي در تامين قطعات و هزينه هاي تعمير و نگهداري، دستگاه ديگري با همان مشخصات تهيه كنيد. يك دليل مهم ديگر مي تواند اين باشد كه دما و يا رطوبت محيط كارخانه بسيار بالا باشد. در اين مورد نيز دستگاههاي آب خنك بهتر از دستگاههاي هوا خنك عمل مي كنند. به عنوان يك قانون عمومي مي توان گفت كه دستگاههاي آب خنك به نسبت هوا خنك طول عمر بيشتري داشته و فشار كاري بالاتري را تحمل مي كنند. ولي اين تفاوت چندان قابل ملاحظه نيست.

 

بعضي از توليد كنندگان درباره استفاده از فريت ها [12] در دستگاههاي خود هياهوي بسيار راه مي اندازند انگار كه اين چيزي جديد، بسيار متفاوت و با فن آوري بسيار بالا است. فريتها سازه هاي سراميكي متراكم‌ همگني هستند كه از تركيب اكسيد آهن با اكسيد يا كربنات يك يا چند فلز ديگر مانند منگنز، روي، نيكل يا منيزيم ساخته شده اند. سپس اين مواد متراكم شده و تا دماي 1100 درجه سانتيگراد در كوره حرارت مي بينند و پس از آن به شكل دلخواه ماشين كاري مي شوند.

 

فريتها چرا و چگونه در دستگاههاي سيل القايي استفاده مي شوند ؟ اگر شما مقطعي از يك هد القايي بدون فريت را بررسي كنيد (شكل شماره يك) متوجه مي شويد كه امواج الكترومغناطيس در تمام جهات پخش مي شوند. با قرار دادان فريتها در اطراف كويل دستگاه (شكل شماره دو)،‌ امواج به يك سمت هدايت شده و از پخش شدن آنها در تمام جهات جلوگيري مي شود در نتيجه دستگاه از كارآيي بالاتري برخوردار مي شود. فريتها بيش از چندين سال است كه براي تمركز و هدايت امواج مغناطيسي به محل لازم (زير هد دستگاه) توسط توليد كننده هاي دستگاههاي سيل القايي استفاده مي شوند و چيز جديدي نيستند.

 

چگونه يك دستگاه سيل القايي مناسب براي مصارف خود انتخاب كنيد؟ دو عامل مهم در انتخاب يك دستگاه سيل القايي وجود دارد: اندازه درپوش (واشر داخل درپوش) و سرعت نوار نقاله. اگر دستگاه در صنايع غذايي استفاده شود،‌ بهتر است تمهيدات لازم جهت شستشوي دستگاه در نظر گرفته شود. عوامل ديگري كه بايد مد نظر قرار گيرد شامل نوع و مواد تشكيل دهنده ظروف بسته بندي مورد استفاده، نوع واشر مورد استفاده و نوع محصول (مرطوب،‌ خشك،‌ آتشزا).

 

دستگاه مناسب شما بايد چه تواني داشته باشد؟ به نظر مي رسد در صنايع بسته بندي يك تصور غلط در مورد رابطه بين توان الكتريكي دستگاه و ظرفيت سيل دستگاهها وجود دارد. توان دستگاه فقط يك طرف معادله است. راز اصلي در دستيابي مداوم به يك سيل مناسب و بي عيب و نقص چگونگي انتقال انرژي از يك قسمت دستگاه به قسمت ديگر آن است.

 

تمام هدهاي سيل به طور يكساني ساخته نمي شوند! تركيبي از هنر و دانش، هر دو، ‌براي ساخت يك كويل با كارآيي بالا لازم است تا بتواند توان لازم را از منبع تغذيه دستگاه به واشرهاي داخل درب منتقل كند. همه سازندگان دستگاه هاي سيل القايي چنين توانايي در طراحي ندارند. اگر كويل دستگاه درست طراحي نشده باشد،‌ هر چقدر هم كه توان دستگاه را افزايش دهيد تغيير چشمگيري در سرعت و كيفيت سيل به وجود نيامده و تنها منجر به تلف كردن انرژي مي شود.

 

توليد كنندگان درجه يك دستگاههاي سيل القايي معمولاً بر اين عقيده اند كه تاكيد بايد بيشتر بر عملكرد و كارآيي دستگاه باشد نه بر توان خروجي آن. با توجه به تمام موارد پيش گفته عجيب نيست اگر يك دستگاه يك يا دو كيلووات در عمل از دستگاه هاي با توان بالاتر بهتر عمل كند. پس  گول ادعاهاي توليدكنندگاني را كه ادعا مي كنند تنها راه براي اينكه از نحوه عملكرد دستگاه مطمئن شويد دانستن توان خروجي دستگاه است نخوريد. اين واقعيت ندارد.

 

چگونه مي توانيد بفهميد كه كدام دستگاه براي شما مناسب تر است؟ خيلي از خريداران معمولاً از سه يا چهار توليد كننده قيمت مي گيرند كه همه مدعي اند كه دستگاه آنها بهترين است. براي اينكه مسائل از اين پيچيده تر شود معمولاً قيمتها هم بيش از چند صد دلاري با هم تفاوت ندارند. توان خروجي دستگاههاي اكثر توليد كنندگان نيز بسيار نزديك به هم است. به علاوه اكثر اين دستگاهها نيز عمل سيل را در حد قابل قبولي انجام مي دهند. يك نكته بسيار مهم در انتخاب دستگاه، ضريب اطمينان آن است. با ضرب و تقسيمي ساده مي توانيد ميزان خسارتي كه از خوابيدن خط توليدتان به شما وارد مي شود محاسبه كنيد. لذا دستگاهي كه تهيه مي كنيد بايد از كيفيت بالايي برخوردار باشد تاخط توليد شما را تا جاي ممكن از حركت نيندازد.

 

نمي توان انكار كرد كه موارد مصرف خاصي وجود دارد كه بعضي توليد كنندگان به واسطه طراحي تخصصي و تجارب عملي خود اين دستگاهها را بهتر از ديگران مي سازند. ولي به هر حال اين موارد خاص آنقدر نادر است كه تقريباً قابل چشم پوشي است.

 

همچنين بايد ضمانت دستگاه و خدمات پس از فروش آن را به دقت بررسي كنيد. اگر دستگاه شما خراب شود تعميرات آن مي تواند براي شما بسيار گران تمام شود. بعضي از شركتها هزينه تعويض قطعات و دستمزد تعميركار را در دوران گارانتي تقبل مي كنند. پس به نفع شماست كه هر چه مي توانيد از فروشنده سوال كنيد تا نكته مبهمي براي شما باقي نماند و انتخاب را براي شما آسانتر كند. يك راه خيلي خوب براي كمك به شما در انتخاب دستگاه ملاقات با فروشنده است. اين مي تواند خيلي چيزها را براي شما روشن كند.

 

تفاوت هاي زيادي بين خدمات قبل و پس از فروش و همچنين گارانتي دستگاههاي فروشندگان مختلف وجود دارد. قوانين خريد براي يك خريدار باهوش تغييري نكرده است، پيشنهاد فروشنده را با دقت بخوانيد، در مورد شهرت فروشنده براي كيفيت دستگاه و خدمات پس از فروش آن تحقيق كنيد و سوالات زيادي بپرسيد. فروشنده شما بايد دستگاه را به خوبي بشناسد، خدمات پس از فروش مناسبي ارايه كند، خوش قول باشد، براي انتخاب بهترين دستگاه به شما مشاوره دهد و تجربه و مهارت لازم را در اين زمينه دارا باشد. و اين اصل را هميشه در نظر داشته باشيد: هيچ ارزاني بي دليل نيست.


تاليف: سيد اقبال وكيل زاده ابراهيمي


این مقاله در مجله صنعت بسته بندی سال 1386 شماره 88 صفحه 14 به چاپ رسیده و کلیه حقوق آن متعلق به این مجله می باشد

 

 



[1] Innerseal: واشر

[2] Induction Sealing Head: هد سيل (درزبندي) القايي

[3] Power Supply: منبع تغذيه

[4] Heat Sealable Foil Laminate : واشر درزبندي حرارتي

[5] Heat Activated Polymer:  پليمر حساس به گرما

[6] Welded  seal: واشري كه بسيار محكم به لبه ظرف چسبيده و براي بازكردن ظرف بايد واشر را پاره كرد.

[7] Peelable: واشري كه به آساني از لبه ظرف جدا مي شود

[8] Induction Heater: گرم كننده القايي

[9] Eddy Current: جريان گردابي

[10] Hermetic Seal:سيل (درزبندی) نفوذ ناپذير به نحوي هيچگونه گاز يا مايعاتي وارد و يا خارج نشود

[11] Conduction heating: هدايت گرمايي

[12] Ferrite: فريت

Print
تگ ها: