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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen und schnellen
Verschweissen von Kunststoffolien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen und schnellen Verschweissen von Kunststoffolien, z. B. von Säcken aus Polyäthylen mit grösserer Wandstärke, welche für staubende Schüttgüter Verwendung finden.
Aus Kunststoffolien hergestellte Beutel, Einstellsäcke und Behälter werden bekanntlich durch Verschweissen des offenen Endes verschlossen. Hiebei arbeitet man entweder nach dem Wärmeimpulsverfahren oder mit hochfrequentem Strom. Schwierigkeiten treten hiebei auf, wenn die zu verschliessenden Teile stark bestaubte Innenflächen aufweisen. Denn es ist ausserordentlich schwierig, verstaubte Teile, z. B.
Säcke mit einer in der Massengüterindustrie üblichen Geschwindigkeit einwandfrei zu verschweissen.
Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die zu verschliessenden Teile aus Polyäthylen bestehen, zumal dieser Kunststoff mit Hochfrequenz nicht zu verschweissen ist. Im Gegensatz zu Polyvinylchlorid mit
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strom bei einem Kondensator mit dem zu prüfenden Kunststoff als Dielektrikum) zeigen die entsprechenden Werte für Polyäthylen von 2,3 bzw. 0,001 bzw. die Werte für den Verlustfaktor tg von 0, 0150 für Polyvinylchlorid und von 0,0003 für Polyäthylen bei 104 Hz, dass dieser Kunststoff im Hochfrequenzfeld nicht genügend hoch erwärmt werden kann.
Die für Folien aus Polyäthylen gebauten Schweissmaschinen arbeiten daher meist nach dem Wärmeimpulsverfahren. Diese Geräte arbeiten diskontinuierlich und sind daher für einen Fliessbandbetrieb ungeeignet. Sie werden als Zangengeräte ausgebildet, wobei nur eine Backe der Zange einen kunststoffverkleideten Heizdraht trägt. Unter dem Druck der geschlossenen Zange erwärmt ein elektrischer Stromstoss kurzfristig den Draht und damit die Folie bis zum Schmelzpunkt. Danach erkaltet die Folie sofort. Nur so ist es zu erreichen, dass die Folie beim Öffnen der Zange sich vom Heizdraht löst.
Bei Verwendung von zwei Heizdrähten in einem Zangengerät besteht die Gefahr, dass die erwärmte Folie unter Druck durchgequetscht wird. Aus diesem Grunde verwendet man Geräte mit nur einem Heizdraht. Die geschmolzene Folie löst dann gewissermassen die gegenüberliegende Folie an. Bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten und dicken Folien ist dann aber für den schnellen Übergang einer ausreichenden Wärmemenge eine zweiseitige Beheizung vorteilhafter, zumal die Verschweissung eine Erwärmung der Innenflächen, also einen durchgreifenden Schmelzvorgang für die gesamte Foliendicke erfordert. Diese auf beiden Seiten erfolgende durchgehende Erweichung ist ausserdem notwendig, wenn bei staubenden Füllgütern sich ein feiner Staubbesatz wie eine Isolierschicht zwischen die einander zugekehrten Seiten der Folien legt.
Bekannt sind Maschinen, bei denen an Stelle des Heizbandes eine Metallrolle angeordnet ist, die durch eine federnd gelagerte Rolle aus hitzebeständigem Gummi angedrückt wird. Diese Geräte arbeiten
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zwar kontinuierlich, haben aber, da sie nach dem gleichen Prinzip wie die Zangengeräte arbeiten, alle andern genannten Nachteile dieser Maschinen.
Ausserdem sind hiebei schweissbare Foliendicke und Geschwindigkeit begrenzt, da bei hoher Geschwindigkeit der Schweissung der Wärmeübergang sehr rasch erfolgen oder bei grosser Foliendicke viel Wärme pro Flächeneinheit zugeführt werden muss. Das ist nur durch eine hohe Wärmeübergangszahl, d. h. eine hohe Temperatur der Metallrolle zu erreichen. Diese muss zum Schutz gegen Ankleben der erweichten Folie ständig mit Silikonöl befeuchtet werden, was aber nur bis zu einer gewissen Temperatur hilft.
Da hiebei nur eine Folie auf die kältere Gegenseite aufgeschmolzen wird, ist die Verschlusssicherheit bei bestaubten Folien gering.
Bekannt sind weiterhin Vorrichtungen zum Verschweissen von Folien mit endlosen Bändern. Hiebei wird aber nur ein Paar von Stahlbändern mit seinen mittleren Trums aufeinandergedrückt und die Wärme strömt durch die metallenen Bänder hindurch auf die zu verschweissende Naht. Eine Schwierigkeit hiebei ist die Möglichkeit, dass Stahlband und Folien aneinander haften.
Es wurde nun gefunden, dass man Kunststoffolien, z. B. Säcke aus Polyäthylen, mit grösserer Wandstärke ohne Schwierigkeiten kontinuierlich und schnell verschweissen kann, wenn die zu verschweissenden Teile übereinandergelegt, ausserhalb der Nahtstelle zusammengepresst und an der freiliegenden Nahtstelle beiderseits mit einem Strom heisser Pressluft erhitzt werden, wobei durch den Druck der Pressluft die Teile weitgehend verschweissen, worauf unter gleichzeitigem Kühlen der Aussenflächen mittels kalter Luft die Nahtstelle beiderseits von aussen mechanisch zusammengedrückt wird, um die restlichen, noch zu verbindenden Flächen zu verschweissen.
Die zum Verschweissen notwendige Wärme wird durch erhitzte Pressluft beiderseits von aussen durch zwei gegenüberliegende, in geringem Abstand über den Folien angeordnete Düsen mit kleinen Öffnungen oder Schlitzen auf die Nahtstelle geblasen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besitzt endlose nebeneinander angeordnete, antreibbare Stahlbänder, die mit je einem Trum aufeinander pressbar sind sowie eine Heizeinrichtung und ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiteiliger, waagrecht angeordneter Rahmen vorgesehen ist, wobei der eine Rahmenteil fest und der andere Rahmenteil mit letzterem an einem Ende mit einem Scharnier beweglich verbunden und am andern Ende mit einem Verschluss zum Festlegen des beweglichen Teils am festen Teil des Rahmens versehen ist, wobei eine längs verlaufende Profilleiste im festen Teil in eine Nut im beweglichen Teil eingreift,
und dass jeweils zwei im Abstand der Schweissnahtbreite übereinander angeordnete endlose Stahlbänder einander gegenüberliegend angeordnet und in Höhe des Bandspaltes zu beiden Seiten der sich berührenden Bänder zwei feststehende Breitflachdüsen für Heissluft in geringem Abstand vor den Folien vorgesehen sind, welche mit zwei Luftvorwärmern durch Rohranschlüsse verbunden sind, die an eine Pressluftleitung angeschlossen sind, und dass weiters nach den Frees- luftdüsen in der Bandlaufrichtung zwei antreibbare, federnd gelagerte Kanststoffrollen in beiden Spalten zwischen den Bändern einander gegenüberliegend sowie eine Kühleinrichtung vorgesehen sind. Zum Spannen der Stahlbänder sind federnd wirkende Andrückvorrichtungen angeordnet.
Die Bänder werden hinter der Schweissvorrichtung gekühlt. Hiezu sind als Kühleinrichtungen hohle, von Kühlwasser durchflossene und federnd an die Bänder andrückbare Metallkörper vorgesehen.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung ist, dass die erwärmten Nahtteile unmittelbar nach der Erwärmung in erweichtem Zustand nicht durch feste, als Andruckkörper wirkende Backen oder Rollen angepresst werden müssen. Ein Kleben der erwärmten Folien an einem Wärmeträger ist demnach unmöglich.
Die weitgehend teigig gewordene Nahtstelle wird nach dem Zusammendrücken durch die Pressluft nachträglich noch durch gerippte Räder aneinandergedrückt. Dazu ist es notwendig, die aussen liegenden Folienteile abzukühlen, die somit fester als die innenliegenden Schichten sind.
Zur Vermeidung des Abquetschens der Naht werden die federnd gelagerten, gerippten Räder aus Kunststoff nicht während des Schmelzvorganges, sondern erst danach beiderseits an die Naht angepresst. So wird ausser dem gewissermassen federnden Druck der Pressluft in der Erweichungszone nachfolgend ein zweiter stärkerer Druck durch einen festen Bauteil auf die nunmehr aussen erstarrte, innen aber noch weiche und formbare Nahtstelle ausgeübt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen ; Fig. l eine schaubildliche Darstellung der Vorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt durch eine Bandführungsrolle.
Die Vorrichtung besteht aus einem zweiteiligen Rahmen, u. zw. einem festgelagerten Rahmenteil 1 und einem beweglichen Rahmenteil 2. Die beiden Rahmenteile 1, 2 sind durch eine Scharnier 3 verbun-
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Inrollen besitzen am äusseren Umfang zwei durch einen erhöhten Steg 10, Fig. 2 voneinander getrennte Vertiefungen 11 und 12, in welche jeweils zwei übereinander angeordnete Stahlbänder 21-24 eingreifen. Die mittleren Wellen 5 und 8 tragen je eine Andruckrolle 13 und 15 aus Kunststoff. Die Bänder werden von einem Motor 25 über ein Getriebe 26 und ein mit der Welle 4 verbundenem Kegelradpaar 27,28 angetrieben.
Vor einer auf dieser Welle angebrachten Riemenscheibe 29 wird über einen Keilriemen 30 und eine Riemenscheibe 31 die Welle 5 und über ein Zahnradpaar 32,33 die Welle 7 angetrieben. Auf ihr befindet sich eine Riemenscheibe 34, welche über einen Keilriemen 35 die Riemenscheibe 36 auf der Welle 8 antreibt.
Auf diese Weise werden über die Bandführungsrollen 14, 16 bzw. 17, 19 die Stahlbänder 21-24 gleichmässig angetrieben.
Die vier endlosen Stahlbänder übernehmen den Transport und die seitliche Führung der zu schweissenden Teile. Zwischen den übereinanderliegenden Bändern liegt die zu verschweissende Nahtstelle der Folien. In gleicher Höhe sind zwei Breitflachdüsen 37 und 38 angebracht. Die Düsen liegen einander gegen- über. Durch sie wird der erhitzte Pressluftstrahl senkrecht auf die Nahtstelle der zu verbindenden Teile geführt. Der Druck der Pressluft beträgt je nach der Dicke der Folien 0, 5-1 atü, die Arbeitsgeschwindigkeit 12-30 m/min. Die Stahlbänder werden nach dem Durchlaufen der Heisslüftzone von federnd angedrückten, wasserdurchströmten Metallkörpern 39 und 40 gekühlt.
Die Pressluft wird über eine Rohrleitung 18, ein Regelventil 41 und ein Manometer 42 zu den beiden regelbaren Luftvorwärmern 43 und 44 geleitet und hier auf die erforderliche Temperatur erhitzt. Etwa 20 cm hinter den Pressluftdüsen, in Laufrichtung der Bänder gesehen, befinden sich die federnden profilierten Andrückrollen 13 und 15. Zum Spannen der vier Stahlbänder sind vier Andrückvorrichtungen 45, 46, 48 und 49, 48 und 49 in der Fig. l nicht dargestellt, an beiden Teilen des Rahmens befestigt. Dadurch können die einzelnen Bänder unabhängig voneinander und gleichmässig gespannt werden. Durch eine in einer Nut des festen Rahmenteiles zur Anlage kommende Profilleiste 20 des beweglichen Rahmenteiles ist dieser gegen Verschieben kraftschlüssig gesichert. Beide Rahmenteile werden mittels eines Verschlusses 47 verbunden.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende :
Die zu verschweissenden Teile werden den beiden Bandführungsrollen 16 und 19 zugeführt, von den vier Bändern 21 - 24 erfasst und zusammengedrückt und zu den beiden Breitflachdüsen 37,38 transportiert. Die hier zugeführte erhitzte Pressluft strömt beiderseits gegen die Nahtstelle und erhitzt diese bis zum Weichwerden, wobei die Bänder eine Verlagerung des oberhalb der Erweichungsstelle liegenden Folienteiles verhindern. Gleichzeitig werden die zu verschweissenden, freiliegenden Teile aneinandergepresst. Sollte die Verschweissung infolge dazwischenliegender Staubteilchen unvollkommen sein, so wird durch den Druck der beiden Andrückrollen 13 und 15 auf die Schweissnaht eine vollkommene Verschwei- ssung erreicht.
Die verschweissten Teile werden schliesslich von den weiterlaufenden Bändern bis an das Ende der Maschine in der Nähe des Scharniers befördert und hier ausgeworfen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum kontinuierlichen und schnellen Verschweissen von Kunststoffolien, z. B. von Säkken aus Polyäthylen mit grösserer Wandstärke, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweissenden Teile übereinandergelegt, ausserhalb der Nahtstelle zusammengepresst und an der freiliegenden Nahtstelle beiderseits mit einem Strom heisser Pressluft erhitzt werden, wobei durch den Druck der Pressluft die Teile weitgehend verschweissen, worauf unter gleichzeitigem Kühlen der Aussenfläche mittels kalter Luft die Nahtstelle beiderseits von aussen mechanisch zusammengedrückt wird, um die restlichen, noch zu verbindenden Flächen zu verschweissen.