CH274038A - Verfahren zum Verschweissen von thermoplastischen Schichten und Maschine zur Ausübung dieses Verfahrens. - Google Patents

Description

  



  Verfahren zum   Verschweif#en    von thermoplastischen Schichten und Maschine zur Ausübung dieses Verfahrens.



   Folien aus thermoplastischem Material werden zu Verpackungszwecken sowohl allein, wie auch in Kombination mit einer Papieroder Metallunterlage verwendet. Der Zweck einer solchen Unterlage besteht darin, die mechanische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Dieke der zur Verwendung gelangenden thermoplastischen Folie zu vermindern. Die zum Bilden und Verschliessen von Verpackungen aus   thermo-    plastischen Folien verwendeten bisher bekannten Maschinen umfassen regelmässig ein Paar Schienen oder Backen, von welehen wenigstens die eine aus Metall besteht und auf einer Temperatur gehalten wird, bei welcher ein Verschweissen des thermoplastischen Materials stattfindet. Die andere Backe oder Schiene kann aus Metall oder Gummi hergestellt sein, und sie ist im allgemeinen nicht beheizt.

   Derartige Maschinen besitzen ver  schiedene Nachteile.    Es sind komplizierte thermoplastisehe Regelvorrichtungen für die   Schweissschienen erforderlieh,    und die Sehienen müssen mit einer recht erlieblichen Wärmekapazität versehen werden. Dabei ist es schwierig, genügende Schweisstemperaturen bei allen Geschwindigkeiten sicherzustellen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Schweissschienen beim Abheben der Backen von der Schweissstelle gerade so heiss sind wie während des eigentlichen   Sehweiss-    vorganges.

   Infolgedessen loste sich die Schweissstelle oft unmittelbar nach Beendigung des Schweissvorganges, oder aber sie wurde geschwächt und unvollständig, so dass sie nicht im gewünschten Ausmass   flüssig-    keits-und gasdicht sowie widerstandsfähig gegen das Eindringen oder Austreten von Feuchtigkeit war. Es ist auch nötig, die    Schweissschienen schon vorzuheizen, bevor    mit dem Verschliessen von Säeken usw. be  gonnen    werden kann, woduch ein grosser Zeitverlust entsteht. Dies   namentlieh    da, wo nur verhältnismässig kleine Serien von Packungen auf einmal   versehlossen    werden müssen.



   Das erfindungsgemässe Verfahren zum    Verschweissen von thermoplastischen Schich-    ten ist dadurch gekennzeichnet, dass die auf  einandergelegten    zu verschweissenden Schichten zwischen zwei Körpern   zusammenge-    drückt werden, von welchen wenigstens der eine ein elektrischer Heizkörper ist, und dass ein Strom durch diesen geleitet wird, zum Zwecke, ihn auf die Schweisstemperatur zu erhitzen, und dass der Druck auf die Schweissstelle auch nach Absehalten des Stromes aufrechterhalten wird, bis sich die   Schweissstelle    abgekühlt und verfestigt hat.



   Die erfindungsgemässe Machine zur   Durch-    führung des Verfahrens mit einem Paar von   Druekorganen    und Mitteln zur gegenseitigen Verschiebung derselben, zum Zwecke, auf die zwischen ihnen eingeführten thermoplasti  schen    Schichten einen Druck auszuüben, ist dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ober fläche eines der   Druekorgane    ein elektrisches Heizelement angebracht ist und dass   Schalt-    mittel vorgesehen sind, welche in   der Press-      stellung der Druckorgane    so betätigt werden,   da#    sie das Heizelement kurzzeitig mit einer Stromquelle verbinden.



   In der beiliegenden   Zeiclinung sind    zwei beispielsweise Ausführungsformen der erfin  dungsgemassen    Maschine   schematiseh    dargestellt. An Hand derselben wird im folgenden auch das Verfahren selbst beispielsweise er  läutert.    Es zeigt :
Fig. 1 die   Druekorgane    teilweise im Schnitt und das Sehaltungssehema einer ersten Ausführungsform.



   Fig. 2 ist ein Schnitt nacl der Linie 2-2 der Fig. 1.



   Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Paares von zusammengesetzten Folien vor dem   Versehweissen.   



   Fig.   4    ist eine ähnliehe Ansicht derselben Folien nach dem   Sehweissvorgang.   



   Fig. 5 ist ein Aufriss einer weiteren Ansführungsform der   machine,    und
Fig. 6 ist ein Schnitt naeh der Linie   6-6    der Fig. 5.   



   In den Fig. 1 und @ der Zeichnung be-    zeichnet 10 die untere Schweissbacke, die einen ebenen Teil von gleichmässiger Dicke und zwei seitliche Verlängerungen 11 von verminderter Stärke aufweist. Diese Backe besteht zweckmässigerweise aus einem Isoliermaterial, das   wärme-und      druekbeständig    ist, wie z. B. aus Asbest und einem Kunstharz. Es ist auch möglich, diese Backe aus Metall herzustellen, vorausgesetzt, dass ihre wirksame Oberfläehe mit einer dünnen Schicht aus Isoliermaterial bedeckt wird. Auf der obern Oberfläche der Backe 10 ist ein Heizelement   12    angebracht und an der Backe vermittels eines Paares von Schraubenbolzen 13 gesichert.

   Das Heizelement stellt einen schmalen Streifen aus dünnem Material, vorzugsweise mit einem hohen spezifischen Widerstand dar, das nicht leicht oxydierbar ist. Zweekmässigerweise wird eine   Chromniekellegierung    verwendet.



   Die Backe 10 wirkt mit einer Druckschiene   14    zusammen. Diese kann z.   B.    aus natürliehem oder synthetischem Gummi hergestellt sein. Die mechanische Widerstands   fähigkeit der Druekschiene 14 kann durch    eine Metallplatte   15    erhöht werden. Die   Druckschiene      14    kann gegen das Heizelement 1 hin verstellt und gegen dieses gedrückt werden, und zwar vermittels einer Einrichtung, die in der   Zeiehnmy    nur schematisch durch den Träger 16 angedeutet ist. Dieser Träger ist mit der Platte   15    und der Drucksehiene   14    mittels   Sehraubenholzen      17    verbunden.



   Dans Heizelement 12 wird von einer Wechselstromquelle   18    über einen Stufentransfor  mator 19 gespiesen.    Dieser Transformator ist mit einer Hoehspannungs-Primärwicklung   20    mit mehreren   Anzapfungen 21 versehen.   



  Diese sind über einen Wähler 2 mit der einen Seite der Stromquelle verbunden, während das andere Ende der Wicklung über Kontakte 23 eines Gleiehstromrelais mit dem andern Pol der Stromquelle verbunden ist.



  Die   Sekundärwicklung 25 umfasst nur wenige    Windungen aus einem sehr dieken   Kupfer-    draht oder aus einer   Kupferschiene, und ihre    Enden sind mit den Enden des Heizelementes 12 über Bolzen   13    verbunden. Der   Sekundär-    strom ist so stark, dass die Temperatur des Heizelementes   praktiseh    sofort auf die    Schweisstemperatur gebracht werden kann,    welche je nach der Art des verwendeten thermoplastischen Materials   zwisehen    100 bis 200 oder 300  C liegt.



   Die Einrichtung zum kurzzeitigen Ein  sehalten    des Heizelementes   12    besitzt eine L- förmige   Betätigungsstange 26. von welcher    ein Ende in die   Druckschiene      14    eingeführt ist, während ihr anderes Ende clureh den axialen Hohlraum einer Sperrspule 27 hindurchgeht, die auf der Verlängerung 11 der Sehweissbacke 10 sitzt. Der untere Teil dieser Stange besteht aus ferromagnetischem Metall.



  Am Ende der Verschiebung der Druckschiene 14 betätigt die Betätigungsstange 26 den Schalter 28. 



   Der   Sehalter      28    weist einen   Ruhekontakt      33, einen Arbeitskontakt 34    und einen   Won-      taktarm    35 auf. Der Ruhekontakt   33    ist mit der positiven Klemme 30 des Gleichrichters   32    verbunden. Ein variabler Kondensator 36 ist zwischen den   Sontaktarm 3  nnd    die   ne-      gative Klemme    31 des   Gleiehriehters    geschaltet, und die Haltewicklung des Relais   24    ist zwischen den Arbeitskontakt   34    und die negative Klemme des Gleichrichters 32 geschaltet.

   Ein einstellbarer Widerstand 37 ist parallel zu der   Haltewieklung des Beiais ge-      sehaltet.    Die Sperreinriehtung, um die   Schwei#backen während    einer vorbestimmten Zeit während jedes Schweissvorganges in der Arbeitsstellung zu halten, wird durch eine Betätigungsstange 46 betätigt, die aus ähnli  chem Material und    von ähnlichem Aufbau und ähnlieler Funktion ist wie die Stange   26    und die auf der andern Masehinenseite angeordnet ist. Diese Betätigungsstange 46 erstreekt sieh dureh den axialen Hohlraum der zweiten   Sperrspule    47, die auf der andern Verlängerung 11 der Backe 10 sitzt.



  Diese Stange wirkt mit einem Schalter 48 zusammen, der   ähnlieh    verbunden ist wie der Sehalter   28.    Die heiden Sperrspulen 27 und 47 können parallel oder in Serie geschaltet sein.



   Wenn die Sehweissung an einem Paar von Folien vollzogen werden soll, die je aus einer   nichtschmelzenden Unterlage 58 und    einer schmelzenden thermoplastischen Lage 59 (Fig.   1    und 3) bestehen, so werden die Folien zwischen die Druckorgane 10 und   14    so eingeführt, dass ihre schmelzenden Lagen auf  einanderliegen. Hierauf    werden die beiden Druekorgane oder Backen vermittels der Be  tätigungseinrichtung    16   gegeneinander be-    wegt. Dies kann von Hand oder maschinell geschehen. Dadurch wird ein Druek auf die Folien ausgeübt.



   Bei der Abwärtseverstellung der Drucksehiene   14    werden auch die Stangen 26 und 46   verstellt. Am Selialter    28 wird die Ver  hindung des    Kondensators 36 mit der Klemme 30 zwischen dem Ruhekontakt 33 und dem   Kontaktarm    35   unterl) rochen, und      unmittelbar lzierauf    wird der aufgeladene Kondensator mit der   Haltewicklung    des Relais 24 über den   Kontaktarm      35    verbunden,   derdenArbeltskontakt34schliesst.    Der   Won-    densator beginnt sich iiber das Relais zu entladen, und das erregte Relais schliesst seine Kontakte 23, wodurch der Primärstromkreis des Transformators 19 geschlossen wird.

   Der Sekundärstrom erhitzt das Heizelement   prak-    tisch sofort auf die Sehweisstemperatur. Da sich das heisse Heizelement in enger Berührung mit den thermoplastischen Folien befindet, werden diese raseh auf die Schweisstemperatur gebracht. In Verbindung mit dem dabei zur Anwendung gelangenden Druck wird auf diese Weise eine absolut dichte   Schweissnaht    60   (Fig.    4) erzeugt.



   Die Ladung des Kondensators 36 wird in der   Haltewicklung    des Relais 24 rasch auf  gezehrt.    Nach einer vorbestimmten kurzen Zeit wird daher die Erregung des Relais    automatiseh unterbroehen und dadureh der    I'rimärstromkreis des   Transformators ge-    öffnet. Da die Wärmekapazität, des Heizelementes 12 sehr gering ist,   full.    t teine Temperatur rasch unter die   Schweisstemperatur,    wodurch sich die Schweissstelle abkühlen und verfestigen kann.



   Die Menge der pro Zeiteinheit   zugeführ-    ten Energie kann geändert werden duch Wahl einer andern Anzapfung 21 des Transformators 19 mittels des   Wählers      22,    während die auf eine   Schweissung entfallende    Arbeitszeit durch Anpassung der   Wapazität    des Kondensators 36 bestimmt werden kann.



  Diese Zeit kann kontinuierlieh oder stufenweise auch durch Verstellung des Widerstandes 37 geändert werden. Es können natiirlich auch andere Zeitverzogerungseinrichtungen verwendet werden.



   Das Heizelement kann auch ein Streifen mit   Längs- oder Querwellen sein,    wobei diesen Wellen solche des Trägers aus Isoliermaterial und der Druckschiene entsprechen. Die wirk  same Oberfläche    des Heizelementes kann mit einem dünnen Überzug aus Isoliermaterial versehen sein, z.   B.    einen wärmebeständigen   Laek oder    eine durch anodische Behandlung   aufgebrachte dünne Oxydsehicht.    Die   Anbrin-    gung einer derartigen   Isolationssehicht    ist jedoch keineswegs absolut erforderlich, und die Erfahrung hat gezeigt, dass eine dünne Aluminiumfolie, die auf dem Heizelement aufliegt, nur eine sehr geringe Menge des sehr starken Stromes, der duch das Heizelement fliesst, ableitet.



   In vielen Fällen und   nalnentlieh weml    sich die einzelnen   Schweissvorgänge    rasch aufeinander folgen, ist es zweckmässig, eine wirksame Kühlung des Heizelementes und der   Druckglieder    oder Backen herbeizuführen, um eine allmähliehe Erwärmung dieser Teile zu verhindern. Diese Kühlung kann z. B. dadurch herbeigeführt werden, dass ein kontinuierlicher Kühlluftstrom gegen die zu kühlenden Teile gerichtet wird. Eine wirksamere Kühlung wird dadurch erreicht, dass ein kontinuierlicher Strom eines Kühlmittels,   z.    B. Wasser, durch Leitungen in den   Druckgliedern    geführt wird.

   In diesem Falle bestehen die Druckglieder   zweekmässigerweise    aus Metall, und sie sind dann auf ihren Arbeitsfläehen mit einer dünnen Schicht von Isolationsmaterial bedeckt.



   Bei einer Abwärtsbewegung der Druck  sehiene    40 zwecks Ausführung einer   Sehwei-      ssung drüekt aueh    die Betätigungsstange 46 der Sperreinrichtung den Kontaktarm 55 nieder. Dadurch wird der   Arbeitskontakt 54    geschlossen und der aufgeladene Kondensator mit der Wicklung des Relais 44 verbunden.



  Der Kondensator entladet sich über die Re  laiswicklung,    so dass das Relais erregt wird und seine Kontakte 43 schliesst. Dies bewirkt seinerseits die Schliessung des Kreises der Sperrspulen 27 und   47,    welche nach erfolgter Erregung die untern Teile 26a und 46 der Betätigungsstangen   26 und 46 anziehen.    Dadurch wird die Trennung der   Druekschiene    von der Backe 10 und dem Heizelement 12 verhindert, wodurch der Druck auf die dazwisehen befindlichen thermoplastischen Folien aufrechterhalten wird. Nach einer vorbestimmten Zeit wird sich hierauf der Kondensator durch die Relaiswicklung entladen, und die Erregung der   Sperrspulen    wird unterbrochen. Dadureh wird die Druck  sehiene    durch Öffnen der Relaiskontakte 43 freigegeben.



   Die Zeit, während welcher die Druckschiene verriegelt oder gesperrt ist, muss länger sein als der Zeitabschnitt, während welchem das Heizelement   12-Linter    Strom steht, um den Druck auf die Fol. ien noch etwas nach dem Sehweissvorgang   aufrechtzu-    erhalten, wodurch den versehweissten Abschnitten Gelegenheit geboten wird, sich ge  nügend    abzukühlen.



   Bei der in den Fig. 5 und 6 dargestellte geänderten   Ansführungsform    des Erfin  dungsgegenstandes    wird von beiden Seiten her ein Druck auf die thermoplastischen Blätter ausgeübt und denselben Wärme zugeführt. Die obere Schweissbacke 71 besteht aus Isoliermaterial und ist an einem hin und her bewegbaren   Träger 72    vermittels   Schrau-    benbolzen   73    befestigt. Ein das Heizelement bildender Widerstand 74 ist an der Unterseite vermittels   Sehraubenbolzen    75 befestigt.



  Die untere SchweiBbacke 76 ist ähnlich ausgebildet wie die obere, und auch sie besitzt ein älmliehes Heizelement 77, das mittels Bolzen 78'befestigt ist. Die beiden Heizelemente   74    und 77 werden durch zwei getrennte Sekundärwieklungen 78 und 79 des gemeinsamen Transformators 80 gespiesen, und sie sind durch dicke Leiter 81 bzw. 82 mit demselben verbunden. Von diesen Lei  tungen    81,   82    ist wenigstens der Leiter 81 biegsam, um eine Relativbewegung der Sehweissbacke 71 in bezug auf die andere Schweissbacke zu ermöglichen. Die beiden Sekundärwieklungen werden gleichzeitig durch eine gemeinsame Primärwicklung 83 erregt, die an eine   Weehselstromquelle 84 angeschlos-    sen ist.

   In manehen Fällen ist es wünsehenswert, auf einem der beiden Heizelemente eine dünne isolierende und wärmebeständige Schicht 85 aufzubringen, um eine direkte elektrische Berührung des Heizelementes mit einem zwischen den   Schweissbacken befind-    lichen Leiter, z. B. einer mit thermoplasti sehem   Ilaterial    kasehierten Aluminiumfolie zu verhüten oder auch um eine direkte elektrische Berührung mit der andern Sehweissbacke bzw. deren Heizelement zu verhindern.



  Diese isolierende Schicht kann durch eine   Oxydschielit    oder durch eine andere dünne, stark haftende Schicht von verminderter Leitfähigkeit gebildet werden. Die beiden   Ileizeleiiieiite    sind mit einem   Zeitverzöge-    rungs- und Sperrapparat, z. B. naeh Art der in den fig.   I    und 2 dargestellten   Einriehtun-    g   @en, versehen.      



   Mittels der beschriebenen Sehweissmaschine    und des Verfahrens ist es möglich, thermoplastische Folien zu   verschwei#en,    deren Ver  schwei#ung mit    den bisher bekannten Anlagen   nient    möglich war. Beispiele für solche    bisher nicht miteinander versehweissbare Fo-    lien sind   Folien aus Polyäthylen und Viny-      Hdenchiorid.   



   In der   Verpaekungsindustrie    werden immer mehr die billigeren thermoplastischen   Fihne verwendet,    die nieht mit nichtsehmelzendem Material, wie   z.    B. Papier, kaschiert sind. Thermoplastische Folien, die nicht   ka-      schiert    sind, konnten jedoch nur mit grossen Schwierigkeiten verschweisst werden, da sie an den iiblichen   Schwei#backen klebenblieben.   



  Erstaunlicherweise zeigte sich beim   Anwen-    den des   besehriebenen    Verfahrens und der Maschine, dass dieses Anhaften an den   Sehweissbacken      volHg fehlt.    Die Gründe hierfür sind nieht restlos bekannt, aber sie dürften wahrscheinlich im Zusammenhang mit den rasehen Temperatursehwankungen des Heizelementes während jedes Sehweissvorg stehen.



   Anstatt   die Zeitverzogerungen durch    mechanische Relais zu regeln, können   zum glei-       chen oder zu ähnlichen Zwecken Entladungs-    einrichtungen vorgesehen sein, die periodisch durch die Zeitkonstante des Kondensator  Widemtandskreises    bestimmt werden. Beispiele von solchen   Entladungseinrichtungen    sind Glimmentladungsrohren, Vakuumröhren, Thyratrons,   Relaisröhren,      Glühkathoden-    röhren usw.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zum Versehweissen von thermoplastischen Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinandergelegten zu verschweissenden Schichten zwischen zwei Körpern zusammengedrüekt werden, von welchen wenigstens der eine ein elektrischer Heizkörper ist, und dass ein Strom durch diesen geleitet wird, zum Zweeke, ihn auf die Sehweisstemperatur zu erhitzen, und dass der Druek auf die Schweissstelle auch nach Abschalten des Stromes aufreehterhalten wird, bis sich die Sehweissstelle abgekühlt und ver festigt hat.

   II. Machine zur Durchführung des Verfahrens naeh Patentanspruch I mit einem Paar von Druckorganen und Mitteln zur ge genseitigen Verschiebung derselben, zum Zweeke, auf die zwischen ihnen eingeführten thermoplastischen Schichten einen Druck aus zuüben, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche eines der Druekorgane ein elektrisehes Heizelement angebracht ist und dass Schaltmittel vorgesehen sind, welche in der Pressstellung der Druckorgane so betätigt werden, dass sie das Heizelement kurzzeitig mit einer Stromquelle verbinden.

   UNTERANSPRÜCHE : 1. Machine nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch Verriegelungsmittel für die Druckorgane, welche derart mit den Schaltmitteln abgestimmt sind, dass die Druckeinwirkung auf die zwischen den I) ruekorganen eingespannten thermoplastischen Schichten länger dauert als die Heizwirkung des Heizelementes.

   2. Alasehine naeh Patentansprueh IT, da- durch gekennzeiehnet, dass die Druckorgane von länglicher Form sind.

   3. Machine naeh Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckflächen der D5ruckorgane elektrisch nicht leitend sind.

   4. Machine naell Patentanspruch II, dadurch gekennzeiehnet, dass das Heizelement die Form eines metallischen Bandes hat.

   5. Machine nach Patentansprueh II, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Arbeits fläehe eines jeden Druekorganes ein Heizelement vorgesehen ist.

   6. Maschine nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammen- wirkenden Oberfläehen der Druckorgane gewellt sind, dass die Wellen ineinanderpassen und dass das Heizelement auf der Oberflache des einen Druekorganes in gleicher Weise gewellt ist.

   7. Machine nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche des Heizelementes mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist.

   8. Maschine nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine einstellbare Zeitver zogerungseinrichtung für das Aussehalten des Heizelementes.

   9. Maschine nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um den durch das Heizelement fliessenden Strom regeln zu können.

   10. Masehine nach Patentansprueh II, dadurch gekennzeiehnet, dass ein Stufentrans- formator vorgesehen ist, dessen Sekundär- wicklung mit den Enden des Heizelementes verbunden ist und dessen Primärwicklung mit einem Sehalter zum Verbinden der Primärwieklung mit einer Weehselstromquelle versehen ist.

   11. Maschine naeh Patentanspruch II, ge kennzeiehnet durch Kühlmittel für das Heizelement und die Druekorgane.

   12. Maschine nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, da# zur Kühlung ein kontinuierlieher Luftstrom gegen die zu kühlenden Teile geleitet wird.

   13. Machine naeh Unteransprueh 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmittel kontinuierlich durch Ausnehmungen der Druekorgane geleitet wird.