CH404178A - Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen von Kunststoff-Folien - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zum Schweissen von Kunststoff-Folien
Folien, deren Oberfläche aus thermoplastischem Kunststoff besteht, lassen sich durch Verschweissen ihrer Oberflächen miteinander verbinden. Es ist manchmal üblich, diese Art des Verbindens von Folien nur bei solchen Folien als Verschweissen zu bezeichnen, die ganz aus dem thermoplastischen Kunststoff bestehen, und bei Folien, die aus einer Schicht aus nicht verschweissbarem Material und aus einer oder zwei Aussenschichten aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, diese Verbindungsart als Heisssiegeln der Folien zu bezeichnen. Im vorliegenden soll jedoch unter dem Verschweissen von Folien das Verbinden von Folien mit verschweissbarer Oberfläche verstanden werden, gleichgültig, ob sie ganz oder nur oberflächlich aus thermoplastischem Kunststoff bestehen.



   Bei der Herstellung von Verpackungen aus Folien mit verschweissbarer thermoplastischer Oberfläche stellt man die gewünschten Verbindungen zwischen den Folienteilen in vielen Fällen dadurch her, dass sie zwischen zwei auf geeignet hohe Temperatur erwärmten Schweiss elementen oder einem erwärmten Schweisselement und einem Gegenlager   zusammen-    gepresst werden, bis die Schweissverbindung hergestellt ist. Als Gegenlager dient dabei mitunter der in die Folie eingepackte Gegenstand. Es ist beim Verschweissen von Folien mittels Schweiss elementen oft schwierig, die   durch    einen Schweissvorgang hergestellten Verbindungen so herzustellen, dass sie an allen Stellen von zufriedenstellender Güte sind.

   Diese Schwierigkeit kann auftreten, wenn das Gegenlager ungleichmässig geformt ist oder dem Schweiss element beim Ausüben des Schweissdrucks einen ungleichmässigen Widerstand entgegensetzt und daher der zwischen dem Schweisselement und dem Gegenlager auf die Folien ausgeübte Druck nicht an allen Stellen von gleicher Stärke ist. Ungleichmässige Festigkeit der Schweissverbindungen ergibt sich häufig ferner dann, wenn mit dem Schweissvorgang eine verschieden grosse Anzahl von Lagen der Folien untereinander verbunden werden sollen. Letzteres   ist heispieisweise    der   Fall,    wenn der Boden eines Kreuzbodenbeutels oder der eines   Klotzbodenbautels    nach der entsprechenden Faltung des Folienzuschnitts zusammengeschweisst wenden soll.



   Wie nun, gefunden wurde, vermeidet man die vorstehend geschilderten Nachteile mit grossem Vorteil, indem man die zu   erzeugende    Schweissfläche aus einer Vielzahl von Einzelschweissflächen zusammen   setzt. Das Verfahren zum m Verschweissen von Kunst-    stoff-Folien in einer Schweissfläche   durch    Zusammenpressen zwischen einem über die Schweisstemperatur erhitzten Schweisselement und   leiner      Gegerfläche    ist daher erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man eine aus Einzelschweissflächen zusammengesetzte Schweissfläche erzeugt und dabei die Einzelschweissflächen mit voneinander mindestens zum Teil unabhängigem Druck zwischen einem Schweiss element einer Gegenfläche   zusa,

   mmengepresst.    Die Unabhän  gigkeit der    Grösse der Schweiss drücke an den Einzelschweissflächen   erreicht    man am einfachsten dadurch, dass die Einzelelemente federnd gelagert   sind.   



   Bei dem Verfahren werden ausserdem die Einzelschweissflächen vielfach zweckmässigerweise zu verschiedenen Zeiten hergestellt. Eine solche Arbeitsweise ist empfehlenswert, wenn es sich um ein   Folien    material handelt, das dazu neigt, an dem Schweisswerkzeug kleben zu bleiben. Man kann dann durch die zeitlich abwechselnde Einwirkung, benachbarter Einzelelemente dem Ankleben entgegenwirken. Die zeitlich verschiedene Ausübung des Schweissdrucks ist ferner von Vorteil, wenn es sich bei den zu  verschweissenden Folien um solche handelt, die direkt nach Aufheben   indes    Schweissdrucks nur geringe Kohäsionskräfte entwickeln, so Idass es leicht zu einem Aufreissen der eben hergestellten Schweissverbindung kommt, solange die Schweissstelle noch nicht erstarrt ist.

   Das Nacheinander von zusammengepressten Einzelschweissflächen und nicht   Imehr    unter Schweissdruck stehenden Einzelschweissflächen verhindert das Auftreten dieses Nachteils. Obwohl bei dem Verfahren vorzugsweise eine grosse Anzahl von Einzelschweissflächen das zusammengesetzte Schweissmuster erzeugen sollen, treten die mit ihm erzielbaren Vorteile auch auf, wenn nur wenige Einzelschweissflächen die zusammengesetzte Schweissfläche erzeugen. Die Vorteile, die bei dem Verfahren gemäss der Erfindung erzielbar sind, wenn die Einzelschweissflächen nacheinander erzeugt werden, erhält man, wenn mit mindestens einem der Einzelelemente die entsprechende Einzelschweissfläche zu einem anderen Zeitpunkt erzeugt wird als andere Einzelschweissflächen mit anderen Einzelelementen.

   Die Einzelelemente können dabei zu zwei oder mehr verschiedenen Zeitpunkten die Einzelschweissflächen erzeugen.



   Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erzeugt man eine Schweissfläche, bei der die Einzelschweissflächen abstandlos oder im wesentlichen abstandslos nebeneinanderliegen.



   Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Schweissfläche erzeugt, bei der sich zwischen den Einzelschweissflächen nicht verschweisste Zwischenräume befinden. In vielen Fällen bedeutet dies keinen Nachteil. Will man jedoch eine völlig verschweisste Fläche bei dieser Verfahrensweise erhalten, erzeugt man zwei oder mehr aus Einzelschweissflächen zusammengesetzte Schweissflächen übereinander.   Man    kann   dabei    die Flächen mit zwei oder mehr verschiedenen Schweiss elementen erzeugen, und es ist ohne besondere Schwierigkeiten möglich, die diskontinuierlichen Schweissflächen so übereinander anzubringen, dass insgesamt eine kontinuierliche Schweissfläche entsteht.

   Man kann bei dem Verfahren eine kontinuierliche Schweissfläche auch mit einem Schweisselement erzeugen, indem man zwischen der Erzeugung zweier Schweissflächen die Folie relativ zum Schweisselement verlagert. Auch in diesem Fall ist es nicht schwierig, die Anordnung der Einzelelemente zum Schweisselement so zu treffen und die Verschiebung der zu verschweissenden Folien so vorzunehmen, dass man mit einer weiteren erzeugten Schweissfläche die bei der zuerst erzeugten Schweissfläche unverschweisst gebliebenen Zwischenräume zwischen den Einzelschweissflächen verschweisst.



   Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Schweissvorrichtung für Kunststoff-Folien mit einem oder mehr Schweisselementen, mit welcher das vorstehend beschriebene Verfahren gemäss der Erfindung durchgeführt werden kann. Die Schweissvorrichtung weist mindestens ein aus einer Vielzahl von Einzelelementen bestehendes Schweiss element auf, bei dem die Einzelelemente senkrecht zur Schweissfläche einzeln oder in Gruppen beweglich sind. Diese Schweissvorrichtung kann in vielfacher Weise ausgeführt wer  den.    Dies wird im folgenden an einigen Beispielen näher erläutert, wobei auf die beigegebenen Fig. 1   bis    7 Bezug genommen wird.



   Fig. 1 zeigt eine Anordnung der Einzelelemente.



  In Fig. 2 ist eine Art der Beweglichkeit der Einzelelemente schematisch erläutert. Fig. 3 zeigt eine Aus  führungsform    eines Einzelelementes. In Fig. 4 ist ein Schweisselement und in Fig. 5 ein Teil davon in einem Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 4 dargestellt. Fig. 6 erläutert in schematischer Weise eine bewegliche Anordnung eines Schweisselementes, und Fig. 7 erläutert in   schematischer    Weise das Vorbeiführen eines zu verschweissenden Objektes an einem Schweiss element.



   Die beweglichen Einzelelemente 1 können abstandslos voneinander angeordnet sein. Ihre Gleitfähigkeit aneinander wird dann erforderlichenfalls durch Verwendung eines Gleitmittels, beispielsweise von Graphit oder Molybdänsulfid, verbessert. Sie sind aber vielfach mit Abstand voneinander angeordnet. Die beweglichen Einzelelemente 1 befinden sich beispielsweise in einem Elementenblock 2, in   dem    elektrische Heizungen 3 untergebracht sind, durch die er erwärmt werden kann, um Wärme an die Einzelelemente zu übertragen. Die Einzelelemente 1 sind vorzugsweise in Reihen   angeordnet.    Die Rei  hen sind d am Ibesten gegeneinander so versetzt, dass    die Einzelelemente einer Reihe sich neben den zwischen den   Einzelementenxder    nächsten Reihe vorhandenen Zwischenräumen befinden.

   Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung von Einzelelementen eines Schweiss elementes in versetzten Reihen.



   Um die Einzelelemente 1 beim Schweissvorgang in einem vorgegebenen Rhythmus senkrecht zur Schweissebene hin und her zu bewegen, können Steuerorgane vorgesehen sein, durch welche eine solche Hin- und Herbewegung bewirkt wird.



   Dies wird weiter unten noch näher beschrieben.



  Es ist meist zweckmässig, die Hin- und Herbewegung   der    Einzelelemente so zu steuern, dass ein Einzelelement oder eine Reihe von Einzelelementen den Schweissdruck, ausübt, während das benachbarte Einzelelemente oder die benachbarte Reihe von Einzelelementen keinen Schweissdruck ausübt, und umgekehrt. Durch solchen abwechselnden Bewegungsrhythmus wird erreicht, dass bei dem zu verschwei ssenden Gebilde Zonen fliessbaren Folienmaterials mit Zonen verfestigten Folienmaterials während des Schweissvorgangs nebeneinander vorhanden sind und dadurch der Zusammenhalt und die Formbeständigkeit der zu verschweissenden   Folienftächen    gewährleistet bleibt. Fig. 2 erläutert schematisch einen solchen abwechselnden Bewegungsrhythmus der Einzelelemente.

   Während das in der mittleren Reihe befindliche Einzelelement   lb    innerhalb des Elementenblocks 2 abwärts bewegt wird, um den Schweiss  druck auszuüben, befinden sich die Einzelelemente la und lc der beiden benachbarten Reihen in der nach oben gerichteten Bewegung, um sich von der zu verschweissenden Folienfläche zu entfernen. Eine kurze Zeit später kehren sich die Bewegungsrichtungen um, und die Einzelelemente la und   lc    werden nach unten bewegt, während das Einzelelement   lb    nach oben bewegt wird.



   Die Einzelelemente 1 sind vorzugsweise elastisch in dem Elementenblock gelagert, damit der von ihnen ausgeübte Schweissdruck ein gewisses Mass nicht überschreiten kann. Die elastische .Lagerung wird beispielsweise durch eine Feder 4 bewirkt, welche beim   Überschreiten    des gewünschten Höchstwertes des Schweissdrucks   zusammengedrückt    wird und so den Überschuss des Druckes, welchen   d'as    Steuerorgan auf das Einzelelement 1 ausübt, abfängt. In Fig. 3 befindet sich in dem Einzelelement 1 eine abgesetzte Bohrung 5a, Sb, in die das Steuerelement, beispielsweise ein Stössel 8, eingeführt ist.

   Der Stössel 8 ist in der Bohrung 5a,   5b    beweglich und dient dazu, das Einzelelement niederzudrücken, so dass es aus dem Elementenblock 2 ein Stück herausragt, wenn der   Schweissdrucklausgeübt    werden soll. Eine zweite Feder 6 dient zum Zurückholen des Einzelelementes 1 in den Elementenblock, wenn das Steuerorgan zur Aufhebung des Schweissdrucks nach oben bewegt wird.



      Die elastische Lagerung ; der Einzelelemente 1    in dem Elementenblock 2 ist auch bei solchen Schweissvorrichtungen von Vorteil, bei denen zur Ausübung des Schweissdrucks der Elementenblock gegen das zu verschweissende Objekt bewegt wird und dadurch alle in ihm untergebrachten Einzelelemente zu gleicher Zeit zur Ausübung des Schweissdrucks gebracht werden und keine Steuerorgane für die Bewegung der Einzelelemente in dem Elementenblock vorhanden sind.



   Ein weiterer Vorteil kann sich ergeben, wenn die Einzelelemente verschieden stark beheizt werden, so dass neben Elementen, die auf eine zur Herbeiführung der Verschweissung ausreichende Temperatur erhitzt sind, sich solche befinden, die nicht hoch genug er  hitzt;sind,    um eine Verschweissung herbeizuführen.



  Eine solche unterschiedliche Beheizung der Einzelelemente kann beispielsweise durch eine oder mehrere der im folgenden genannten Massnahmen herbeigeführt werden. Die Heizelemente 3 können sich in einem verschieden grossen Abstand von den Einzelelementen befinden, so dass die näher an den Heizelementen gelegenen stärker erhitzt werden als die entfernter davon angeordneten. Die Einzelelemente können aus Materialien verschiedener Wärmeleitfähigkeit bestehen, wobei dann die mit der besseren Wärmeleitfähigkeit mehr Wärme zugeführt bekom  men    und damit eine höhere Temperatur erhalten als die aus dem schlechter leitfähigen Material. Die Heizelemente können in   Bohrungen    des Elementenblocks untergebracht sein, die mit Mänteln aus Materialien verschiedener Leitfähigkeit ausgekleidet sind.



   Beim Verschweissen von Folien, die dazu neigen, beim Schweissen an den Einzelelementen kleben zu bleiben, können diese in an sich bekannter Weise mit einem Belag 7 versehen sein, der das Ankleben der Einzelelemente an den Folien verhindert. Der Belag kann beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen oder aufgedampftem Siliciumoxyd oder einem Sintermetall bestehen. Der Belag kann beispielsweise als Formkörper mittels eines Zapfens 16 in das Einzelelement eingepresst sein.



   Mit den laus im   Abstand    voneinander angeordneten Einzelelementen bestehenden   Sehweisselemen-    ten erhält man zunächst ein aus   unzusammenhän-    genden Einzelschweissflächen bestehendes Schweissmuster. Wie schon erwähnt, kann eine grössere zusammenhängende Schweissfläche mit den Schweisselementen erzielt werden, wenn man das zu verschweissende Objekt und das Schweisselement relativ zueinander in der Richtung der Schweissebene bewegt und dabei mehrmals den Schweissdruck ausübt.



  Solche Relativbewegung erhält man beispielsweise dadurch, dass man den Elementenblock 2 parallel zur Schweissebene in Schwingungen versetzt. Nach Fig. 6 kann dies durch Kurbelscheiben 20 verwirklicht werden, die beim Drehen vermittels der Kurbelgestänge 21 dem Elementenblock 2 die schwingende Bewegung erteilen.

   Ein anderer Weg zur Herstellung grosser zusammenhängender Schweissflächen mit den aus vielen Einzelelementen bestehenden Schweisselementen erfolgt nach der in   Fig. 7    dargestellten Weise dadurch, dass man das zu verschweissende Objekt, hier die   Klotzbodenfaltung    eines Beutels, in der Schweissebene an dem Schweiss element vorbeiführt, während dies mehrmals den Schweissdruck ausübt.   Das    Vorbeiführen des Objektes an dem Schweisselement erfolgt zweckmässigerweise schräg zu der reihenweisen Anordnung der Einzelelemente 1.



   Eine gesteuerte   Hin- und      Henbewegung    der Einzelelemente erzielt man beispielsweise durch eine in den Fig. 4 und 5 dargestellte Anordnung. In dem mit Heizungen 3 versehenen Elementenblock 2 sind Bohrungen   ±ür    sechs Reihen von Einzelelementen    vorgesehen, von ! denen je drei eine Gruppe bilden,    die durch je eine Welle 9 vermittels ihres als Nockenwelle 10 ausgebildeten Teils gesteuert wird.



  Jede Gruppe besteht aus zwei äusseren Reihen von je sechs Einzelelementen la und   lc    und einer inneren Reihe aus fünf Einzelelementen   tb.    In die Einzelelemente sind Stössel 8 eingelassen, durch welche die gesteuerte Bewegung auf die Einzelelemente übertragen wird. Die Stössel 8 der mittleren Reihe werden direkt durch die Nockenwelle 10 hinuntergedrückt, bei den Stösseln 8 der beiden äusseren Reihen wird die Steuerung der Bewegung durch die Nockenwelle 10 vermittels der Kniehebel 11 auf die Stössel 8 übertragen. Die Aufwärtsbewegung der Stössel erfolgt, wie oben schon erwähnt, durch die Wirkung der   Rückholfeder    6.

   Beim Drehen der Nockenwelle 10   beispielsweise    im Uhrzeigersinn bei Fig. 5 - werden die Einzelelemente nacheinander heruntergedrückt,  beispielsweise zunächst die Einzelelemente   lb,    danach die Einzelelemente la und zuletzt die Einzelelemente   lc.    Die Bewegung der   Einzeielement-Reihen    ist also zeitlich phasenverschaben. Durch Versetzen der Nocken auf der Nockenwelle 10 kann innerhalb einer Einzelelement-Reihe zusätzlich noch jeweils jedes Einzelelement im Vergleich zu anderen zeitlich phasenverschoben bewegt werden. Bei Aufwärtsbewegung eines   Einzelelementes    können auf die vorbeschriebene Weise benachbarte Einzelemente eine Abwärtsbewegung ausführen.

   Letztere üben dadurch eine niederhaltende Funktion aus, wodurch ein Haften der zu verschweissenden Folie an dem Einzelelement besonders wirksam verhindert werden kann.



  Diese Wirkunsweise ist auch bei der Verschweissung von mehreren Folienlagen vorteilhaft, da gleichzeitig über die Feder 4 (Fig. 3) ein genau dosierter Schweissdruck aufgebracht werden kann.



   Die Wellen 9 sind in Kugellagern 12 und 13 und in dem Gleitlager 19 gelagert. Ihr Antrieb erfolgt mittels der Riemenscheibe 14 durch einen nicht dargestellten Motor, wobei die Drehbewegung von der einen Welle 9 auf die andere Welle 9 durch das Zahnrad 15 synchron   übertragen    wird. Die Stössel 8 sind im Einzelelement 1 geführt. Die Lager 12, 13 und 19 sind auf einer Montageplatte 17 befestigt, und diese ist mit dem Elementenblock 2 vermittels der Schrauben 18 oder ähnlicher Befestigungsmittel verbunden.



   Die im vorstehenden beschriebenen Schweissvorrichtungen lassen sich bei sinngemässer   Änderung    ihrer Formen auch bei solchen Vorrichtungen anwenden, bei denen das zu verschweissende Objekt von einem rotierenden Objekthalter in einer Kreisbahn oder in einem Teil einer Kreisbahn durch die Vorrichtung geführt und dabei die Verschweissung vollbracht wird. Bei grossem Krümmungsradius der Kreisbahn können die Einzelelemente in einer ungekrümmten Schweissebene angeordnet und senkrecht zu dieser beweglich sein, da es ihre Beweglichkeit gestattet, sich der Krümmung der Bewegungsbahn des Objektes in gewissen Grenzen anzupassen. Es ist jedoch vielfach besser und bei kleinem Krümmungsradius der Bahn, in der das Objekt bewegt wird, zweckmässig, die Einzelelemente in dem Elementenblock 2 radial zu der Krümmung der Transportbahn anzuordnen.

   Der Elementenblock 2 kann dabei ebenfalls von gekrümmter Gestalt sein.



   Als Einzelelemente können ferner radial auf ihrer Drehachse federnd gelagerte Scheiben dienen, welche mit oder ohne Abstand voneinander ein drehbares walzenförmiges Schweiss element bilden. Verwendbar ist auch ein zu einer zylindrischen Spirale aufgewundener und als drehbarer Zylinder montierter Heizdraht aus federndem Material oder z. B. eine Spirale aus starkem Draht, die zum grössten Teil in einem geheizten Gehäuse sitzt und dadurch erwärmt wird, wobei die Spirale auch noch angetrieben sein und dabei gleichzeitig, als Transportelement dienen kann.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Verschweissen von Kunststoff Folien in einer Schweissfläche durch Zusammenpressen zwischen einem über die Schweisstemperatur erhitzten Schweisselement und einer Gegenfläche, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aus Einzelschweissflächen zusammengesetzte Schweissfläche erzeugt und dabei die Einzelschweissflächen mit voneinander mindestens teilweise unabhängigem Druck zusammenpresst.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man mindestens eine der Einzelschweissflächen zu einem anderen Zeitpunkt erzeugt als andere Einzelschweissflächen.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man zwei oder mehr aus Einzelschweissflächen zusammengesetzte Schweissflächen übereinander erzeugt.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Schweissflächen mit dem gleichen Schweiss element erzeugt und zwischen der Erzeugung zweier Schweissflächen der Folien relativ zum Schweisselement verlagert.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Schweisselement aus einer Vielzahl von senkrecht zur Schweissfläche einzeln oder in Gruppen beweglichen Einzelelementen (1) besteht.

   UNTERANSPRüCHE 4. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (1) in gegebenenfalls gegeneinander versetzten Reihen angeordnet sind.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (1) federnd gelagert sind.

   6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch Steuerorgane (8 bis 11), durch welche die Bewegung der Einzelelemente (1) oder einiger der Einzelelemente gesteuert wird.

   7. Vorrichtung nach Unter anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerorgane (8 bis 11) die Bewegung der Einzelelemente (1) in gruppenweise phasenverschobener Aufeinanderfolge bewirken.

   8. Vorrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch eine schräg zu den Reihen der Einzelelemente an dem Schweiss element vorbeiführende Transportvorrichtung für das zu verschweissende Ob jekt.

   9. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportbahn eine gekrümmte Bahn ist.

   10. Vorrichtung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (1) radial zu der gekrümmten Transportbahn angeordnet sind.

   11. Vorrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweisselement in einer parallel zu der Schweissebene liegenden Ebene Schwingungen ausführen kann.

   12. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Einzelelemente (1) durch eine Nockenwelle (9, 10) gesteuert wird.

   13. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschweisselemente die Windung einer Feder darstellen.

   14. Vorrichtung nach Unteranspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erhitzte Feder drehbar gelagert und angetrieben ist.