Verfahren zum überlappenden Zusammenschweissen von Aluminiumfolien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überlap penden Zusammenschweissen des Endes und des An fanges von Aluminiumfolien einer ersten Bahn sowie des Endes und ,des Anfangs von Aluminiumfolien einer zweiten, mit der ersten Bahn zusammen aufgewickelten Bahn von Aluminiumfolien, wobei die zusammenliegen den Bahnen voneinander getrennt und die genannten Teile durch Ultraschallschweissung miteinander ver bunden werden.
Bei der Herstellung von Aluminiumfolien ist es all gemein üblich, zwei übereinanderliegende Folienbahnen zugleich durch das Walzwerk zu führen und die beiden Bahnen nachdem Walzen der Folie auf die gewünschte Stärke zusammen zu einer Rolle aufzuwickeln. Eine auf diese Weise hergestellte Folie wird als packgewalzte Folie bezeichnet. Die beiden Bahnen werden üblicher weise später von einander getrennt, z. B. beim nachfol genden Zuschneiden oder beim Beschneiden der Kan ten.
Der Wickel der packgewalzten Folie wird beispiels weise aufgewickelt, zwischen zwei rotierenden Messern an .den Kanten beschnitten und auf :die gewünschte Breite oder Breiten zugeschnitten, welche Zuschnitte der beiden Folienbahnen .dann von einander getrennt und zu zwei oder mehr gesonderten Rollen aufgewickelt wer den. Während des Walzens und sogar beim Abwickeln können eine oder mehrere Bahnen zerreissen, welche Gefahr besonders bei .den dünneren Folien besteht. Eine packgewalzte Folienrolle kann daher Bahnen von unter brochenen Längen aufweisen, sofern nicht dafür gesorgt wird, die Bahnen an den gerissenen Stellen miteinander zu verbinden. Auch .dann wird zuweilen eine Folienrolle in kürzeren Längen hergestellt, als der Verbraucher be nötigt.
In jedem Falle ist es erwünscht oder notwendig, Rollen in langen ununterbrochenen Längen zu liefern, was im allgemeinen nur durchführbar ist, wenn ein be friedigendes Verfahren zur Verfügung steht, die Enden der Folie im Zeitpunkt der Herstellung als packgewalzte Folie miteinander zu verbinden, so :dass zugleich zwei ununterbrochen verlaufende Bohnen erhalten wenden, die, wenn gewünscht, mühelos voneinander getrennt werden können.
Nach. den bisher bekannten Verfahren zum Verbin den von Aluminiumfolien miteinander werden die Enden durch ein Klebeband :oder durch Ultraschall schweissung miteinander verbunden. Erfolgt das Ver binden mittels Klebeband, so kann die Temperatur, die bei einer späteren Wärmebehandlung .der Folie zur An wendung gelangt, dazu führen, dass das Klebemittel her ausquillt oder auch sonst die- Stärke der Verbindung nachteilig beeinflusst. Ausserdem erzeugt das Klebeband in ,der Bahn eine unerwünschte Ausbauchung und kann bei der späteren Bearbeitung hinderlich sein.
Das Verschweissen von Aluminiumfolien durch Ultraschall weist keine der mit der Verwendung von Klebeband verbundenen Nachteile auf. Das Zusammen schweissen von Metallen durch Ultraschall ist im wesentlichen ein im festen Zustand erfolgender metal lurgischer Verbindungsvorgang, der im allgemeinen bei der Umgebungstemperatur und ohne Hilfe von Lot oder Flussmitteln durchgeführt wird.
Die miteinander zu vereinigenden Metallteile werden zwischen .die Elektro den des Ultraschallschweissgerätes gelegt, die herkömm licherweise aus einem Schweisskopf und einem gegen überstehenden Amboss bestehen, und unter geringem statischen Druck zusammengeklemmt. Ein hochfre- quenter Wechselstrom wird durch einen Wandler in mechanische Vibrationsenergie mit mindestens einer seitlichen Komponente umgewandelt und zu den Metall teilen über eine :der Schallelektroden geleitet, und zwar über den Schweisskopf.
Obwohl das Verfahren nicht vollständig geschildert wurde, ist zu ersehen, dass die von der elastischen Vibrationsenergie induzierte Zwi- schenflächenaktivität die vorhandenen Oberflächenfilme durchbricht und einen wachsenden Metallkontakt er zeugt, der eine metallurgische Verbindung bewirkt, und zwar ohne dass das zu vereinigende Material stark ver formt wird.
Da die Ultraschallschweissung .bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, so erfolgt kein Schmelzen oder eine nennenswerte Erwärmung, so dass die metallische Schweisszone die bei der Kalt- oder Heissbearbeitung erzielten Eigenschaften beibehält und weiterhin bei einer späteren Wärmebehandlung nicht be schädigt wird.
Ultraschallschweissgeräte stehen zur Verfügung oder können .ohne weiteres zum Zusammenfügen der Enden einer einzelnen Folienbahn eingerichtet werden, um eine ununterbrochen verlaufende Bahn zu erhalten. Da z. B. eine packgewalzte Folie aus einer oberen und unteren oder einer inneren und äusseren Bahn besteht, so erfor dert das Zusammenfügen der Folien der übereinander liegenden Bahnen durch Ultraschallschweissgeräte, um zugleich zwei fortlaufende Längen ohne Zusammen schweissen der übereinanderliegenden Bahnen zu erhal ten, verhältnismässig komplizierte Schweissbereiche.
Das heisst, das Ultraschallverschweissen beider Bahnen einer packgewalzten Folie erfordert nach den bisher geübten Verfahren die Benutzung eines Systems von Walzen, die örtlich begrenzte Längen der beiden Bahnen während des Schweissens voneinander getrennt halten, wobei fer ner für jede Bahn je ein Schweisskopf und ein Amboss verwendet werden muss. Um bei beiden Bahnen im wesentlichen die gleiche Länge aufrechtzuerhalten und ein Zerknitternder Folie zu vermeiden, müssen ausser- dem Spannvorrichtungen vorgesehen werden, um die Bahnen und die gerissenen Enden gesondert handhaben zu können.
Die Erfindung bezweckt ein rasch und leicht durch zuführendes Verfahren zum Zusammenfügen von gan zen oder gerissenen Folien einer aus zwei übereinander- liegenden Bahnen bestehenden packgewalzten Alu miniumfolie durch Ultraschallschweissung vorzusehen, wobei übereinanderliegende und ununterbrochen ver laufende Folienbahnen erhalten werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge- kennzeichnet, dass ein Ende und ein Anfang je einer Folie der ersten der genannten Bahnen überlappend zu sammengelegt werden, dass mindestens ein Teil der Überlappungszone der Entwicklung von Ultraschallener gie zwecks Herstellung einer Schweissverbindung ausge setzt wird,
dass auf die Schweissstelle in der genannten ersten Bahn ein Streifen aus einem das Zusammen- schweissen verhindernden Material aufgelegt wird, dass das Ende und der Anfang von zwei miteinander zu ver bindenden Folien .der zweiten Bahn einander überlap pend so zusammengelegt werden, dass die genannte Materialeinlage zwischen der zusammengeschweissten ersten Bahn und mindestens einem Teil der sich über lappenden Teile der zweiten Bahn liegt,
und dass minde stens ein Teil der Überlappungszone der zweiten Bahn über dem das Zusammenschweissen verhindernden Material der Einwirkung von Ultraschallenergie zwecks Herstellung einer zweiten Schweissverbindung ausge setzt wird.
Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausfüh rungsbeispieles ausführlich beschrieben. In der beilie genden Zeichnung ist .die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer zum Durchführen des erfindungsgemässen Verfahrens geeig neten Einrichtung, Fig. 2, 3 und 4 je eine Darstellung einer Verfahrens stufe und die Fig. 5 eine Darstellung einer fertigen Überlappungs verbindung.
Eine Rolle einer packgewalzten, aus zwei übereinan derliegenden Bahnen bestehenden Aluminiumfolie wird abgewickelt, geeigneterweise zwischen Abschermessern hindurchgeführt, später auseinandergetrennt und danach zu gesonderten Rollen wieder aufgewickelt. Bei der Her stellung einer Überlappungsverbindung an beiden Bah nen einer packgewalzten Folie werden die Enden der Bahnen von der Abwickel- und der Aufwickelrolle vor zugsweise gerade und ungefähr rechtwinkelig durchge schnitten. Das Ende .der einen von der Abwickelrolle ausgehenden Bahn und der Anfang der zur Aufwickel rolle laufenden Bahn werden über einem tragenden Schweissamboss überlappend zusammengelegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Amboss aus einer zwischen der Abwickel- und der Aufwickelrolle angeordneten Walze, obwohl eine der Rollen selbst als Amboss dienen kann. Die einander überlappenden Partien der Bahn werden auf dem Amboss glatt und vorzugsweise straff gehalten, und es wird mindestens ein Teil der Überlappungszone der Einwirkung von Ultraschallschweissenergie ausgesetzt, wodurch eine Überlappungsverbindung hergestellt wird.
Die den genannten Partien identischen Partien der zweiten Bahn werden in der gleichen Weise überlappt und mittels Ultraschallschweissenergie zusammenge- schweisst. Um jedoch ein Zusammenschweissen der bei den Überlappungsverbindungen zu verhindern, die nicht miteinander verbunden werden sollen, wird zwischen der ersten Bahn und mindestens einem Teil der über lappungszone der zweiten Bahn ein Streifen aus einem geeigneten, das Zusammenschweissen verhindernden Material eingelegt.
Dieser Streifen gestattet ein Zusam- menschweissen der Überlappung der einen Bahn über der anderen Bahn ohne eine Verschweissung zwischen den Überlappungen der beiden Bahnen zu bewirken.
Der schweisshindernde Streifen besteht vorzugsweise aus einem verhältnismässig .dünnen Material, das entwe der biegsam oder steif und von ausreichender Härte ist, so dass nicht übermässig viel Ultraschallvibrationsener- gie absorbiert wird. Es ist ferner erwünscht, dass das schweisshindernde Material die Folie nicht zerkratzt, zerreisst oder sonstwie beschädigt oder verformt.
Als schweisshinderndes Material haben sich beispielsweise als geeignet erwiesen: metallische Materialien in Form von Folien oder Bogen, besonders aus Aluminium und Stahl, Papier, besonders Hartpapier oder überkalander- tes Papier, Sulfatpapier oder Pergamentpapier. Von den metallischen Materialien ist Aluminiumfolie zu bevorzu gen, die auf beiden Seiten mit einem anodisch erzeugten Oxydüberzug versehen ist, Aluminiumblech (mit oder ohne Oxydüberzug), Stahlfolie und Stahlblech.
Die sich als schweisshinderndes Material am besten eignende Aluminiumfolie ist vorzugsweise nicht dünner als 0,0089 mm, da eine noch dünnere Folie nur schwer mit einem anodischen Oxydüberzug wesentlicher Stärke versehen werden kann. Im allgemeinen ist es weder er forderlich noch erwünscht, ein schweisshinderndes Material mit einer Stärke von mehr als ca. 0,5 mm zu verwenden und vorzugsweise mit einer Stärke von weni ger als 0,25 mm.
Ist ein steifes Blechmaterial zulässig, so muss sich das Material dem allgemeinen Umriss der Oberfläche der überlappten ersten Bahn und der Ambosswalze anpassen.
Es versteht sich natürlich, dass die Stärke des verwendeten schweisshindernden Mate rials veränderlich sein kann, und zwar je nach der Stärke der zusammenzuschweissenden Metallfolie, dem Kontaktdruck des Schweisskopfes auf den Amboss und der Schweissenergie, die zur Durchführung der Schweis- sung erforderlich ist.
Die Fig. 1 zeigt .die unteren und oberen Bahnen 2 bzw. 4 einer Aluminiumfolie, die in Pfeilrichtung be ständig von einer Abwickelrolle 6 einer packgewalzten Folie unter einer Spannwalze 8 und um eine Amboss- walze 10 zum Verbinden der Enden der Bahnen gezogen werden, welche Ambosswalze später ausführlich be schrieben wird. Die miteinander verbundenen Bahnen fortlaufender Längen können dann zu gesonderten Rol len 12 und 14 wieder aufgewickelt werden, wobei zum Erleichtern des Aufwickelns Sattelwalzen 16 verwendet werden.
Erfolgt während des Betriebes ein Zerreissen der Bahnen, und muss oder soll jede Bahn mit einer über lappungsverbindung versehen werden, um gleiche fort laufende Längen zu erhalten, so werden die freien Enden jeder von der Abwickel- und der Aufwickelrolle ausgehenden Bahn quer und ungefähr rechtwinkelig durchgeschnitten. Die untere Bahn 2 kann zuerst zusam- mengeschweisst werden, wobei die Enden einander überlappend auf die Ambosswalze 10 gelegt werden. Die Enden der Folienbahnen können durch geeignete Mittel, beispielsweise durch perforierte hohle Hilfsspannwalzen (nicht dargestellt) auf der Ambosswalze 10 festgehalten werden, wobei die Luft aus den genannten Hilfswalzen abgesaugt und ein Unterdruck erzeugt wird.
Vorzugs weise werden die freien Enden der Bahnen in der Bear beitungslage zum Zusammenschweissen dadurch festge halten, dass auf die Ambosswalze 10 sowie zwischen den überlappten Enden -der Folienbahn eine flüchtige mineralische Kohlenwasserstoffflüssigkeit aufgetragen wird. Die verwendete Flüssigkeit erzeugt eine Mindest klebrigkeit zwischen den Flächen der Folie und .des Ambosses derart, dass diese Flächen zeitweilig aneinan der haften oder kleben bleiben, ohne jedoch die Folie zu verunreinigen. Gewöhnliche leichte mineralische Koh lenwasserstoffe, sowohl mit gerader oder verzweigter Kette, beispielsweise Benzin, mineralisches alkoholi sches Kerosin, Benzen und Naphta sind besonders brauchbar.
Schmieröle und Kohlenwasserstoffe mit hohem Molekulargewicht sind unerwünscht, da sie Koh lenstoffniederschläge hinterlassen, und Wasser ist auch nicht erwünscht, da es auf der Aluminiumfolie Wasser flecken hinterlässt.
Ein geeignetes Verfahren zum Herstellen einer Überlappungsverbindung ist das folgende: Der minerali sche Kohlenwasserstoff wird mittels eines Pinsels auf mindestens einen Teil der Ambosswalze 10, etwa auf den Schweissbezirk aufgetragen. Anfänge und Enden der von den Rollen 12 und 14 ausgehenden Bahnen 2 und 4 werden auf die Ambosswalze 10 gelegt und ge glättet, damit .die Unterseite der Bahn an der Amboss- walze gleichmässig anliegt und haften bleibt. Die äussere oder obere, von der Aufwickelrolle 14 ausgehende Bahn 4 wird von der Ambosswalze abgezogen, wobei die un tere Bahn 2 zeitweilig an der Ambosswalze haften bleibt. Wenn gewünscht, können die Bahnen 2 und 4 vordem Anlegen der Bahn 2 an die Ambosswalze von einander getrennt werden.
Um das Trennen der Bahnen voneinander zu erleichtern, werden die Enden der Bah nen 2 und 4 vorzugsweise etwa 5-10 cm über die Ambosswalze hinaus gezogen, so dass die Zone oder das Band der Bahn 2, die (das) an der Ambosswalze haftet, etwas hinter dem eigentlichen Ende liegt. Bei der Tren nung der Bahnen 2 und 4, bleibt ein freies Ende der Bahn 2 über .der Ambosswalze hängen, das mittels einer (nicht dargestellten) Abreissstange entfernt werden kann. Danach wird auf einen freiliegenden Teil der Ambosswalze und auf die Oberseite .des an der Amboss- walze haftenden Bezirks der Bahn 2 ein Film minerali schen Kohlenwasserstoffs aufgetragen.
Die von der Ab wickelrolle 6 ausgehenden Bahnen 2 und 4 werden der art auf der Ambosswalze ausgebreitet, dass sie das Ende der von der Aufwickelrolle 12 ausgehenden Bahn 2 überlappen und an der Ambosswalze haften bleiben, wie oben erläutert. Die Kanten der sich von entgegengesetz ten Richtungen aus überlappenden Bahnen werden aus gerichtet und die Bahnen glattgestrichen. Die aussenlie gende Bahn 4 wird von der inneren Bahn 2 nach rück wärts abgezogen, so dass die Enden der Bahn 2 über lappt zurückbleiben, ungefähr wie in der Fig. 2 darge stellt, und vom mineralischen Kohlenwasserstoff zeit weilig in dieser Lage festgehalten werden.
Zum Erleich tern des Schweissens und zum Erzielen einer gleichmäs- sigen Schweissung werden die Bahnen vorzugsweise auf der Ambosswalze straff gespannt gehalten. Der Ultra schallschweisskopf 18 wird in Stellung gebracht und die Überlappungsstelle der Einwirkung von Ultraschall- schweissenergie ausgesetzt, wobei an der Überlappungs zone eine Verschweissung erfolgt. Die überschüssige Folie an .der von der Abwickelrolle 6 ausgehenden Bahn 2 kann mittels einer (nicht dargestellten) Abreissschiene entfernt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren das Abtrennen jeder überschüssigen Folie ermöglicht, da die Bahnen in ihrer Lage auf der Ambosswalze verbleiben, so dass sie zu diesem Zweck nicht hin- und herbewegt zu werden brauchen.
Auf die abgezogene Bahn 2 (vgl. Fig. 3) wird ein Stück eines geeigneten schweisshindernden Materials 20 gelegt, das normalerweise die fertige Schweisszone in der Bahn 2 überbrückt. Es ist allgemein erwünscht, das schweisshindernde Material an der Gebrauchsstelle beispielsweise durch Auftragen eines Filmes aus minera lischem Kohlenwasserstoff auf die Bahn 2 oder auf die Unterseite des Materialstreifens festzuhalten. Bei Ver wendung eines mineralischen Kohlenwasserstoffes wird vorzugsweise ein metallisches .schweisshinderndes Mate rial benutzt, das vom Kohlenwasserstoff nicht angegrif fen wird. Eine aus Papier bestehende schweisshindernde Einlage kann an der Gebrauchsstelle durch geeignete mechanische Mittel festgehalten werden.
Nach dem Auflegen der schweisshindernden Einlage auf die Bahn 2 wird auf die freiliegende Oberseite der Einlage ein Film eines mineralischen Kohlenwasserstoffs aufgetra gen und das Ende der von der Aufwickelrolle 14 ausge henden Bahn 4 auf die Einlage gelegt und glattgestri chen. Das überstehende Stück der Bahn wird abge schnitten und das Kohlenwasserstoffmittel auf die Ober seite der Bahn 4 und einem freiliegenden Teil der Ein lage aufgetragen, wonach die von der Abwickelrolle 6 ausgehende Bahn 4 auf die Ambosswalze gelegt und ge glättet wird, so dass die Enden der Bahn 4 sich überlap pen (vgl. Fig. 4).
Die Schweissung wird dann durchge führt und das überstehende Ende der Bahn abgeschnit ten, wie bei der Bahn 2 beschrieben. Wird eine steife schweisshindernde Einlage verwendet, so kann der Zug auf .die miteinander verbundenen Bahnen leicht nachge lassen und die Einlage herausgenommen werden, oder die Bahnen können über eine kurze Strecke vorwärtsbe wegt werden und tragen dabei .die Einlage an der Ambosswalze vorbei, wonach die Einlage mühelos ent fernt werden kann. Die Fig. 5 zeigt die miteinander ver bundenen Bahnen nach Herausnahme der Einlage. Die Bahnen 2 und 4 werden dann fortlaufend auf die geson derten Aufwickelrollen 12 und 14 aufgewickelt.
Bei Verwendung einer biegsamen schweisshindernden Ein- lüge kann diese zusammen mit .den Folienbahnen aufge wickelt werden, bis die Bahnen voneinander getrennt werden, in welchem Zeitpunkt die Einlage zwischen den Rollen 12 und 14 herausfällt.
Nachstehend wird noch ein spezifisches Beispiel für eine Verschweissung einer packgewalzten Aluminiumfo lie mit einer Reinheit von 99,45 % hartvergütet und 0,0089 mm stark nach dem erfindungsgemässen Verfah-, reu gegeben, wobei die folgenden schweisshindernden. Materialien verwendet wurden:
EMI0004.0007
Eloxierte <SEP> Aluminiumfolie <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Stärke <SEP> von
<tb> 0,0089; <SEP> 0,127; <SEP> 0,178; <SEP> 0,025; <SEP> 0;05 <SEP> mm
<tb> Aluminiumblech <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Stärke <SEP> von <SEP> 0,22 & <SEP> mm
<tb> Folie <SEP> aus <SEP> nichtrostendem <SEP> Stahl, <SEP> 0,03 <SEP> 8 <SEP> nun <SEP> stark
<tb> Stahl-Beilagenblech, <SEP> 0,025 <SEP> mm <SEP> stark
<tb> Seidenpapier, <SEP> pro <SEP> Ries- <SEP> 3,6; <SEP> 5,4; <SEP> 8,1 <SEP> kg <SEP> pro <SEP> Ries
<tb> Sulfit-Seidenpapier <SEP> 4,5 <SEP> kg <SEP> pro <SEP> Ries
<tb> Sulfat-Seidenpapier <SEP> 4,5 <SEP> kg <SEP> pro <SEP> Ries.