Verfahren zur Erzielung einer guten mechanischen Haftverbindung zwischen Metallstreifen und einem Metallrahmen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Erzielung einer guten mechanischen Haftver bindung zwischen Metallstreifen und einem Metallrah men, wobei die Metallstreifen und der Metallrahmen mittels mindestens einer dazwischenliegenden Isolier schicht, welche vorzugsweise aus einem keramischen Material besteht, getrennt sind.
Die moderne Verpackungsindustrie verwendet oft thermoplastische Verpackungsmaterialien, welche neben mannigfaltigen Vorteilen, unter anderem Dichtigkeit, Dichte und Aussehen, in einfacher und zuverlässiger Weise versiegelt werden können. Das Versiegeln von thermoplastischen Materialien, wie z. B. Polyäthylen, Polypropylen und ähnlichen Materialien, geschieht in solcher Weise, dass zwei oder mehrere thermoplastische Schichten, welche miteinander zu versiegeln sind, längs der Versiegelungsfläche gegeneinander angepresst wer den, während man gleichzeitig Wärme zuführt, wodurch das thermoplastische Material an der Versiegelungsflä che schmilzt.
Ein derartiger Versiegelungsvorgang wird mit Hilfe von paarweise zusammenwirkenden Siegelbak- ken ausgeführt, welche aufeinandergepresst werden können, wobei mindestens eine dieser beiden zusam menwirkenden Backen Vorrichtungen zur Wärmeab gabe aufweist. Da moderne Versiegelungsmaschinen eine grosse Leistung haben sollten, d. h. pro Zeiteinheit viele Versiegelungsvorgänge durchführen sollen, muss die Wärmeabgabe innert möglichst kurzer Zeit stattfin den, da die zustande gekommene Siegelnaht rasch er starren muss, d. h. mit solcher Geschwindigkeit abge kühlt sein soll, dass die Siegelnaht sich nicht mehr öff net, wenn die Siegelbacken von der Siegelfläche entfernt werden.
Um dieses Resultat zu erzielen, bestehen die zur Wärmezufuhr verwendeten Mittel aus schmalen und dünnen Streifen aus einem metallischen Widerstands material, welche auf einer oder beiden Pressflächen der Siegelbacken angeordnet sind und durch einen kurzen, auf die Metallstreifen wirkenden Stromstoss hoher Stromstärke erhitzt werden. Da die Metallstreifen so wohl dünn als auch schmal sind, ist ihre Wärmekapazi- tät unbedeutend, so dass demzufolge die Streifen sich nach der Einwirkung des Stromstosses verhältnismässig schnell wieder abkühlen.
Im Hinblick auf die Festigkeit und aus anderen kon struktiven Gründen ist es wünschenswert, die Siegelbak- ken aus einem Metall herzustellen. Da die zuvor ge nannten Heizstreifen mittels eines elektrischen Stromes erhitzt werden, können die metallischen Heizstreifen nicht direkt auf der Oberfläche der metallischen Siegel backen angeordnet sein, sondern benötigen eine zwi schen dem Heizstreifen und den Siegelbacken angeord nete Isolierschicht, um den Heizstreifen gegen die Sie gelbacke abzuisolieren.
Bisher wurde dieses Problem so gelöst, dass ein loser Heizstreifen auf der Oberfläche der Siegelbacke mon tiert und dazwischen eine isolierende Schicht, beispiels weise eine Glimmerschicht, vorgesehen wurde. Es wurde aber beobachtet, dass die Heizstreifen bei der Einwir kung von solchen Stromstössen sich rasch dehnen und sich auch rasch zusammenziehen.
Diese Bewegungen in den Heizstreifen vermögen den Siegelvorgang zu beein trächtigen, weil die Siegelzone dadurch verschoben wer den kann. überdies kann auch die Festigkeit der Heiz- streifen in Mitleidenschaft gezogen werden, da die periodische Ausdehnung und Kontraktion leicht Ermü- dungsbrüche bewirken können. Um diese Nachteile zu vermeiden, sollten die Heizstreifen demzufolge in sol cher Weise an den Siegelbacken montiert sein, dass die besagte Bewegung in den Heizstreifen vermieden wird.
Es wurde aber auch festgestellt, dass es äusserst schwie rig ist, eine ausreichende mechanische Verbindung zwi schen den Heizstreifen und .der Isolierschicht zu erzie len, welche die genannten Streifen in bezug auf die Sie gelbacken zu isolieren hat. Das Isoliermaterial muss aber nicht nur einen elektrischen Isolator darstellen, son dern es muss auch einer Wärme von ca. 300 C zu widerstehen vermögen und überdies beträchtliche mechanische Festigkeitswerte aufweisen. Wegen dieser an das Isoliermaterial gestellten Forderungen kann man vorzugsweise nur keramische Materialien verwenden.
Das erfindungsgemässe Verfahren, wodurch diese Probleme behoben werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstreifen mit Hilfe eines ersten, einen rela tiv niedrigen Schmelzpunkt aufweisenden Lotes mit einer Metallplatte verlötet werden, worauf sowohl die Metallplatte als auch die mit dieser Platte verlöteten Metallstreifen mit drei aneinander haftenden Schichten, nämlich mit einer Schicht eines an den Metallstreifen haftenden Materials, einer zweiten Schicht eines Isolier materials und einer Schicht eines Metalls, mit welcher der Metallrahmen anschliessend mittels eines zweiten Lotes verlötet wird, versehen werden, wobei der Schmelzpunkt des zweiten Lotes höher liegt als jener des zuerst genannten Lotes, worauf das ganze,
miteinander vereinigte Gebilde in solchem Ausmass erhitzt wird, dass das erste Lot, aber nicht das zweite Lot zum Schmelzen gebracht wird, worauf die Metallplatte ent fernt wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Hinzuziehung der beiliegenden Zeichnung, welche sich auf eine bei spielsweise Ausführungsform der Erfindung beziehen.
Fig. 1 stellt einen Querschnitt einer Hilfsschiene dar, auf welcher Heizstreifen angeordnet sind, Fig. 2 ist ein Querschnitt einer Hilfsschiene und einer Siegelbacke, bevor dieselben miteinander vereinigt worden sind, Fig. 3 ist ein Querschnitt einer Hilfsschiene und der Siegelbacke, nachdem diese zunächst miteinander ver bunden und dann wieder voneinander getrennt worden sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in vier ver schiedene Phasen, nämlich (I) Auflöten der Heizstreifen auf die Hilfsschiene, (II) Flammspritzen .der Hilfs schiene, (III) endgültiges Verlöten und (IV) Ablösen der Hilfsschiene, aufgeteilt werden.
Die erste Phase, nämlich das Auflöten der Heizstrei fen auf die Hilfsschiene, erfolgt zweckmässig in der Weise, dass die Heizstreifen, welche aus dünnen Streifen von beispielsweise Invar oder dergleichen bestehen, mit Hilfe eines Lotes (4) von verhältnismässig niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Zinnlot mit einem Schmelzpunkt von ca. 180 C auf eine Hilfsschiene aufgelötet werden. Die Hilfsschiene besteht vorzugsweise aus einer ebenen Stahlschiene (1), welche mit einem Messingüberzug (2) versehen worden ist, auf welchen die Heizstreifen (3) aufgelötet sind.
Jene Seite der Hilfschiene, auf welcher die Heizstreifen (3) angeordnet sind, wird zweckmässig sandgestrahlt und sorgfältig gereinigt, bevor man die Phase (II) durchführt. Während dieser Phase wird die Hilfsschiene (1) im allgemeinen Hammgespritzt, d. h. sie wird mit kleinen Teilchen bombardiert, welche in ge schmolzenem Zustand und mit hoher Geschwindigkeit auf ihre Oberfläche aufgespritzt werden. Diese Partikel haften auf dem flammgespritzten Trägerwerkstoff, worauf eine dichte, flammgespritzte Schicht (5) beliebi ger Dicke aufgetragen werden kann, indem man die Flammspritzdüse mit gleichförmiger Geschwindigkeit über die betreffende Oberfläche hinwegbewegt.
Das auf gespritzte Material weist in bezug auf verschiedene Trä gerwerkstoffe selbstverständlich auch verschiedene Grade des Haftvermögens auf. So wurde festgestellt, dass eine flammgespritzte Molybdänschicht ausseror- dentlich gut auf metallischen Widerstandsmaterialien des Invartypus haftet, während zwischen einer flammge- spritzten Molybdänschicht und einer Messingoberfläche keine gute Adhäsion erreicht werden kann. Grund hier- für ist, dass Messing einen Expansionskoeffizienten auf weist, welcher wesentlich vom Expansionskoeffizienten der flammgespritzten Molybdänschicht abweicht,
wes wegen beim Abkühlen der flammgespritzten Oberfläche eine Verschiebung zwischen den Kontaktflächen eintritt, so dass die erzielte Verbindung im wesentlichen unter brochen wird. Da bei der erfindungsgemässen Methode eine mechanische dauerhafte Verbindung zwischen der flammgespritzten Schicht (5) und den Heizstreifen ange strebt wird, wählt man vorzugsweise einen Flamm- spritzwerkstoff aus, welcher beinahe den gleichen Ex pansionskoeffizienten aufweist wie die Heizstreifen, nämlich Molybdän.
Andererseits ist es wünschenswert, zwischen der flammgespritzten Schicht (5) und der Hilfsschiene (1) eine möglichst schwache mechanische Verbindung zu verursachen, weswegen man diese Schiene zweckmässig mit einem Messingüberzug (2) versieht, da eine flammgespritzte Molybdänschicht (5) eine ausserordentlich gute Adhäsion an einer Stahlfläche ergibt. Die Molybdänschicht (5), welche auf der Hilfs schiene (1) in der oben erwähnten Weize angeordnet wird, wirkt nicht elektrisch isolierend, weshalb man eine zusätzliche, flammgespritzte Schicht (6) aus einem elek trisch isolierenden, keramischen Material, zusätzlich zur bereits erhaltenen Molybdänschicht (5). welche mit den Heizstreifen (3) verklebt ist, durch Flammspritzen auf bringt.
Um ein gutes Haftvermögen zwischen der flamm- gespritzten Molybdänschicht (5) und der flammgespritz- ten, keramischen Schicht (6) zu bewerkstelligen. welche beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Rokide (A1,03) besteht, wird man zwischen den beiden Schich ten eine gemischte Übergangszone erzeugen, indem man das Flammspritzen der Übergangszone so ausführt, dass ein allmählicher Übergang von Molybdän zu Rokide erreicht wird.
In der Praxis erfolgt das Flammspritzen dieser Übergangszone im allgemeinen mit Hilfe von zwei Flammspritzdüsen, wobei die Molybdänspritzdüse allmählich geschlossen wird, während die Rokide - Spritzdüse entsprechend geöffnet wird, um die er wünschte, volle Wirkung dann zu erzielen, wenn die Molybdänspritzdüse vollständig ausser Betrieb gesetzt wird.
Nachdem eine genügend dicke Isolierschicht (6) aus keramischem Material aufgebaut worden ist, beendet man das Flammspritzen, indem man vorzugsweise eine weitere, flammgespritzte Schicht (7) aus Silber aufbringt, wodurch zwischen der keramischen Schicht (6) und der Silberschicht (7) eine Mischübergangszone gebildet wird.
Während der Phase III wird eine zuvor hergestellte Siegelbacke (8) aus Stahl zusammen mit der flammge- spritzten Silberschicht (7) verlötet. Dieser Verlötungs- vorgang wird z. B. mit einem Silberlot (9) von verhält- nismässig hohem Schmelzpunkt, nämlich von ca. 280 C, bewirkt.
Während des Verlötens wird die ge samte Packung, welche auf eine Verlötungstemperatur erhitzt wird und aus einer Hilfsschiene (1), einem Heiz- streifen (3), flammgespritzten Schichten (5, 6 und 7) und einer Backe (8) besteht, zusammengehalten. Nach dem Abkühlen des Silberlots (9) auf ca. 200 C hat man nach dem Verlötungsvorgang eine dauerhafte Lötverbindung erhalten.
Die Phase IV, welche das Wegnehmen der Hilfs schiene (1) vom übrigen Rest der zusammengehaltenen Packung zum Gegenstand hat, beginnt, nachdem die Packung auf ca. 200 C abgekühlt ist und das den höhe ren Schmelzpunkt aufweisende Lot (9) erstarrt ist, wäh rend andererseits das den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisende Lot (4), welches anlässlich der Durchfüh rung der Verlötungsoperation zum Schmelzen gebracht worden ist, noch im Schmelzzustand vorliegt.
Da das Lot (4), dank welchem die Heizstreifen mit der Hilfs schiene (1) verlötet sind, in geschmolzenen Zustand vor liegt und die (lammgespritzte Molybdänschicht (5) nicht an der Messingschicht (2) der Hilfsschiene (1) haftet, kann die Hilfsschiene (1) ohne Schwierigkeiten vom Rest der Packung, welche aus der Stahlaufsetzbacke, an welcher metallische Wärmeleitstreifen (3) mit guter mechanischer Haftung befestigt sind, besteht und auf welcher eine elektrische Isolierschicht (6) zwischen den Wärmeleitstreifen und der Backe angeordnet ist, abge trennt werden.
Da nach dem Entfernen der Hilfsschiene (1) noch Reste des den niedrigeren Schmelzpunkt aufweisenden Lotes (4) auf der Oberfläche der Siegelbacke haften, muss die Siegeloberfläche der Backen selbstverständlich gereinigt und nach Möglichkeit vor der Wiederverwen dung der Backe poliert werden.
Das in der vorliegenden Beschreibung erwähnte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf einen verhältnis- mässig eng begrenzten Anwendungsbereich, bei wel chem das erfindungsgemässe Verfahren mit Erfolg zur Anwendung gelangt. Es ist aber, immer im Bereiche der vorliegenden Erfindung liegend, möglich, vor liegende Gedanken gut auf andere Gebiete anzuwenden, wo bandförmige Metallgegenstände auf einem Träger metall unter Einfügung einer vorzugsweise keramischen Isolierschicht befestigt werden sollen.