CH456124A

CH456124A - Verfahren zum Schweissverbinden von zwei Enden eines thermoplastischen Bandes und Vorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens

Info

Publication number: CH456124A
Application number: CH649766A
Authority: CH
Inventors: Tschappu Franz
Original assignee: Girsberger & Tschappu
Priority date: 1966-05-04
Filing date: 1966-05-04
Publication date: 1968-05-15
Also published as: US3470814A; DE1586659A1

Description

Verfahren zum Schweissverbinden von zwei Enden eines thermoplastischen Bandes und Vorrichtung zum Ausüben dieses Verfahrens
Thermoplastische Bänder werden bei Verpackungen von Paketen gerne verwendet, weil sie relativ billig sind. Zudem sind sie elastischer als Metallbänder und schneiden weniger in das zu umbindende Gut ein. Die Enden der thermoplastischen Bänder hat man aber mit Hilfe einer metallischen Hülse oder Muffe miteinander verbunden, weil bisher eine rationelle Schweissung der Enden nicht möglich war. Man hat versucht, solche Schweissverbindungen herzustellen, sowohl mittels normaler Beheizung der Schweissstelle als auch mit Hoch- frequenzerhitzung oder mit Hilfe von Ultraschall.

Es hat sich gezeigt, dass die bekannten Verfahren gewisse Nachteile aufweisen; eine normale Beheizung der Bandenden kostet zuviel Zeit, eine Hochfrequenzerhitzung gibt zu Radiostörungen und Funkenüberschlägen Anlass und ist, wie die Apparatur für Ultraschall-Erzeugung sehr teuer in der Anschaffung. Zudem hält oftmals die Schweissverbindung nicht.

Die Erfindung gibt ein neues Verfahren an, welches keines dieser Nachteile aufweist, indem die Schweissverbindung, sofern sie maschinell ausgeführt wird, innert Sekundenschnelle hergestellt ist, eine relativ billige Apparatur bedingt und zudem eine hohe Reissfestigkeit aufweist. Das neue Verfahren lässt sich nicht nur mit Hilfe einer Umbindemaschine, sondern auch mit einem geeignet ausgebildeten Handgerät ausführen. Der Unterschied liegt dabei zur Hauptsache darin, dass die Maschine das Band um das zu verpackende Gut herumlegt, anzieht und mittels Klemmvorrichtungen hält, während diese Operationen beim Handgerät von Hand bzw. mit Handkraft ausgeführt werden.

Das neue Verfahren dient zum Schweissverbinden von zwei Enden eines thermoplastischen Bandes beim Umbinden von Paketen, Bündeln und dergleichen, bei dem man zuerst das Band von einer Vorratsrolle abwickelt und um die zu bindende Ware schlingt, das Ende des Bandes mittels einer ersten Klemmvorrichtung hält, dann das Band mit der gewünschten Spannung anzieht und mittels einer zweiten Klemmvorrichtung hält.

Es zeichnet sich dadurch aus, dass man dafür sorgt, dass die Bandenden sich neben oder zwischen den genannten Klemmvorrichtungen überlappen und zwischen dem oberen und dem unteren überlappenden Ende eine beheizbare Lamelle anbringt, wonach man mit Hilfe eines Stempels und eines Gegenhalters die beiden sich überlappenden Bandenden zusammen mit der sich dazwischen befindlichen Lamelle mit einem bestimmten Anpressdruck aufeinanderpresst und die Lamelle beheizt, bis die erforderliche Schweisstemperatur erreicht ist, danach die Lamelle, unter Beibehaltung des Anpressdrukkes wegzieht und schliesslich den Anpressdruck auf einen bestimmten Enddruck erhöht und diesen Druck so lange aufrechterhält, bis die Verschweissung vollendet ist.

An Hand der Zeichnung ist das neue Verfahren, wie es beispielsweise mit Hilfe einer vereinfacht dargestellten neuen Umbindemaschine ausgeführt wird, er läutert:
Fig. 1-4 zeigen Teile einer Umbindemaschine in verschiedenen nacheinanderfolgenden Stellungen bzw. bei nacheinanderfolgenden Operationen von der Seite,
Fig. 5 Teile derselben Maschine von vorne und
Fig. 6 und 7 Ausführungsvarianten.

In den Fig. 1-5 sind einige neue Teile dargestellt, die an einer an sich bekannten Umbindemaschine angebracht sind, um damit das neue Verfahren zum Schweissverbinden ausüben zu können. Der Deutlichkeit halber sind nur die zur Erläuterung des Verfahrens erforderlichen Teile dargestellt. An sich bekannte Teile der Maschine, wie ein Tisch, worauf das zu umbindende Gut steht, ein Bügel, welcher das Band beim Umschie ssen um dieses Gut herumführt, ein Maschinensockel, ein Antriebsmotor, Magnete und Hydraulikzylinder, Steuervorrichtung usw. sind in der Zeichnung grösstenteils weggelassen. Die Figuren zeigen eine Vorratsrolle 1 mit Band, das Band 2 selber, eine Antriebsrolle 3 und eine Anpressrolle 4 sowie das zu umbindende Gut, hier ein Paket P.

Das Paket ruht auf einer Gegenhalteplatte 5, die einen Teil einer Tischplatte 6 (Fig. 5) bildet, von dieser aber durch einen Spalt 7 (Fig. 5) ge trennt ist, damit das Paket mit dem verschweissten Band von der Gegenhalteplatte weggeschoben werden kann, so dass das Band nur noch das Paket umschlingt. Ein Hebel 10 mit einem Schnabel 10', welcher sich zur Gegenhalteplatte 5 hin bewegen kann, bildet eine erste Haltevorrichtung für ein Bandende und ein zweiter Hebel 11 mit einem Schnabel 11', welcher auf den Schnabel 10' des ersten Hebels 10 drückt, eine zweite Haltevorrichtung für das zweite Bandende. Unter der Gegenhalteplatte befindet sich eine beheizbare Lamelle 15, die quer zur Längsrichtung des Bandes weggezogen werden kann. Der dazu erforderliche Mechanismus ist nicht dargestellt.

Die Lamelle besteht beispielsweise aus einem flachen Blechstück aus elektrischem Widerstandsmaterial wie Manganin, Konstantan oder dergleichen, so dass auf elektrischem Wege beheizt werden kann.

Unter der Lamelle befindet sich ein Pressstempel 20, der mehrere Teile umfasst. Er besitzt einen losen Kopf 21, der in einer hohl ausgebildeten Pressstange 22 geführt ist. Zwischen dem Kopf 21 und der Stange 22 befindet sich eine Druckfeder 23, die (bei Fig. 1) von einer am Kopf schwenkbar gelagerten Klinke 24 in gespanntem Zustand gehalten wird. Seitlich ist der Kopf mit einem Abschermesser 25 versehen, welches mittels eines, nur in Fig. 3 dargestellten Gegenmessers 26 das Band durchschneiden kann.

In Fig. 5 ist ersichtlich, wie die Hebel 10 und 11 von zwei, im erforderlichen Rhythmus betätigten Elektromagneten 50 und 51 betätigt werden können. Sie sind auf einer am Maschinenrahmen befestigten Achse 53 schwenkbar gelagert. Auch der Pressstempel 20 wird von einem Elektromagneten 52 betätigt, und das Wegziehen der beheizbaren Lamelle 15 wird von der Pressstange 22 auf mechanischem Wege gesteuert. Es ist klar, dass die Betätigung statt mittels Elektromagneten auch mit Hilfe von pneumatischen, hydraulischen oder mechanischen Antriebselementen erfolgen könnte. Statt mit einem losen Kopf auf der Pressstange, könnte der Stempel dann direkt auf einfache Weise zuerst mit geringem, danach mit höherem Druck an die Schweissstelle gepresst werden.

Nachdem nun die einzelnen Teile beschrieben sind, lassen sich die nacheinander folgenden Verfahrensschritte erläutern:
1. Schritt (Fig. 1)
Das zu umbindende Paket P wird auf den Tisch und in den (nicht dargestellten) Führungsbügel gelegt. In diesem befindet sich bereits das Band in der in Fig. 1 dargestellten Lage. Aus Gründen der Zeitersparnis wird nämlich nach Ablauf eines vollständigen Umbindevorganges die nächste Umbindung bereits vorbereitet. Das Band wird in den Bügel geschossen . Das Band muss dazu eine gewisse Steifigkeit aufweisen, weil es durch die Führungsrille des Bügels geschoben wird. Da dieses Schieben sehr rasch vor sich geht, wird hierfür der Ausdruck Schiessen verwendet. Beim Schiessen haben sich die Rollen 3, 4 in Richtung der Pfeile 3', 4' gedreht.

Der Antriebsmechanismus ist so beschaffen, dass er das Band genau so weit vortreibt, bis es von der ersten Klemmvorrichtung 5, 10' gehalten werden kann.

2. Schritt (Fig. 1)
Die Klemmvorrichtung 5, 10' schliesst und das Bandende 2' wird von ihr gehalten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

3. Schritt (Fig. 2)
Die Rollen 3, 4 werden umgesteuert, so dass sie sich in Richtung der Pfeile 3", 4" drehen und das Band 2 zurückziehen und um das Paket P spannen.

Beim Spannen lässt der Umlenkbügel selbsttätig oder mechanisch gesteuert das Band los. Die Anzugskraft lässt sich beispielsweise mittels einer Rutschkupplung im Antrieb der Antriebsrolle 3 regulieren und dem zu umbindenden Gut sowie dem verwendeten Band anpressen. Beim Anziehen bildet das Band eine Schlaufe 2" zwischen der Vorratsrolle und den Antriebsrollen.

4. Schritt (Fig. 2)
Ist das Band gespannt, so klemmt die zweite Klemmvorrichtung das andere Ende des Bandes und hält dieses zwischen den Schnäbeln 10', 11' der Hebel 10, 11.

Diese Lage der Hebel ist in den Fig. 2 und 5 dargestellt.

Mit dem Hebel 11 bewegt sich ein Auslösefinger 12, der die Klinke 24 löst.

5. Schritt (Fig. 3)
Nachdem die Klinke 24 gelöst ist, bewegt sich der lose Kopf 21 des Stempels 20, unter der Wirkung der Feder 23 nach oben und presst die beiden Bandenden 2', 2"' mit der dazwischen befindlichen Lamelle 15 an die Gegenhalteplatte 5. Nun schaltet die elektrische Heizung der Lamelle 15 ein. Mit dem losen Kopf 21 bewegt sich auch das Abschermesser 25 nach oben und schneidet zusammen mit dem Gegenmesser 26 das Band ab. Zu beachten ist dabei, dass die Pressstange 22 sich immer noch in der Ausgangslage befindet, wobei sie um die Höhe h vorsteht.

6. Schritt (Fig. 4)
Die Lamelle hat nun die Oberflächen der benachbarten Bandenden auf Schweisstemperatur gebracht und wird gleichzeitig mit der Bewegung der Pressstange 22 ruckartig weggezogen. Die auf Schweisstemperatur erhitzten Bandenden liegen nun direkt aufeinander und der Pressstempel erhöht den Druck auf den Enddruck, wobei sich die Schweissung vollzieht. Hat die Pressstange ihre höchste Stellung erreicht (H), so ist dabei zugleich die Feder 23 gespannt und die Klinke 24 kann an der Pressstange einhaken.

7. Schritt
Die Schnäbel 10', 11' lassen das Band los und die Pressstange 22 bewegt sich in ihre Ausgangslage, wie bei Fig. 1, zurück. Das Paket mit dem fertig verschweissten Band kann nun in Richtung des Pfeiles R (siehe Fig. 5) von der Gegenhalteplatte 5 weggeschoben werden. In Fig. 5 sind die Hebel noch in der klemmenden Stellung gezeigt. Wie bereits beschrieben, wird die Maschine so gesteuert, dass, nachdem die Hebel 10, 11 in die Ausgangslage zurückgekehrt sind und sich der Pressstempel in eine Ruhelage gesenkt hat, das Band in den Führungsbügel eingeschossen, so dass es sich in der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet.

Es wurde festgestellt, dass die mit dem neuen Verfahren erzielten sehr günstigen Resultate (kurze Schweisszeit und gute Verbindung der Bandenden) auf folgenden wesentlichen Punkten beruhen:
1. Die Lamelle beheizt nicht das Band durch und durch, sondern nur eine Oberflächenschicht desselben.

2. Nachdem die Schweisstemperatur erreicht ist, tritt keine Luft zu den erhitzten Bandteilen zu, weil ja der Vordruck während des Wegziehens der Lamelle aufrechterhalten bleibt.

Mit einer Umbindemaschine, welche nach dem neuen Verfahren arbeitet, lassen sich die beschriebenen Verfahrensschritte in derart rascher Folge ausführen, dass das (Umbinden), Anziehen, Abschneiden und Verschweissen in 1 bis 2 Sekunden erledigt ist. Die richtige zeitliche Reihenfolge der verschiedenen Operationen wird mit Hilfe einer elektrischen Steuerung, beispielsweise mittels einer Schaltwalze, erzielt. Ist der Vorgang einmal, beispielsweise mittels eines Fussschalters eingeleitet, so übernimmt die Schaltwalze die Steuerung für einen kompletten Zyklus und ist dann sofort für den nachfolgenden Zyklus bereit. Da die Zyklen rasch nacheinander erfolgen, ist es von Vorteil, die bei der Schwei ssung sich bildenden Gase abzusaugen. Eine Absaugung hat zudem den Vorteil, dass ein dauernder Luftstrom die Apparatur kühlt.

Wie bereits erwähnt, lässt sich das neue Verfahren auch mit einem Handapparat ausführen. Ähnliche Handapparate sind für das Anbringen von Umbindungen mit einem Stahlband längst bekannt.

Will man das neue Verfahren mit Hilfe eines solchen Handapparates ausführen, so könnte man beispielsweise die elektrische Energie für das Beheizen der Lamelle mittels eines flexiblen Kabels dem Apparat zuführen. Selbstverständlich muss der Apparat auch noch ergänzt werden mit den nötigen Organen, um einen Anpressdruck und einen Enddruck bei der Schweissstelle zu erzeugen und die richtige Zeitdauer für die Erwärmung einzuhalten.

Die Fig. 6 und 7 zeigen Varianten für die Ausbildung der Klemmvorrichtung. Bei der in den Fig. 1-5 gezeigten Maschine ist ein Bandende 2' ständig, auch während des Schweissens auf Zug belastet. Es hat sich zwar gezeigt, dass dies zulässig ist, es könnte aber in extremen Fällen nachteilig sein. Ordnet man die Klemmvorrichtungen bzw. deren klemmende Schnäbel 60, 61, 62 wie bei Fig. 6 an, so sind die zu verschweissenden Bandenden 2' und 2"' vom Zug entlastet. Die Schweissstelle befindet sich nun nicht mehr neben, sondern zwischen den Klemmvorrichtungen 5, 60 und 61, 62.

Fig. 7 zeigt eine konstruktiv einfachere Lösung, wobei ein Bandende 2' zwischen einem Klemmschnabel 70 und der Gegenhalteplatte 5, das andere Bandende 2"' zusammen mit dem Ende 2' zwischen Schnabel 71 und Platte 5 gehalten ist. Sie birgt eine gewisse Gefahr in sich, nämlich, dass bei der letztgenannten Klemmvorrichtung 5, 71 das Bandende 2" auf dem Bandende 2' rutscht.

Claims

PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Schweissverbinden von zwei Enden eines thermoplastischen Bandes beim Umbinden von Paketen, Bündeln und dergleichen, bei dem man zuerst das Band von einer Vorratsrolle abwickelt und um die zu umbindende Ware schlingt, das Ende des Bandes mittels einer ersten Klemmvorrichtung hält, dann das Band mit der gewünschten Spannung anzieht und mittels einer zweiten Klemmvorrichtung hält, dadurch gekennzeichnet, dass man dafür sorgt, dass die Bandenden sich neben oder zwischen den genannten Klemmvorrichtungen überlappen und zwischen dem oberen und dem unteren überlappenden Ende eine beheizbare Lamelle anbringt, wonach man mit Hilfe eines Stempels und eines Gegenhalters die beiden sich überlappenden Bandenden, zusammen mit der sich dazwischen befindlichen Lamelle mit einem bestimmten Anpressdruck aufeinanderpresst und die Lamelle beheizt,

bis die erforderliche Schweisstemperatur erreicht ist, danach die Lamelle, unter Beibehaltung des Anpressdruckes wegzieht und schliesslich den Anpressdruck auf einen bestimmten Enddruck erhöht und diesen Druck so lange aufrechterhält, bis die Verschweissung vollendet ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die beheizbare Lamelle, nachdem diese die Schweisstemperatur erreicht hat, nur solange zwischen den zu verschweissenden Bandenden belässt, dass lediglich eine Oberflächenschicht derselben die Schweisstemperatur erreicht.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Anpressdruck des Stempels von einem Federkraftspeicher erzeugen lässt, dessen Wirkung man von der Klemmbewegung der zweiten Zange auslöst und dafür sorgt, dass sich der Kraftspeicher beim Erzeugen des Enddrucks selbsttätig wieder auflädt.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Enddruck des Stempels mit Hilfe eines in einem Zylinder geführten Kolbens erzeugt, den man zuerst mit einem Fluidum beaufschlagt, welches unter einem, dem zu erzeugenden Anpressdruck angepassten Druck steht, den man danach zwecks Erzielung des Enddrucks erhöht.

4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die beheizbare Lamelle quer zur Bandrichtung wegzieht.

5. Verfahren nach Patentanspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass man die beheizbare Lamelle in Längsrichtung des Bandes wegzieht.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man das Band nach dem Verschwei ssen neben der zweiten Klemmvorrichtung abschneidet.

7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Bewegung des Pressstempels mit der Bewegung eines, zum Abschneiden des Bandes dienenden Abschermessers kuppelt.

8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Enddruck so lange aufrechterhält, bis die Schweissstelle sich so weit abgekühlt hat, dass sie die Zugkraft des Bandes aufzunehmen vermag.

9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die beiden Haltevorrichtungen so anordnet, dass bei der Schweissstelle kein Zug auf das Band ausgeübt wird, bis die Schweissstelle sich abgekühlt hat und Zugkräfte aufzunehmen vermag und erst danach den Enddruck auf die Schweissstelle wegnimmt.

10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man die Rückziehbewegung der beheizbaren Lamelle mit der den Enddruck erzeugenden Stempelbewegung koppelt.

11. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man nahe der Schweissstelle eine Absaugvorrichtung anbringt, welche die sich beim Schwei ssen bildenden Gase absaugt.

PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I mit Klemmvorrichtungen zum Halten der beiden Bandenden, nachdem das Band um den zu umbindenden Gegenstand gelegt, angezogen und von einer Vorratsrolle abgeschnitten ist, gekennzeichnet durch eine zwischen die beiden zu verschweissende Bandenden einbringbare, beheizbare Lamelle, einen Gegenhalter und einen Stempel, welche Elemente mit einem Mechanismus verbunden sind, der zuerst die beheizbare Lamelle zwischen die Bandenden bringt, danach mittels des Stempels die Bandenden mit der dazwischenliegenden Lamelle auf den Gegenhalter drückt und die Heizung der Lamelle einschaltet, bis die Schweisstemperatur erreicht ist, die Lamelle danach unter Beibehaltung des Druckes wegzieht und schliesslich noch den Druck erhöht, bis die Schweissung vollendet ist.

UNTERANSPRÜCHE 12. Vorrichtung nach Patentanspruch II an einer stationären Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Führungsbügel für das automatische, mechanische Umbinden aufweist.

13. Vorrichtung nach Patentanspruch II an einem Handgerät, dadurch gekennzeichnet, dass sie von Hand betätigbare Hebel zum Klemmen und Spannen des Bandes aufweist.