La présente invention a pour objets un procédé pour sceller à chaud les couches d'un film thermoplastique et un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle concerne notamment la formation de joints soudés dans un ruban continu à couches multiples de film thermoplastique et simultanément la séparation des segments adjacents du film soudé.
De nombreux dispositifs de scellage à chaud et appareils utilisant ces dispositifs sont connus et utilisés industriellement dans la fabrication d'une multitude de produits à partir de films thermoplastiques résineux. Le type du joint soudé, sa résistance, sa qualité et son uniformité requises ainsi que la dimension et le nombre désiré d'articles sont les facteurs principaux contribuant à la complexité et au coût de l'appareil. En général, la plupart des appareils automatiques de l'industrie pour la fabrication de sacs ou d'articles semblables à partir d'un film thermoplastique scellable à chaud sont complexes et coûteux et, bien que présentant une certaine souplesse quant à la variété et aux dimensions de produits qui peuvent être fabriqués. ils ne sont en général pas suffisamment rapides ou efficaces quand on veut obtenir de grandes quantités de produits d'une seule dimension.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait avancer un ruban continu de couches multiples d'un film thermoplastique vers un tambour rotatif comportant des moyens de scellage à chaud logés dans le tambour, on supporte le ruban de film de façon non tendue autour d'une partie au moins de la surface du tambour de façon à recouvrir les moyens de scellage dans le tambour. on étend les moyens de scellage vers l'extérieur à partir d'une surface évidée du tambour en engagement uniforme avec le fil supporté recouvrant les moyens de scellage pour former des soudures de joints dans les couches du fil, on ramène les moyens de scellage du film supporté dans la surface évidée du tambour alors que ce dernier continue à tourner et on décharge les couches du film scellées à chaud de la surface du tambour.
L'appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend un tambour rotatif monté autour de son axe longitudinal et présentant au moins une surface évidée ouverte vers l'extérieur s'étendant en travers de sa surface périphérique et parallélement à l'axe du tambour, des moyens pour faire tourner ce dernier autour de son axe, un ensemble de scellage à chaud monté de façon mobile dans la surface évidée du tambour et qui est excité de façon continue pour maintenir une température uniforme sur toute sa longueur. des moyens pour alimenter un ruban continu de couches multiples du film thermoplastique vers le tambour.
un support pour supporter le ruban continu du film autour d'une partie au moins de la surface périphérique du tambour et recouvrant la surface évidée de ce dernier, des moyens pour déplacer les moyens de scellage en direction radiale dans la surface évidée du tambour entre une position rétractée dans laquelle l'ensemble de scellage est déposé totalement dans la surface évidée du tambour et une position étendue dans laquelle l'ensemble de scellage se projette au-delà de la surface du tambour. et des moyens pour décharger les segments de film soudés à chaud du tambour.
Dans une forme d'exécution. I'appareil comprend des moyens d'alimentation du film agencés pour délivrer au moins deux couches de film thermoplastique scellable à chaud, un tambour rotatif monté adjacent aux moyens d'alimentation et aligné avec eux. le tambour comportant une surface évidée ouverte vers l'extérieur en travers de sa surface périphérique et pratiquement parallèle à l'axe longitudinal autour duquel tourne le tambour.
Un support pour le film comprend une courroie sans fin entrainée autour de rouleaux dont un au moins est entraîné, un des rouleaux étant aligné avec les moyens de captage du film, une partie de la surface extérieure de la courroie étant entraînée autour de la partie inférieure de la circonférence du tambour. Plusieurs rainures parallèles sont formées circonférentiellement autour de la périphérie du tambour et des rainures parallèles sont formées longitudinalement dans la courroie sans fin supportant le film.
Des moyens d'entraînement sont utilisés pour le tambour et le support du film, les vitesses de la surface périphérique du tambour et du support de film étant synchronisées pour supporter le film à l'état non tendu.
Des moyens de scellage à chaud peuvent être montés à glissement dans la surface évidée du tambour, ces moyens comprenant un élément de chauffage à fil maintenu sous une tension et à une température uniformes sur toute sa longueur, le fil de l'élément de chauffage étant placé de préférence à proximité du bord arrière de la surface évidée et parallèlement à la surface du tambour.
Des moyens peuvent être prévus pour déplacer selon un mouvement alternatif les moyens de scellage en direction radiale dans la surface évidée du tambour de manière à être alternativement engagés uniformément avec le film recouvrant cette surface ou dégagés de celui-ci, de manière que l'engagement des moyens de scellage et du film soude ensemble simultanément par des joints à soudure latérale parallèles et adjacents les multiples couches du film, les joints étant facilement séparés par le retrait des moyens de scellage engagés avec eux.
Des moyens peuvent être employés également pour enlever les segments scellés séparables du film de la surface du tambour et de la courroie du support, ces moyens comprenant des organes montés adjacents au tambour et à la courroie de support du film au-delà de la zone de scellage à chaud, alignés avec et dans les rainures formées dans les surfaces du tambour et de la courroie de support.
Lors du retrait des couches du film scellées à chaud des surfaces du tambour et de la courroie, le film peut être transporté pour un nouveau traitement par toutes méthodes connues.
L'appareil selon l'invention permet non seulement de produire rapidement et simultanément des joints soudés uniformes, parallèles et séparables dans les couches du film thermoplastique, mais il a encore l'avantage de produire des joints soudés connus dans la pratique sous l'expression joints soudés latéraux qui sont en général plus forts et formés au bord extrême de chaque article scellé séparable successif, ces joints réduisant l'excès de bavures du film entre les joints soudés adjacents. En outre, I'appareil peut fonctionner à une très haute vitesse qui, selon la dimension de l'article désiré, permet de produire, par exemple, au moins 160 articles scellés séparément d'une dimension uniforme de 76 cm par minute.
L'appareil ne demande qu'un entretien simple, les moyens de scellage, par exemple, étant faciles à remplacer et la dimension et la quantité des articles à produire pouvant être aisément variées par un simple réglage de la vitesse de rotation du tambour ou du cycle de déplacement des moyens de scellage à mouvement alternatif, ou encore en changeant le diamètre du tambour rotatif.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un appareil pour une mise en oeuvre du procédé selon l'invention, donnée à titre d'exemple;
la fig. I est une vue en perspective de cet appareil,
la fig. 2 en est une élévation latérale,
la fig. 3 est une vue à plus grande échelle d'un tambour représenté aux fig. I et 2,
la fig. 4 est une vue partielle à plus grande échelle du tambour des fig. I et 2 comportant des moyens de scellage à chaud,
la fig. 5 est une coupe selon la ligne 5-5 de la fig. 4,
la fig. 6 est une coupe à plus grande échelle selon la ligne 6-6 de la fig. 5, et
la fig. 7 est une coupe à plus grande échelle montrant un dispositif de retrait du film que comprend l'appareil.
L'appareil représenté utilise une nappe sans fin 1 1 de couches multiples continues d'un film thermoplastique scellable à chaud dans lesquelles des joints soudés doivent être formés, la nappe Il provenant d'un rouleau 10. La nappe peut comprendre une matière en feuille qui a été pliée longitudinalement pour former deux couches de film ou plus, ou elle peut être un tube de film aplati formant au moins deux couches séparées de matière en feuille.
Un ensemble à tambour 15 est monté sur un bâti de support 20 (fig. I et 2). L'appareil comprend en outre des piéces de bâti latérales 21 et 21a, un ensemble à tambour 15, des rouleaux d'alimentation de film 12, des moyens de support du film 25 et des rouleaux 14 de captage du film. Les moyens de support du film comprennent une courroie sans fin 26 comportant une surface tournée vers l'extérieur, élastique et résistante à la chaleur, entraînée autour de rouleaux de support 27', 27", 27"' et 28 et de la surface périphérique de la partie inférieure de l'ensemble à tambour 15. Les rouleaux de support 27 et 28 pour la courroie sont montés sur des arbres transversaux 27a, 28a montés à leurs extrémités dans des paliers dans les pièces latérales 21, 21a du bâti.
Les rouleaux d'alimentation 12 et de retrait 14 sont montés sur des arbres transversaux 12a et 14a, respectivement, montés dans des paliers dans les pièces latérales 21, 21a du bâti.
L'ensemble à tambour 15 (fig. 1 à 4) comprend un corps cylindrique 16 et des plateaux latéraux avant et arrière 17 qui supportent le corps 16 sur un arbre transversal 18 monté dans des paliers dans les pièces 21, 21a du bâti. Une surface évidée 35 s'ouvrant vers l'extérieur et comportant des parois latérales parallèles 36 est formée dans la surface extérieure de l'ensemble à tambour 15 et s'étend axialement en travers la face du corps cylindrique 16 et à travers les plateaux latéraux avant et arrière 17. Dans la surface évidée 35 est monté un ensemble de scellage à chaud 37 qui s'étend à ses extrémités au-delà des plateaux latéraux 17.
La surface de l'ensemble à tambour 15 comprend au moins une surface 35 avec l'ensemble de scellage 27 correspondant, le nombre de ces surfaces évidées et leur position autour de la circonférence du tambour dépendent de la quantité et des dimensions des articles de film à produire, ainsi que du diamètre du tambour.
L'ensemble de scellage à chaud 37 (fig. 4, 5 et 6) comprend une barre 38, des supports de barre 42, un isolateur 45 et un fil de scellage à chaud 46. La barre 38 peut glisser dans la surface évidée 35 entre les parois 36. Un montage de guidage 39 fixé environ au milieu de la barre 38 et s'étendant vers le bas depuis celle-ci est limité à glissement dans un trou 40. Le trou 40 est percé dans une pièce de renforcement 19 qui s'étend entre les plateaux latéraux avant et arrière 17 de l'ensemble à tambour 15.
La barre 18 s'étend en travers de toute la longueur de la surface évidée 35. Entre les extrémités de la barre 38 est logé un ressort de compression 41, entre le fond de la barre 38 et la pièce de renforcement 19, afin de ménager une monture élastique pour la barre 38. A chaque extrémité de la barre 38 et s'étendant au-delà des plateaux latéraux avant et arrière 17 est monté le support de barre 42 sur chacun desquels sont montés à rotation des galets suiveurs de came 43, 43a. L'isolateur 45 est fixé à la surface supérieure de la barre 38, s'étendant sur toute sa longueur. Le fil 46 de scellage à chaud s'étend en travers de la face ouverte de l'isolateur 45 et est monté à ses extrémités dans des porte-fils 47, 47a (fig. 1).
Le porte-fil 47a est fixé à une extrémité de la barre 38 et le porte-fil 47 à une tige coulissante 50 dont le glissement est limité dans un trou 51 dans l'autre extrémité de la barre 38. Un ressort de compression 52 est disposé entre la face extérieure de la tige coulissante 50 et la face intérieure du trou 51 afin de maintenir le fil 46 de scellage à chaud sous tension. Une cheville de guidage 54 passe à travers le porte-fil 47 monté à glissement et est fixée dans la barre 38, empêchant ainsi le porte-fil 47 de tourner.
Les porte-fil 47 et 47a comportent des parties supérieures à charnière 48 pouvant s'ouvrir autour d'un pivot 48a et fermées par un organe de fixation 49 pour permettre l'installation et le retrait faciles de l'ensemble du fil de scellage à chaud relativement aux porte-fil 47 et 47a. Les extrémités du fil 46 sont martelées comme montré en 46a (fig. 4 et 5) pour permettre leur retenue dans un bloc de retenue 56 et un bloc d'isolation 55 qui sont fixées dans les porte-fil 47, 47a par les parties supérieures à charnière 48. Tout fil constituant une résistance électrique peut être utilisé comme fil de scellage à chaud 46. Bien que de nombreuses matières pour fils de résistance, dans un grand domaine de diamètres de fils, puissent être envisagées, on utilise avec un fil de résistance un alliage de nickel-chrome d'un diamètre 1,25 à 1,75 mm.
Il est évident pour le spécialiste que les piéces de scellage à chaud de configurations autres que celle d'un fil de diamètre uniforme peuvent être appropriées. Toutefois, des pièces de scellage présentant un bord de scellage d'un rayon relativement faible, par exemple le bord du fil de scellage décrit plus haut, sont particulièrement appropriés et préférés pour les joints soudés latéralement , séparables et parallèles qu'ils produisent dans les couches multiples du film thermoplastique. Le fil 46 de scellage à chaud est alimenté en courant par des connexions à des anneaux commutateurs 58 (fig. 1 et 2) montés sur l'arbre 18 de l'ensemble à tambour.
Des anneaux de came 60 et 60a (fig. 1 et 2) montés verticalement entre les pièces de bâti latérales 21 et 21a et autour de l'arbre rotatif 18, sont à proximité des plateaux latéraux 17 et pratiquement coaxiaux avec le corps de tambour cylindrique 16.
Les surfaces intérieures des anneaux 60, 60a, qui ont des configurations pratiquement identiques, constituent des pistes de cames 62. Les galets 43 suiveurs de cames montés à chaque extrémité de la barre 38 de l'ensemble de scellage 37 (fig. 5) engagent les pistes 62 des anneaux 60 et 60a. Des segments 63 des pistes sont fixés aux sections correspondantes des anneaux 60, 60a et engagent par intermittence les galets 43a montés à proximité des galets 43 à chaque extrémité de la barre 38 (fig. 5) pendant le cycle de rotation de l'ensemble à tambour 15.
La fig. 7 montre une partie des moyens de retrait 74 du film de l'appareil des fig. 1 et 2, qui servent à décharger des segments scellés de film du tambour cylindrique 15 et de la courroie de support 26 et guident le film vers les rouleaux de retrait 14. Plusieurs plateaux parallèles 66 sont fixés à un arbre 67 qui est monté à rotation à proximité de l'extrémité de décharge du film de l'ensemble à tambour 15. Des organes flexibles 68 s'étendent vers le bas depuis les plateaux 66 et sont alignés dans des rainures 65 s'ouvrant à l'extérieur formées selon une circonférence dans la surface du corps cylindrique 16. Un plateau 71 de retrait du film comportant des organes flexibles espacés 72 s'étendant depuis le plateau est fixé à un arbre 73 qui est monté librement à l'extrémité de décharge de l'ensemble à tambour 15 à proximité du rouleau 28.
La courroie sans fin 26 entraînée autour des rouleaux 27 et 28 comporte des rainures 70 parallèles s'ouvrant à l'extérieur, formées longitudinalement dans sa surface. Les organes 72 s'étendant depuis le plateau 71 sont alignés avec les rainures 70 dans la surface de la courroie 26 entraînée autour du rouleau 28.
Les rainures 65 dans le corps 16 et les rainures 70 dans la surface de la courroie 26 sont formées pratiquement en travers de toute la largeur de la surface de ces piéces. L'espacement et la largeur des rainures doivent être tels qu'ils permettent une décharge facile du film depuis la surface de l'ensemble à tambour 15 et la courroie de support 26 et constituent un support uniforme pour les couches du film pendant le scellage à chaud. En général, les rainures peuvent être espacées de 5 à 10 cm et leur largeur peut varier entre 6,3 et 12,7 mm.
Les rouleaux 14 de retrait du film (fig. 1 et 2) comprennent un rouleau supérieur et un rouleau inférieur adjacents montés sur les arbres transversaux 14a montés eux-mêmes dans des paliers dans les piéces de bâti latérales 21 et 21a en alignement avec les moyens de décharge du film 74 et à faible distance de ces moyens. Une courroie sans fin 78 entraînée autour du rouleau inférieur 14 sert à transporter le film scellé 1 la déchargé de l'ensemble à tambour 15 dans des stations de traitement subséquentes.
Une brosse 75 de nettoyage de la courroie sans fin (fig. 1 et 2) est montée à rotation sur un arbre 75a et une brosse 76 de nettoyage du fil de scellage est montée à rotation sur un arbre 76a.
On voit à la fig. 6 qu'un conduit d'air 85 est fixé à une extrémité de l'arbre 18 qui est creux et connecté à une source d'air basse pression extérieure, non représentée. A l'autre extrémité, le conduit d'air 85 est fixé à un raccord 86 qui forme un canal continu avec une lumière 87 s'ouvrant sur la surface du corps cylindrique 16. On peut envisager plusieurs de ces conduits 85 et lumières 87 pour envoyer de l'air à basse pression sur la surface du corps 16, de préférence à proximité du bord arrière de la surface évidée 35 pour aider le retrait du film scellé 1 la de la surface du corps 16.
L'ensemble à tambour 15, les rouleaux 12 d'alimentation du film, les moyens de support 25 du film et les rouleaux 14 de retrait du film sont tous entraînés par une connexion à une unité d'entraînement 80 à vitesse variable (fig. 2). L'unité 80 est connectée par une courroie 81 à une roue 82 montée sur l'arbre 18 de l'ensemble à tambour. Une roue dentée non représentée montée sur l'arbre 18 est engagée avec un train d'engrenages sur les arbres 14a, 28a et 12a.
On va examiner maintenant le fonctionnement de l'appareil décrit (fig. 1 à 7).
Au cours du fonctionnement, une nappe continue des couches multiples du film 1 1 est amenée par les rouleaux d'alimentation 12 entre la courroie de support tournante 26 entraînée autour du rouleau 17' et l'ensemble à tambour 15 tournant, et est avancée alors qu'elle est supportée entre ces dispositifs. Les vitesses superficielles périphériques de la courroie de support 26 et de l'ensemble à tambour 15 sont synchronisées pour faire avancer la nappe de film 11 et la supporter dans une condition pratiquement sans tension.
La nappe de film recouvre ainsi la surface évidée 35 s'ouvrant vers l'extérieur dans l'ensemble à tambour 15 et est engagée par le fil 46 de scellage à chaud de l'ensemble de scellage 37 à mouvement alternatif pendant une période de temps suffisante pour effectuer le soudage des couches du film 1 1 par des joints séparables parallèles. Quand l'ensemble à tambour 15 tourne,
I'ensemble de scellage 37 se meut alternativement dans la surface évidée 35 depuis une position retirée dans laquelle l'ensemble de scellage 37 est logé totalement dans la profondeur de la surface 35 et le fil 46 est complétement retiré de la surface du corps cylindrique 16, vers une position extérieure de scellage à chaud avec le fil 46 qui se projette au-delà de la surface du corps 16 et engage les couches du film 11 enjambant la surface évidée 35, puis à nouveau dans la position retirée.
Les ressorts de compression 41 entre la barre 38 de l'ensemble de scellage 37 et la pièce de support 19 sollicite constamment l'ensemble de scellage 37 radialement vers l'extérieur. L'engagement des galets 43, montés à chaque extrémité de l'ensemble de scellage 37, avec les pistes de cames 62 des anneaux de came 60 et 60a, et l'engagement intermittent des galets 43a, montés à proximité des galets 43, avec les segments de pistes 63 fixés aux anneaux 60 et 60a contrarient la sollicitation vers l'extérieur des ressorts 41 et la trajectoire formée ainsi détermine la trajectoire de déplacement réciproque de l'ensemble de scellage 37 quand l'ensemble à tambour 15 tourne autour de l'arbre 18.
L'angle de rotation de l'ensemble à tambour 15 pendant que le fil de scellage 46 engage le film 1 1 recouvrant la surface évidée 35 peut varier de 10 à 150 et de préférence de 30 à 90 . En aucun cas l'ensemble de scellage 27 ne doit rester dans sa position étendue au-delà du point de décharge du film. La période d'engagement entre le fil de scellage 46 et le film 1 1 et la température du fil de scellage dépendent en général du type de film à souder et de la vitesse de rotation de l'ensemble à tambour 15.
Le fil 46 est excité électriquement à la température de scellage lors du commencement de la rotation de l'ensemble à tambour 15 et il est maintenu ensuite à une température de scellage constante.
La température à laquelle le fil 46 peut être utilisé est comprise en général entre 315 et 430 C selon le type de film à sceller. En outre, le fil 46 est maintenu sous tension constante et parallèle à la surface du corps 16 afin d'assurer un temps et une pression de contact uniformes avec le film 11. Le ressort de compression 52 (fig. 5) disposé entre la tige coulissante 50 fixée au porte-fil 47 et le trou 51 pousse constamment le porte-fil 47 vers l'extérieur pour maintenir le fil de scellage sous une tension uniforme.
Une lèvre 35a (fig. 3) s'étend depuis la surface du corps 16 sur la partie arrière de la surface évidée 35 et est utilisée avantageusement pour constituer un support supplémentaire pour le film 1 1 engagé par le fil de scellage 46, et favorise en outre la décharge du film scellé depuis la surface du corps 16.
L'ensemble à tambour 15 peut tourner à une vitesse allant jusqu'à 100 t/mn ou même plus, la vitesse de rotation dépendant, en général, seulement de la dimension du tambour et de la dimension et de la quantité des produits scellés à produire. Une propriété propre à l'appareil décrit est que cet appareil, fonctionnant automatiquement de façon continue, alimente rapidement et efficacement un ruban continu de couches multiples du film vers le dispositif de scellage à chaud où des joints soudés latéraux, séparables et parallèles, sont formés dans les couches du film, puis les segments de film scellés sont alors déchargés de l'appareil.
Le film à joints soudés 1 la est déchargé de l'ensemble à tambour 15 et de la courroie de support 26 par le dispositif de décharge 74 et guidé depuis ce dernier aux rouleaux de captage 14 sur la courroie transporteuse 78. Les organes 68 (fig. 1, 2 et 7) alignés dans les rainures 65 s'ouvrant à l'extérieur dans le corps 16 et les organes 72 alignés dans les rainures 70 dans la surface de la courroie 26 servent à décharger le film soudé 1 la de la surface de l'ensemble à tambour 15 et de la courroie 26, respectivement, sur le plateau de guidage 71 qui guide alors le film I la entre les rouleaux 14 sur la courroie 78. Les rouleaux 14 peuvent tourner à une vitesse quelque peu supérieure à celle du tambour 15, favorisant ainsi la séparation des segments soudés de film quand ils sont déposés sur la courroie 78.
Pour éviter que les segments de film s'accumulent sur la surface de la courroie 26 et du fil de scellage 46, on a trouvé avantageux d'utiliser des organes de nettoyage qui enlèvent continuellement tout segment accumulé. La brosse de nettoyage rotative 75, qui peut être entraînée séparément, balaie constamment la surface de la courroie 26 et chasse le film qui a adhéré à celleci pendant le scellage à chaud. La brosse de nettoyage rotative 76 engage et balaie la surface du fil de scellage 46 pendant chaque rotation de l'ensemble à tambour 15. L'ensemble de scellage 37 est déplacé vers sa position d'extension vers l'extérieur pendant la partie du cycle de rotation de l'ensemble 15 quand la brosse 76 engage le fil 46.
L'appareil décrit est capable de produire automatiquement et rapidement des joints soudés uniformes et résistants dans les couches multiples d'un film thermoplastique tout en séparant simultanément le film en segments soudés séparés. L'appareil peut s'adapter à n'importe quel film thermoplastique scellable à chaud, par exemple des films de polyéthylène ou de chlorure de polyvinyle, et peut être utilisé pour préparer rapidement des articles dans un large domaine de dimensions.
REVENDICATION I
Procédé pour sceller à chaud les couches d'un film thermoplastique, caractérisé en ce qu'on fait avancer un ruban continu de couches multiples d'un film thermoplastique vers un tambour rotatif comportant des moyens de scellage à chaud logés dans le tambour, on supporte le ruban de film de façon non tendue autour d'une partie au moins de la surface du tambour de façon à recouvrir les moyens de scellage dans le tambour, on étend les moyens de scellage vers l'extérieur à partir d'une surface évidée du tambour en engagement uniforme avec le film supporté recouvrant les moyens de scellage pour former des soudures de joints dans les couches du film,
on ramène les moyens de scellage du film supporté dans la surface évidée du tambour alors que ce dernier continue à tourner et on décharge les couches du film scellées à chaud de la surface du tambour.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
The present invention relates to a process for heat sealing the layers of a thermoplastic film and to an apparatus for carrying out this process. It relates in particular to the formation of welded joints in a continuous multi-layered tape of thermoplastic film and simultaneously to the separation of adjacent segments of the welded film.
Numerous heat-sealing devices and apparatus using these devices are known and used industrially in the manufacture of a multitude of products from resinous thermoplastic films. The type of welded joint, its required strength, quality and uniformity as well as the desired size and number of items are the main factors contributing to the complexity and cost of the apparatus. In general, most of the automatic machines in the industry for making bags or the like from heat-sealable thermoplastic film are complex and expensive and, while having some flexibility in variety and methods. dimensions of products that can be manufactured. they are generally not fast or efficient enough when it comes to obtaining large quantities of products of a single dimension.
The method according to the invention is characterized in that one advances a continuous tape of multiple layers of a thermoplastic film towards a rotating drum having heat-sealing means housed in the drum, the film tape is supported in such a manner. not stretched around at least part of the surface of the drum so as to cover the sealing means in the drum. extending the sealing means outwardly from a recessed surface of the drum in uniform engagement with the supported wire covering the sealing means to form seam welds in the layers of the wire, returning the sealing means from the film supported in the recessed surface of the drum as the drum continues to rotate and the heat sealed film layers are discharged from the surface of the drum.
The apparatus for carrying out this method is characterized in that it comprises a rotary drum mounted around its longitudinal axis and having at least one recessed surface open towards the outside extending across its peripheral surface and parallel to the axis of the drum, means for rotating the latter about its axis, a heat seal assembly movably mounted in the recessed surface of the drum and which is continuously energized to maintain a uniform temperature throughout its length. means for feeding a continuous ribbon of multiple layers of the thermoplastic film to the drum.
a support for supporting the continuous ribbon of film around at least a portion of the peripheral surface of the drum and covering the recessed surface of the latter, means for moving the sealing means radially in the recessed surface of the drum between a retracted position in which the seal assembly is fully deposited into the recessed surface of the drum and an extended position in which the seal assembly projects beyond the surface of the drum. and means for unloading the heat-sealed film segments from the drum.
In one embodiment. The apparatus comprises film supply means arranged to supply at least two layers of heat-sealable thermoplastic film, a rotating drum mounted adjacent to and aligned with the supply means. the drum having a recessed surface open outwardly across its peripheral surface and substantially parallel to the longitudinal axis around which the drum rotates.
A support for the film comprises an endless belt driven around rollers of which at least one is driven, one of the rollers being aligned with the film collecting means, part of the outer surface of the belt being driven around the lower part. the circumference of the drum. A plurality of parallel grooves are formed circumferentially around the periphery of the drum and parallel grooves are formed longitudinally in the endless belt supporting the film.
Drive means are used for the drum and the film support, the speeds of the peripheral surface of the drum and the film support being synchronized to support the film in an unstretched state.
Heat sealing means may be slidably mounted in the recessed surface of the drum, said means comprising a wire heating element maintained under uniform tension and temperature throughout its length, the heating element wire being preferably placed near the trailing edge of the recessed surface and parallel to the surface of the drum.
Means may be provided for reciprocatingly moving the sealing means in a radial direction in the recessed surface of the drum so as to be alternately uniformly engaged with or released from the film covering that surface so that the engagement sealing means and film simultaneously welds together by parallel and adjacent side weld seams the multiple layers of the film, the seams being easily separated by removal of the sealing means engaged therewith.
Means may also be employed for removing the separable sealed segments of the film from the surface of the drum and the carrier belt, such means comprising members mounted adjacent to the drum and the film carrier belt beyond the area of. heat sealing, aligned with and in the grooves formed in the surfaces of the drum and the support belt.
Upon removal of the heat sealed film layers from the drum and belt surfaces, the film can be transported for further processing by any known methods.
The apparatus according to the invention not only enables the rapid and simultaneous production of uniform, parallel and separable welded joints in the layers of the thermoplastic film, but it also has the advantage of producing welded joints known in the art under the expression Side welded seams which are generally stronger and formed at the end edge of each successive separable sealed article, these seams reducing excess film burrs between adjacent welded seams. Further, the apparatus can operate at a very high speed which, depending on the size of the article desired, can produce, for example, at least 160 separately sealed articles of a uniform size of 76 cm per minute.
The apparatus requires only simple maintenance, the sealing means, for example, being easy to replace and the size and quantity of the articles to be produced being easily varied by a simple adjustment of the speed of rotation of the drum or of the drum. cycle of movement of the sealing means with reciprocating movement, or by changing the diameter of the rotating drum.
The appended drawing represents, by way of example, an apparatus for implementing the method according to the invention, given by way of example;
fig. I is a perspective view of this device,
fig. 2 is a side elevation,
fig. 3 is a view on a larger scale of a drum shown in FIGS. I and 2,
fig. 4 is a partial view on a larger scale of the drum of FIGS. I and 2 comprising heat sealing means,
fig. 5 is a section taken along line 5-5 of FIG. 4,
fig. 6 is a section on a larger scale along line 6-6 of FIG. 5, and
fig. 7 is an enlarged sectional view showing a film removal device included in the apparatus.
The apparatus shown uses an endless web 11 of continuous multiple layers of a heat-sealable thermoplastic film in which welded seams are to be formed, the web 11 coming from a roll 10. The web may comprise sheet material. which has been folded longitudinally to form two or more film layers, or it may be a flattened film tube forming at least two separate layers of sheet material.
A drum assembly 15 is mounted on a support frame 20 (Figs. I and 2). The apparatus further comprises side frame pieces 21 and 21a, a drum assembly 15, film feed rollers 12, film support means 25 and film pickup rollers 14. The film support means comprise an endless belt 26 having an outwardly facing, elastic and heat resistant surface, driven around support rollers 27 ', 27 ", 27"' and 28 and the peripheral surface. of the lower part of the drum assembly 15. The support rollers 27 and 28 for the belt are mounted on transverse shafts 27a, 28a mounted at their ends in bearings in the side pieces 21, 21a of the frame.
The feed 12 and retract rollers 14 are mounted on cross shafts 12a and 14a, respectively, mounted in bearings in the side pieces 21, 21a of the frame.
The drum assembly 15 (fig. 1 to 4) comprises a cylindrical body 16 and front and rear side plates 17 which support the body 16 on a transverse shaft 18 mounted in bearings in the parts 21, 21a of the frame. An outwardly opening recessed surface 35 having parallel side walls 36 is formed in the outer surface of the drum assembly 15 and extends axially across the face of the cylindrical body 16 and through the side plates. front and rear 17. In the recessed surface 35 is mounted a heat seal assembly 37 which extends at its ends beyond the side plates 17.
The surface of the drum assembly 15 comprises at least one surface 35 with the corresponding sealing assembly 27, the number of such recessed surfaces and their position around the circumference of the drum will depend on the quantity and dimensions of the film articles. to be produced, as well as the diameter of the drum.
The heat seal assembly 37 (Figs. 4, 5 and 6) includes a bar 38, bar supports 42, an insulator 45, and a heat seal wire 46. The bar 38 can slide into the recessed surface 35. between the walls 36. A guide fixture 39 fixed approximately in the middle of the bar 38 and extending downward from it is limited to sliding in a hole 40. The hole 40 is drilled in a reinforcement piece 19 which extends between the front and rear side platters 17 of the drum assembly 15.
The bar 18 extends across the entire length of the recessed surface 35. Between the ends of the bar 38 is housed a compression spring 41, between the bottom of the bar 38 and the reinforcing piece 19, in order to spare a resilient mounting for the bar 38. At each end of the bar 38 and extending beyond the front and rear side plates 17 is mounted the bar support 42 on each of which are rotatably mounted cam follower rollers 43, 43a. Insulator 45 is attached to the top surface of bar 38, extending its entire length. The heat seal wire 46 extends across the open face of the insulator 45 and is mounted at its ends in wire carriers 47, 47a (Fig. 1).
The yarn holder 47a is fixed to one end of the bar 38 and the yarn holder 47 to a sliding rod 50 whose sliding is limited in a hole 51 in the other end of the bar 38. A compression spring 52 is provided. disposed between the outer face of the sliding rod 50 and the inner face of the hole 51 in order to keep the heat sealing wire 46 under tension. A guide pin 54 passes through the slidably mounted yarn holder 47 and is secured in the bar 38, thus preventing the yarn holder 47 from rotating.
Wire carriers 47 and 47a have hinged top portions 48 which can be opened around a pivot 48a and closed by a retainer 49 to allow easy installation and removal of the entire sealing wire. hot relative to the wire carriers 47 and 47a. The ends of the wire 46 are hammered as shown at 46a (fig. 4 and 5) to allow their retention in a retaining block 56 and an insulation block 55 which are fixed in the wire carriers 47, 47a by the upper parts. hinged 48. Any wire constituting an electrical resistance can be used as a heat seal wire 46. Although many resistance wire materials, in a wide range of wire diameters, can be envisioned, it is used with a heat seal wire. strength a nickel-chromium alloy with a diameter of 1.25 to 1.75 mm.
It will be obvious to those skilled in the art that heat seal pieces of configurations other than that of a uniform diameter wire may be suitable. However, sealing pieces having a sealing edge of a relatively small radius, for example the edge of the sealing wire described above, are particularly suitable and preferred for the laterally welded, separable and parallel joints which they produce in the joints. multiple layers of thermoplastic film. The heat seal wire 46 is supplied with power through connections to switch rings 58 (Figs. 1 and 2) mounted on the shaft 18 of the drum assembly.
Cam rings 60 and 60a (fig. 1 and 2) mounted vertically between the side frame pieces 21 and 21a and around the rotary shaft 18, are near the side plates 17 and substantially coaxial with the cylindrical drum body. 16.
The inner surfaces of the rings 60, 60a, which have substantially identical configurations, constitute cam tracks 62. The cam follower rollers 43 mounted at each end of the bar 38 of the seal assembly 37 (Fig. 5) engage the tracks 62 of the rings 60 and 60a. Segments 63 of the tracks are attached to corresponding sections of rings 60, 60a and intermittently engage rollers 43a mounted near rollers 43 at each end of bar 38 (Fig. 5) during the cycle of rotation of the assembly to. drum 15.
Fig. 7 shows part of the means 74 for removing the film from the apparatus of FIGS. 1 and 2, which serve to unload sealed segments of film from the cylindrical drum 15 and the support belt 26 and guide the film to the withdrawal rollers 14. Several parallel platens 66 are attached to a shaft 67 which is rotatably mounted. near the discharge end of the film of the drum assembly 15. Flexible members 68 extend downward from the platters 66 and are aligned in outwardly opening grooves 65 formed at a circumference. in the surface of the cylindrical body 16. A film removal tray 71 having spaced flexible members 72 extending from the tray is attached to a shaft 73 which is freely mounted at the discharge end of the drum assembly 15. near the roller 28.
Endless belt 26 driven around rollers 27 and 28 has outwardly opening parallel grooves 70 formed longitudinally in its surface. The members 72 extending from the plate 71 are aligned with the grooves 70 in the surface of the belt 26 driven around the roller 28.
The grooves 65 in the body 16 and the grooves 70 in the surface of the belt 26 are formed substantially across the entire width of the surface of these parts. The spacing and width of the grooves should be such as to allow easy discharge of the film from the surface of the drum assembly 15 and the support belt 26 and provide a uniform support for the layers of film during sealing. hot. In general, the grooves can be spaced 5-10 cm apart and their width can vary between 6.3 and 12.7 mm.
The film removal rollers 14 (Figs. 1 and 2) comprise an adjacent upper roll and a lower roll mounted on the cross shafts 14a themselves mounted in bearings in the side frame pieces 21 and 21a in alignment with the means. discharge of the film 74 and at a short distance from these means. An endless belt 78 driven around the lower roll 14 serves to transport the sealed film 1 la discharged from the drum assembly 15 to subsequent processing stations.
An endless belt cleaning brush 75 (Figs. 1 and 2) is rotatably mounted on a shaft 75a and a sealing wire cleaning brush 76 is rotatably mounted on a shaft 76a.
We see in fig. 6 that an air duct 85 is attached to one end of the shaft 18 which is hollow and connected to an external low pressure air source, not shown. At the other end, the air duct 85 is attached to a fitting 86 which forms a continuous channel with a lumen 87 opening onto the surface of the cylindrical body 16. Several of these ducts 85 and lumens 87 can be envisaged for blow low pressure air over the surface of the body 16, preferably near the trailing edge of the recessed surface 35 to aid removal of the sealed film 11a from the surface of the body 16.
The drum assembly 15, the film feed rollers 12, the film support means 25 and the film withdrawal rollers 14 are all driven by a connection to a variable speed drive unit 80 (Fig. 2). Unit 80 is connected by a belt 81 to a wheel 82 mounted on the shaft 18 of the drum assembly. A toothed wheel not shown mounted on the shaft 18 is engaged with a gear train on the shafts 14a, 28a and 12a.
We will now examine the operation of the apparatus described (fig. 1 to 7).
In operation, a continuous web of multiple layers of the film 11 is fed by the feed rollers 12 between the rotating support belt 26 driven around the roll 17 'and the rotating drum assembly 15, and is then advanced. that it is supported between these devices. The peripheral surface speeds of the support belt 26 and the drum assembly 15 are synchronized to advance the web of film 11 and support it in a substantially tension-free condition.
The web of film thus covers the recessed surface 35 opening outwardly in the drum assembly 15 and is engaged by the heat sealing wire 46 of the sealing assembly 37 reciprocating for a period of time. sufficient to perform the welding of the film layers 1 1 by separable parallel joints. When the drum unit 15 rotates,
The seal assembly 37 alternately moves in the recessed surface 35 from a withdrawn position in which the seal assembly 37 is fully seated in the depth of the surface 35 and the wire 46 is completely withdrawn from the surface of the cylindrical body 16 , to an exterior heat seal position with the wire 46 projecting beyond the surface of the body 16 and engaging the layers of the film 11 spanning the recessed surface 35, then again in the withdrawn position.
The compression springs 41 between the bar 38 of the sealing assembly 37 and the support piece 19 constantly urges the sealing assembly 37 radially outward. The engagement of the rollers 43, mounted at each end of the sealing assembly 37, with the cam tracks 62 of the cam rings 60 and 60a, and the intermittent engagement of the rollers 43a, mounted near the rollers 43, with the track segments 63 attached to the rings 60 and 60a counteract the outward bias of the springs 41 and the path thus formed determines the reciprocal path of movement of the seal assembly 37 as the drum assembly 15 rotates around the path. 'tree 18.
The angle of rotation of the drum assembly 15 while the sealing wire 46 engages the film 11 covering the recessed surface 35 can vary from 10 to 150 and preferably from 30 to 90. Under no circumstances should the sealing assembly 27 remain in its extended position beyond the discharge point of the film. The period of engagement between the sealing wire 46 and the film 11 and the temperature of the sealing wire generally depend on the type of film to be welded and on the speed of rotation of the drum assembly 15.
Wire 46 is electrically energized at the seal temperature upon commencement of rotation of the drum assembly 15 and is thereafter maintained at a constant seal temperature.
The temperature at which the wire 46 can be used is generally between 315 and 430 C depending on the type of film to be sealed. Furthermore, the wire 46 is kept under constant tension and parallel to the surface of the body 16 in order to ensure a uniform contact time and pressure with the film 11. The compression spring 52 (fig. 5) disposed between the rod slide 50 attached to the wire holder 47 and the hole 51 constantly pushes the wire holder 47 outward to keep the sealing wire under uniform tension.
A lip 35a (Fig. 3) extends from the surface of the body 16 on the rear part of the recessed surface 35 and is advantageously used to constitute an additional support for the film 1 1 engaged by the sealing wire 46, and promotes further discharging the sealed film from the body surface 16.
The drum assembly 15 can rotate at a speed of up to 100 rpm or even more, the speed of rotation depending, in general, only on the size of the drum and the size and quantity of the products sealed to it. produce. A property of the disclosed apparatus is that this apparatus, automatically operating continuously, quickly and efficiently feeds a continuous tape of multiple layers of the film to the heat sealer where side, separable and parallel welded joints are formed. in the film layers, then the sealed film segments are then discharged from the apparatus.
The welded seam film 11a is discharged from the drum assembly 15 and the support belt 26 by the discharge device 74 and guided therefrom to the pickup rollers 14 on the conveyor belt 78. The members 68 (FIG. 1, 2 and 7) aligned in the grooves 65 opening outwardly in the body 16 and the members 72 aligned in the grooves 70 in the surface of the belt 26 serve to discharge the welded film 11a from the surface. of the drum assembly 15 and the belt 26, respectively, on the guide plate 71 which then guides the film Ia between the rollers 14 on the belt 78. The rollers 14 can rotate at a speed somewhat higher than that. of the drum 15, thus promoting the separation of the welded segments of film when they are deposited on the belt 78.
To prevent film segments from accumulating on the surface of belt 26 and sealing wire 46, it has been found advantageous to use cleaners which continuously remove any accumulated segment. The rotating cleaning brush 75, which can be driven separately, constantly sweeps the surface of the belt 26 and removes the film which has adhered to it during heat sealing. The rotating cleaning brush 76 engages and sweeps the surface of the seal wire 46 during each rotation of the drum assembly 15. The seal assembly 37 is moved to its outwardly extended position during the cycle portion. of rotation of the assembly 15 when the brush 76 engages the wire 46.
The disclosed apparatus is capable of automatically and rapidly producing uniform and strong welded joints in multiple layers of a thermoplastic film while simultaneously separating the film into separate welded segments. The apparatus can accommodate any heat-sealable thermoplastic film, for example polyethylene or polyvinyl chloride films, and can be used to quickly prepare articles over a wide range of dimensions.
CLAIM I
A method of heat sealing layers of a thermoplastic film, characterized in that a continuous web of multiple layers of a thermoplastic film is fed to a rotating drum having heat sealing means housed in the drum, supported the film tape unstretched around at least part of the surface of the drum so as to cover the sealing means in the drum, the sealing means is extended outwardly from a recessed surface of the drum. drum in uniform engagement with the supported film covering the sealing means to form seam welds in the film layers,
the means for sealing the film supported in the recessed surface of the drum are brought back while the latter continues to rotate and the layers of the heat-sealed film are discharged from the surface of the drum.
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