Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gegenständen, die aus mindestens zwei miteinander verschweissten thermoplastischen Kunststoff-Folien bestehen, eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens, einen nach dem Verfahren hergestellten Sack und dessen besondere Verwendung.
Das Verschweissen thermoplastischer Kunststoff-Folien hat in der Verpackungsindustrie eine erhebliche Bedeutung erlangt, aber die bisher bekannten Verfahren sind technologisch problematisch, heikel in der Anwendung oder kompliziert und damit kostspielig hinsichtlich der erforderlichen Mittel zur Ausführung, teilweise auch in der Qualität des Resultats unbefriedigend und ausnahmslos begrenzt bezüglich der Anwendungsmöglichkeiten, so dass man beim Vorliegen verschiedenartiger Aufgaben gezwungen ist, eine grössere Anzahl Schweissmaschinen zur Ausführung verschiedener Verfahren anzuschaffen. Die bisher bekannten Verfahren weisen durch Vergeudung von Material und Energie mehr oder weniger mangelhafte Wirtschaftlichkeit auf. Schliesslich gibt es aktuelle Aufgaben der Verpackungstechnik, die bisher ungelöst geblieben waren.
Beim Heiss-Siegeln von thermoplastischen Kunststoff-Folien entsteht eine Verschweissung zwischen den Siegelbacken, so dass die Abkühlung der Schweissnaht unter beibehaltenem Druck ein nicht einwandfrei lösbares Problem darstellt, während Freigeben vor vollständiger Abkühlung zur Schrumpfung der Naht und zur Faltenbildung der Folien führt. Ein weiteres Problem stellt die Siegelbackenhaftung dar; man ist gezwungen, die Backen oder Rollen mit Polytetrafluoräthylen oder mit Silikongummi zu überziehen, mit Stoffen also, die nicht verschleissfest sind und den Wärmeübergang gravierend beeinträchtigen. Die Backentemperatur ist kritisch und muss in sehr engen Grenzen gehalten werden. Man kann damit nur zwei dünne Folien aufeinanderschweissen, und in der Schweissnaht ist die Foliendicke vermindert, so dass die Schweissnaht die schwächste Stelle darstellt.
Die Schweissnaht fällt nicht zuverlässig haltbar und nicht zuverlässig dicht aus. Verstreckte thermoplastische Folien lassen sich nach Verfahren dieser Art praktisch nicht verschweissen.
Verstreckte thermoplastische Folien liessen sich bisher am ehesten noch nach dem Trennaht-Schweissverfahren verschweissen, aber die Nahtfestigkeit fällt hierbei unbefriedigend aus; der Bruch pflegt neben der Naht zu erfolgen, wo die Orientierung des Grundmaterials aufhört und ohne Übergang die unorientierte Struktur der Schweissnaht beginnt. Die bekannten Trennaht-Schweissverfahren arbeiten grundsätzlich derart, dass die Schweissnaht auf jeder der beiden Seiten von einer Backe umschlossen wird und sich dazwischen im Kontakt mit der Folie ein Glühdraht befindet, der die Folienlagen durchschmilzt und beiderseits eine Schweissnaht hinterlässt; erst nach Abkühlung dürfen die Backen geöffnet werden. Das Verfahren ist bei Herstellung von Beuteln mit Seitenfalten zumindest problematisch und nur bei dünnen Folien anwendbar.
Für dickere Folien (Polyäthylen bis 0,6 mm, andere Folien bis 0,12 mm) hat man eine ähnlich aufgebaute Einrichtung im sogenannten Wärmeimpuls-Schweissverfahren benutzt; Heizdraht und Backen mussten mit Polytetrafluoräthylen bzw. Silikongummi belegt werden. Gleichmässig über die Heizdrahtlänge verteilte Temperatur und Heizleistung ist nicht erzielbar, wodurch die Länge der Schweissnaht begrenzt ist und die Folie in der Mitte leicht verbrannt wird, auch kann der Heizdraht dort Schaden leiden. Die Wärmeabfuhr zum Kühlen der Schweissnaht geht nur extrem langsam vor sich, und Einrichtungen, die dies zu umgehen suchen, sind ungemein aufwendig.
Beutel mit Seitenfalten sind hiermit kaum verschweissbar.
Schliesslich gibt es noch Hochfrequenz- und Ultraschall Schweissverfahren, aber ihr Anwendungsbereich ist grundsätzlich so eng und begrenzt, dass es sich erübrigt, in diesem Zusammenhange darauf einzugehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das die vorstehend angedeuteten Nachteile der bekannten Verfahren möglichst vollständig vermeidet und das insbesondere Folien jeder Dicke und Lagenzahl zu verschweissen gestattet, so dass man u. a. auch Seitenfaltensäcke ohne weiteres verschweissen kann, das Schweissnähte von höherer Festigkeit liefert, als sie das Folienmaterial besitzt, und dies ohne dass neben der Schweissnaht in den Folien eine Zone mit verminderter Festigkeit entstünde, das verstreckte Folien ohne weiteres ebenso gut zu verschweissen gestattet wie nicht orientierte, das grundsätzlich beliebige Schweissnahtlängen ermöglicht, das möglichst leistungsfähig ist und die Verwendung von verschweissanfälligen wie auch von wärmedämmenden Stoffen an Stellen vermeidet,
wo die Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens funktionsgemäss auf Verschleiss beansprucht ist bzw. einen guten Wärmeübergang aufweisen sollte.
Die Erfindung erreicht dies mit Hilfe der folgenden Massnahmen: a) Man spannt die zu verschweissenden Folienlagen neben der herzustellenden Verschweissung zwischen Backen ein, die bei Wärmezufuhr an die Folienlagen als Kühlbacken wirken; b) man sorgt dafür, dass die Folienlagen über die Backenkanten um einen solchen Betrag vorstehen, dass die gesamte Querschnittsfläche der vorstehenden Teile ungefähr gleich der gewünschten Querschnittsfläche der herzustellenden Schweissnaht ist; c) man erhitzt die vorstehenden Teile der Folienlagen mit einer Flamme oder mit heissem Gas auf Schmelztemperatur, so dass sich die Schmelze infolge ihrer Oberflächenspannung unmittelbar entlang den Spannbacken zu einem rundlichen Querschnitt zusammenzieht und beim Erkalten eine Schweissnaht bildet, in der die Folienlagen enden;
d) man öffnet die Spannbacken frühestens dann, wenn die gebildete Schweissnaht so weit abgekühlt und verfestigt ist, dass sie eine für die Entnahme der verschweissten Folien ausreichende Festigkeit besitzt; e) man beschneidet die Folienlagen entsprechend den für den Gegenstand vorgesehenen Abmessungen vor oder nach den vorstehenden Arbeitsgängen oder in Kombination mit dem Arbeitsgang gemäss Merkmal b).
Man erkennt insbesondere, dass bei dem neuen Verfahren nicht die Pressbacken selber schweissend wirken müssen, sondern dass die Schweissung neben den Backen erfolgt, wo man der freiliegenden Schweissnaht mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad und bei optimalem Wärmeübergang, also innert kürzester Frist, die benötigte Wärmemenge zuführen kann.
Die Schweissnaht entsteht unmittelbar neben den Backen, das Material zwischen den Backen wird jedoch nicht bis zur Klebrigkeit erhitzt, die Backen benötigen daher keinen im unerwünschten Nebeneffekt wärmedämmenden und verschleissanfälligen Überzug, ohne Überzug leiten sie die Wärme von der Schweissnaht also optimal ab, die Abkühlungszeit fällt hierdurch kurz aus. Bei Bedarf kann man zumindest die auf der Seite der Wärmezufuhr liegende Backe mit einer Durchlauf oder Umlaufkühlung versehen. Dabei bleiben die Folienlagen bis unmittelbar an die Schweissnaht unter der Wirkung der Backenpressung, was noch zuverlässiger als Pressung der Schweissnaht selber bis zur Abkühlung ein Verziehen der Naht und Faltenbildung in der benachbarten Folie verhütet.
Die Dicke der Schweissnaht richtet sich danach, wie weit man die Folienlagen an den Backenkanten vorstehen lässt, wieviel Material also für das Schmelzen und die Bildung der Schweissnaht zur Verfügung steht; man kann auf diese Weise die Schweissnaht ohne weiteres dicker machen als die Folienlagen miteinander, so dass allein schon aus diesem Grunde die Festigkeit in der Naht grösser ist.
Es wurde beobachtet, dass sich eine dickere Schweissnaht beim neuen Verfahren grundsätzlich so ausbildet, dass sie mit einer leichten Hohlkehle in die benachbarten Folien übergeht; man kann diese Tendenz noch dadurch unterstützen, dass man die Backenkanten leicht abrundet. Die sehr gute Festigkeit auch in der Folie neben der Schweissnaht - sogar auch dann, wenn es sich um verstreckte Folie handelt - hat möglicherweise noch einen weiteren Grund. Die Schmelze, welche die Tendenz hat, sich zu kreisähnlichem Querschnitt zusammenzuziehen, erkaltet zuerst an der äusseren Oberfläche der Naht, dort eine kreisbogenförmig gewölbte, immer stärker werdende Haut bildend, während sich der noch flüssige Kern bei weiterer Erkaltung immer mehr zusammenzieht.
Dies hat einerseits eine typische Einsenkung der schon festen Haut zur Folge, anderseits aber wird gleichzeitig aus den benachbarten Folienbahnen Material nachgezogen und damit dort eine Orientierung bewirkt. Dies wäre eine Erklärung für die gute Folienfestigkeit neben der Schweissnaht, und bei verstreckten Folien liefe dies darauf hinaus, dass ihre Orientierung dank dem neuen Verfahren bis in die Schweissnaht hineinreicht.
Die Massnahme zur Erzielung der gewünschten Quer schnittsfläche kann darin bestehen, dass man die Folienlagen im gewünschten Abstand parallel zu den Backenkanten beschneidet. Bei einem anderen Vorgehen kann man die Folienlagen aber auch bis zu einem vor die Backenkante gebrachten Anschlag vorschieben und die Backen dann erst zusammenspannen.
Bei fortlaufendem Arbeiten, insbesondere zur Herstellung einer Folge von Säcken aus einer Schlauchfolienbahn, kann man beim ersteren Vorgehen die Folienbahn nach Herstellung einer ersten als Bodennaht dienenden Schweissnaht um eine Sacklänge weitertransportieren und dann zur Herstellung der Bodennaht des nächsten Sackes parallel der Backenkante durchschneiden und verschweissen sowie dies fortgesetzt wiederholen. Beim anderen Vorgehen kann man hierzu die Folienbahn während der Herstellung einer ersten als Bodennaht dienenden Schweissnaht um eine Sacklänge vor dieser durchschneiden und sie dann zur Herstellung der Bodennaht des nächsten Sackes erneut bis an den Anschlag verschieben und verschweissen sowie dies fortgesetzt wiederholen.
Das Durchschneiden bzw. Beschneiden kann auf verschiedene, an sich bekannte Weise erfolgen, insbesondere derart, dass man es quer über die Folienlagen oder Folienbahn vom einen Rande zum anderen Rande durchlaufend vornimmt. So nimmt man zweckmässigerweise auch das Erhitzen auf Schmelztempe#ratur vor; über die ganze Breite gleichzeitig ausgeführt, würde es nämlich nicht leicht gleichmässig geschehen.
Dann kann man aber auch das Schneiden und das Erhitzen auf Schmelztemperatur im gleichen Arbeitsgange vornehmen, indem man, mit der Schneideinrichtung voran, eine Schneideinrichtung und eine Schmelzeinrichtung miteinander bewegt.
Im Rahmen des neuen Verfahrens ist es vorteilhaft, zum Erhitzen auf Schmelztemperatur mindestens einen Brenner anzuwenden, der bei reichlicher Luft- oder Sauerstoffzufuhr den Brennstoff, beispielsweise Propangas, vollständig verbrennt und Regulierung der Zufuhr von Luft oder Sauerstoff und Brennstoff gestattet. Anstelle des Brenners oder zusätzlich zu diesem kann man aber auch eine Düse anwenden, aus welcher ein heisses Gas in regulierbarer Menge austritt. Brenner oder Düsen können zur Erhöhung der Schweissgeschwindigkeit relativ breit gestaltet werden, oder man ordnet zu diesem Zweck mehrere Brenner und/oder Düsen nebeneinander an.
Auf den ersten Blick mag die Flammentemperatur eines Brenners viel zu hoch für thermoplastische Kunststoff-Folien scheinen, aber man darf nicht übersehen, dass diese bei dem Vorgang bei weitem nicht die Flammentemperatur annehmen und dass ihre Zersetzungstemperatur z. T. sehr weit über ihrer Schmelztemperatur liegt. Der Wärmeübergang zur Schweissnaht erfolgt direkt und ist sehr gut, und das praktische Relultat zeigt, dass Überhitzung des Folienmaterials auch bei maximaler Schweissleistung nicht vorkommt, ferner dass die Schweissnaht über ihre Länge vollkommen gleichmässig ausfällt.
Zur noch besseren Energieausnutzung bzw. zur Einsparung von Wärmeenergie kann man das Abgas auffangen und zum Vorwärmen des vorstehenden Teiles der Folienlagen vor dessen Erhitzen auf Schmelztemperatur benutzen. Hierzu kann man das Abgas aus einer Düse austreten lassen, die man zwischen der Schneideinrichtung und der Schmelzeinrichtung anordnet und gemeinsam hiermit bewegt. Bei gleichbleibender Wärmezufuhr in der Schmelzeinrichtung erhöht dies die Schweissgeschwindigkeit; lässt man letztere aber gleich, so kann man dank der Abgasverwertung zum Vorwärmen die Wärmezufuhr zur Schmelzeinrichtung vermindern.
Selbstverständlich wird man die Schneideinrichtung in einem solchen Abstande von der Schmelzeinrichtung od. ggf.
von der Vorwärmeeinrichtung anbringen, dass sie sich nicht wesentlich erwärmt; zur Verminderung dieser Gefahr oder des Abstandes kann man zwischen den Einrichtungen einen Strahlungsschutz anordnen, z. B. einfach ein Stück Blech. Es ist zweckmässig, neben der Regulierbarkeit des Brenners bzw. der Heissgasdüse auch noch deren Abstand zu den zu verschweissenden Folien sowie die Vorschubgeschwindigkeit und damit die Schweissgeschwindigkeit einstellbar zu machen; welche Werte jeweils am günstigsten sind, kann der Fachmann leicht durch ein paar Versuche ein für allemal ermitteln.
Um zusätzlich die Abkühlung der Schweissnaht zu beschleunigen, kann man einen Luft- oder Gasstrom von höchstens Zimmertemperatur oder CO2-Schnee auf die Schweissnaht auftreffen lassen, beispielsweise aus mindestens einer Düse, die man mit Vorteil derart neben der Schneideinrichtung und der Schmelzeinrichtung anordnet, dass sie diesen bei gemeinsamer Bewegung nachfolgt.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des neuen Verfahrens, wobei gleichzeitig zwei Schweissnähte hergestellt werden, besteht darin, dass man die Folienlagen zwischen zwei parallel verlaufenden Backenpaaren einspannt und zwischen den Backenpaaren durchschneidet, wofür man den gegenseitigen Abstand der Backenpaare und die Lage der Schnittlinie so wählt, dass die Folienlagen längs jeder der beiden angrenzenden Backenpaarkanten bis zum Schnitt um den genannten Betrag vorstehen, und dass man die beiderseits vorstehenden Teile der Folienlagen gleichzeitig auf Schmelztemperatur erhitzt, wobei sich gleichzeitig je eine Schweissnaht beiderseits der Schnittlinie bildet.
Normalerweise wird man beide Schweissnähte mit gleichem Querschnitt ausführen; dann wählt man den gegenseitigen Abstand der beiden Backenpaare so, dass die zwischen ihnen freistehenden Folienlagen ungefähr denselben Querschnitt wie die beiden Schweissnähte zusammen haben, und schneidet man die Folienlagen vor dem Erhitzen in der Mitte zwischen den Backenpaaren durch, auch stellt man die Schmelzeinrichtung (Brenner, Heissgasdüse) der Höhe nach auf die Mitte zwischen den beiden Backenpaaren ein. Stellt man nach der Weiterbildung des neuen Verfahrens zwei Schweissnähte gleichzeitig her, so ist der Wärmeenergie-Verbrauch nur geringfügig grösser als bei Herstellung nur einer Schweissnaht, d. h. die Wärmeausnutzung ist dann noch besser, und es werden in praktisch derselben Zeit zwei Schweissnähte anstatt nur einer hergestellt.
Bei der Weiterbildung des neuen Verfahrens kann man eine besonders einfache Schneideinrichtung verwenden; da die Folienlagen beiderseits der Schnittlinie zwischen Backen eingespannt sind, genügt es, ein Messer hindurchzuführen.
Zwei Schweissnähte miteinander herstellen zu können, ist gerade in besonders wichtigen Anwendungsfällen von Vorteil, so bei der Herstellung der Bodennaht von Säcken aus einer Schlauchfolienbahn und bei der Herstellung der Seitennähte von Säcken aus einer Halbschlauchfolienbahn. Im ersteren Falle kann man folgendermassen vorgehen: Man transportiert die Folienbahn nach der Herstellung einer ersten, als Bodennaht dienenden Verschweissung um eine Sacklänge weiter, schneidet sie durch, ohne zu schweissen, transportiert sie abermals um eine Sacklänge weiter, schneidet sie durch und verschweisst sie beiderseits der Schnittlinie. Dies wiederholt man fortgesetzt.
Statt dessen kann man aber auch folgendermassen vorgehen: Man schneidet die Folienbahn nach der genannten ersten Verschweissung in Abständen gleich der doppelten Sacklänge durch und verschweisst sie beiderseits der Schnittli nie. Man erhält dabei an beiden Enden zugeschweisste Ab- schnitte von doppelter Sacklänge, die man noch in der Mitte quer zur Bahnrichtung durchschneiden muss; dies kann natürlich gleichzeitig mit dem Schweissen der zweiten Naht des Abschnittes und der ersten Naht des nachfolgenden Abschnittes geschehen. Auch dieses Vorgehen wiederholt man fortgesetzt, um laufend Säcke mit Bodennaht herzustellen. Etwaige Seitenfalten stören das neue Verfahren nicht und beeinträchtigen auch nicht die Qualität der damit hergestellten Verschweissung.
Zur Herstellung der Seitennähte einer Folge von Säcken aus einer Halbschlauchfolienbahn kann man folgendermassen vorgehen: Man transportiert die Folienbahn nach Herstellung einer ersten, als Seitennaht dienenden Verschweissung um eine Sackbreite weiter, schneidet sie zwischen den beiden Backenpaaren durch, verschweisst sie beiderseits der Schnittlinie und wiederholt dies fortgesetzt.
Überblickt man die vorstehend aufgeführten Verfahrensvarianten, so erkennt man, dass dabei das Beschneiden der Folienlagen entsprechend den für den Gegenstand vorgesehenen Abmessungen vor oder nach den übrigen Arbeitsgängen erfolgt oder in Kombination mit der Massnahme, die dafür sorgt, dass die Schweissnaht die gewünschte Querschnittsfläche erhält.
Der Fachmann kann, nachdem er vom neuen Verfahren Kenntnis genommen hat, die verschiedensten Vorrichtungen zu seiner Ausführung konstruieren, vom kleinen und einfachen Handgerät bis zur grossen Maschine für sehr grosse Schweissnahtlängen.
Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung ist Teil der Erfindung und wird nachstehend in den Grundzügen und Einzelheiten, auf die es dabei ankommt, beschrieben. Die neue Vorrichtung dient insbesondere auch zum Verschweissen einer thermoplastischen Schlauch- oder Halbschlauchfolie zu Säcken, gleich ob mit oder ohne Seitenfalte.
Sie besitzt entweder eine Halterung für einen Materialvorrat und eine Material-Zuführeinrichtung oder eine Führung für von aussen zugeführtes Material, wobei das Material in beiden Fällen als Bahn vorliegt; quer zur Bahnrichtung ist beiderseits der Folienbahn mindestens ein Spannbackenpaar angeordnet, welches zusammenspannbar und lösbar ausgebildet ist, und quer zur Bahnrichtung ist eine verschiebbare Einrichtung vorgesehen, welche zum Schneiden der Folienbahn parallel zu den Spannbackenkanten und zum Entlangführen mindestens eines Brenners und/oder mindestens einer Heissgasdüse an der Schnittkante ausgebildet ist.
In spezieller Ausgestaltung kann man die neue Vorrichtung so ausbilden, dass der Materialvorrat in Form einer Rolle auf zwei drehbaren Rollen gelagert ist, dass die Folienbahn von der Vorratsrolle entlang einem Wärmeschutzschild aufwärts geführt und über mindestens eine frei drehbare Umlenkrolle gelegt ist, von welcher ablaufend sie abwärts hängt, dass eine Andruckrolle so angeordnet ist, dass sie die Folienbahn gegen die Umlenkrolle drückt, aber auch von dieser abhebbar ist, um die Folienbahn von Hand frei abziehen zu können, dass der abwärts hängende Teil der Folienbahn zwischen einem oberen Backenpaar und einem unteren Backenpaar verläuft, dass die beiden Backenpaare für sich oder miteinander zusammenspannbar und auseinanderfahrbar sind und dass vor den Bakkenpaaren ein auf Führungs- und Antriebsachsen quer zur Folienbahnrichtung verschiebbarer Schlitten angeordnet ist,
der mindestens ein Messer und mindestens einen Brenner in horizontaler und vertikaler Richtung einstellbar trägt.
Anstatt die Folienbahn von Hand über eine oder mehrere Umlenkrollen abziehbar zu machen oder zusätzlich, kann man der Andruckrolle einen Motorantrieb geben, der so eingerichtet ist, dass er nach Weitertransport der Folienbahn um eine vorwählbare Länge selbsttätig stehenbleibt. Auch der Schlitten kann einen Antrieb besitzen, zur Erzielung gleichmässiger Schweissnähte ist dies sogar vorteilhaft, und zweckmässigerweise besitzt der Schlittenantrieb eine einstellbare Vorschubgeschwindigkeit und schaltet er bei Erreichung der Endstellung des Schlittens selbsttätig ab. Der Brenner kann mit einer selbsttätigen Zündvorrichtung versehen sein, die zu Beginn des Arbeitsweges des Schlittens in Tätigkeit tritt, und mit einer Einrichtung, welche die Brennerflamme am Ende des Arbeitsweges selbsttätig abstellt.
Auch kann der Brenner eine thermoelektrische Zündsicherung besitzen; diese ist handels üblich, so dass sich ihre nähere Beschreibung erübrigt. Alle diese Einrichtungen dienen der Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schnelligkeit der Arbeitsweise und helfen mit, stets sehr gute Schweissnähte zu erzielen.
Die Backen können so eingerichtet sein, dass ihr Zusammenspannen magnetisch, pneumatisch, hydraulisch oder durch Schwerkraft erfolgt. Besonders einfach und zuverlässig wird die Einrichtung bei Heranziehung der Schwerkraft zu diesem Zweck. Um hierbei ohne besondere Massnahmen eine hinreichende Spannkraft zu erhalten, kann man die Anordnung schräg ausführen derart, dass von zwei Backenpaaren die rückwärtigen Backen eine schräg geneigte Bahn für den herabhängenden Teil der Folienbahn bilden und dass die vorderen Backen so eingerichtet sind, dass sie einzeln oder miteinander oder mitsamt dem Schlitten und seiner Führung auf der Folienbahn vor den rückwärtigen Backen ruhen und hiervon abhebbar sind.
Zur Veränderung der Andruckkraft kann man den Neigungswinkel änderbar machen und/oder einen Ausleger in Verbindung mit dem abhebbaren Teil der Anordnung anbringen, auf dem ein Gewicht verschiebbar ist, wobei der Schwerpunkt des abhebbaren Teiles schräg unterhalb einer Achse gedacht ist, um die er zum Abheben schwenkbar ist, und der Schwerpunkt verschoben wird.
Man erkennt, dass man die neue Vorrichtung mit einer Anzahl Einrichtungen für verschiedene Funktionen ausgestalten kann. Es dient der Zuverlässigkeit, Sicherheit und Schnelligkeit der Arbeitsweise und der Qualität des Resultats, wenn man die Vorrichtung mit Hilfe an sich bekannter Technik so einrichtet, dass ihre Arbeitsschritte mindestens teilweise selbsttätig in einer bestimmten Reihen- und Zeitfolge ablaufen.
Teil der Erfindung ist weiterhin ein nach dem neuen Verfahren hergestellter Sack, der aus verstreckter thermoplastischer Kunststoff-Folie besteht. Erstmals mit dem neuen Verfahren ist es möglich, einen derartigen Sack ohne Einschränkungen hinsichtlich Foliendicke, zu verschweissender Folienlagenzahl, Nahtlänge und hinsichtlich Festigkeit und Dichtigkeit der Verschweissung herzustellen. Dies gilt auch dann, wenn er eine Bodennaht und mindestens eine Seitenfalte oder Seitennähte und eine Bodenfalte besitzt.
Zur Erfindung gehört schliesslich auch noch eine besondere Verwendung eines solchen Sackes, nämlich für eine Schrumpffolien-Verpackung. Hierfür sind die zuvor genannten, dem neuen Verfahren zu verdankenden Eigenschaften des Sackes von entscheidender Bedeutung. Wie gross der Fortschritt der Erfindung ist, zeigt sich besonders klar, wenn der Sack einen oder mehrere auf einer Palette angeordnete Gegenstände samt der Palette als geschrumpfte Hülle einschliesst.
Dies konnte, soweit überhaupt, bisher nur in eng begrenztem Bereich und mit erheblichen Unsicherheitsfaktoren und Vorbehalten hinsichtlich der Qualität verwirklicht werden. Dank der Erfindung fallen die Einschränkungen, Unsicherheiten und Vorbehalte jedoch vollständig weg. Beispielsweise ist es nun möglich, eine viele Tonnen schwere Last, etwa eine Maschine oder einen Paketestapel, auf einer Palette mitsamt dieser in eine Schrumpffolien-Verpackung einzuschliessen und dabei sicher zu sein, dass die Verpackung nicht nur dicht ist und bleibt, mithin das verpackte Gut zuverlässig schützt, sondern dass sie die Last auch in einem solchen Falle selbst dann unverrückt auf der Palette festhält, wenn man diese kippt oder hohen Beschleunigungen, z. B. Rangierstössen, aussetzt.
Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführung der neuen Vorrichtung schematisch:
Fig. 1 ist eine Schemaskizze der neuen Vorrichtung im Schnitt etwa durch die Mitte der Folienbahn, von der linken Seite der Vorrichtung her gesehen;
Fig. 2 zeigt in dem in Fig. 1 mit A bezeichneten, strichpunktierten Kreis gelegene Einzelheiten in grösserem Massstab;
Fig. 3 stellt eine Draufsicht auf die in Fig. 2 gezeigten Teile ohne diejenigen dar, die sich oberhalb der Messer- und Brenner-Ebene befinden.
In Fig. 1 bezeichnet, nur gestrichelt und schematisch in den Umrissen angedeutet, G ein Maschinengestell. Auf diesem sind zwei lose drehbare Rollen 2 und 3 gelagert, auf denen in bekannter Weise eine Materialvorratsrolle 1 drehbar ruht.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass man die meistens sehr schwere Materialvorratsrolle nur aufzulegen braucht und dass sie hierauf ohne weitere Manipulationen zur Benutzung bereit ist, die stets damit beginnt, dass man den Anfang der aufgewickelten Folie in die Maschine einzieht. In Fig. 1 erkennt man, dass eine Folienbahn 4 von der Materialvorratsrolle entlang einem Wärmeschutzschild 5 aufwärts geführt und über eine Umlenkrolle 6 gelegt ist, die frei drehbar ist und von welcher ablaufend die Folienbahn abwärts hängt. Fig. 1 zeigt weiterhin eine Andruckrolle 7, die so angeordnet ist, dass sie die Folienbahn gegen die Umlenkrolle drückt, aber auch von dieser abhebbar ist. Weiterhin verläuft die Folienbahn 4, und zwar ihr abwärts hängender Teil, zwischen einem oberen Bakkenpaar 8, 9 und einem unteren Backenpaar 10, 11.
Die beiden Backenpaare sind für sich oder miteinander zusammenspannbar und auseinanderfahrbar. Vor den Backenpaaren ist ein auf Führungs- und Antriebsachsen 12, 13, 14 quer zur Folienbahnrichtung verschiebbarer Schlitten 15 angeordnet, der mindestens ein Messer 16 und mindestens einen Brenner 17 trägt; Messer und Brenner sind auf dem Schlitten in horizontaler und vertikaler Richtung einstellbar.
Fig. 2 zeigt Einzelheiten, die in dem in Fig. 1 mit A bezeichneten, strichpunktierten Kreis liegen, in grösserem Massstab. Man sieht die schon erwähnten Teile; der Brenner ist mit dem Messer voran schon durch die Schnittebene hindurchgefahren und befindet sich hinter dieser. In Fig. 2 erkennt man dank grösseren Massstabes die Folienbahn 4 und die beiderseits der Schnittlinie gebildeten Schweissnähte in ihrer typischen Form.
Fig. 3 stellt die Draufsicht zu Fig. 2 dar, aber die in Fig. 2 oberhalb der Brenner- und Messer-Ebene gezeigten Teile sind weggelassen. Man erkennt die Anordnung des Messers in einer Halterung 18 derart, dass es bei Bewegung gemeinsam mit dem Brenner in Pfeilrichtung B dem Brenner vorwegläuft. Will man auch in der Gegenrichtung schneiden können, so ordnet man auf der anderen Seite des Brenners ein weiteres Messer an.
The invention relates to a method for producing objects which consist of at least two thermoplastic plastic films welded to one another, a device for carrying out the method, a sack produced by the method and its particular use.
The welding of thermoplastic plastic films has gained considerable importance in the packaging industry, but the processes known up to now are technologically problematic, tricky to use or complicated and therefore expensive in terms of the means required for execution, and in some cases unsatisfactory and without exception in terms of the quality of the result limited with regard to the possible applications, so that when there are different tasks one is forced to purchase a larger number of welding machines for carrying out different processes. The previously known methods have more or less inadequate economic efficiency due to the waste of material and energy. Finally, there are current tasks in packaging technology that have so far remained unsolved.
When heat-sealing thermoplastic plastic films, there is a weld between the sealing jaws, so that the cooling of the weld seam while the pressure is maintained is a problem that cannot be solved properly, while releasing it before complete cooling leads to the seam shrinking and wrinkling of the films. Another problem is the adhesion of the sealing jaws; you are forced to cover the jaws or rollers with polytetrafluoroethylene or silicone rubber, i.e. with substances that are not wear-resistant and seriously impair the heat transfer. The baking temperature is critical and must be kept within very narrow limits. You can only weld two thin foils to one another with it, and the thickness of the foil is reduced in the weld seam, so that the weld seam represents the weakest point.
The weld seam is not reliably durable and not reliably tight. Stretched thermoplastic films can practically not be welded using processes of this type.
Stretched thermoplastic films have hitherto been most likely to be welded using the separating seam welding process, but the seam strength here is unsatisfactory; the break usually occurs next to the seam, where the orientation of the base material ends and the unoriented structure of the weld seam begins without transition. The known separating seam welding processes basically work in such a way that the weld seam is enclosed by a jaw on each of the two sides and a glow wire is in contact with the foil between them, which melts through the foil layers and leaves a weld seam on both sides; The jaws may only be opened after they have cooled down. The method is at least problematic in the production of bags with gussets and can only be used with thin films.
For thicker foils (polyethylene up to 0.6 mm, other foils up to 0.12 mm) a similarly constructed device in the so-called heat pulse welding process has been used; The heating wire and jaws had to be covered with polytetrafluoroethylene or silicone rubber. The temperature and heating power evenly distributed over the length of the heating wire cannot be achieved, as a result of which the length of the weld seam is limited and the film is easily burned in the middle, and the heating wire can also suffer damage there. The heat dissipation for cooling the weld seam takes place extremely slowly, and devices that try to avoid this are extremely expensive.
This means that bags with side gussets can hardly be welded.
Finally, there are also high-frequency and ultrasonic welding processes, but their area of application is basically so narrow and limited that there is no need to go into them in this context.
The invention is based on the object of creating a method which avoids the above-indicated disadvantages of the known method as completely as possible and which in particular allows foils of any thickness and number of layers to be welded, so that u. a. can also easily weld gusseted sacks, which provide weld seams of higher strength than the film material has, and this without creating a zone of reduced strength in the films next to the weld seam, which allows stretched films to be welded just as easily as non-oriented films which basically allows any welding seam length, is as efficient as possible and avoids the use of weldable as well as heat-insulating materials in places,
where the device for carrying out the method is functionally stressed to wear or should have good heat transfer.
The invention achieves this with the help of the following measures: a) The film layers to be welded are clamped next to the weld to be produced between jaws which act as cooling jaws when heat is supplied to the film layers; b) it is ensured that the film layers protrude over the jaw edges by such an amount that the total cross-sectional area of the protruding parts is approximately equal to the desired cross-sectional area of the weld seam to be produced; c) the protruding parts of the film layers are heated to melting temperature with a flame or with hot gas, so that the melt contracts directly along the clamping jaws to a rounded cross-section due to its surface tension and, when it cools, forms a weld seam in which the film layers end;
d) the clamping jaws are opened at the earliest when the weld seam formed has cooled and solidified to such an extent that it has sufficient strength for the removal of the welded foils; e) the film layers are cut according to the dimensions provided for the object before or after the above operations or in combination with the operation according to feature b).
It can be seen in particular that with the new process, the press jaws themselves do not have to act as a welding, but that the weld takes place next to the jaws, where the exposed weld seam can be supplied with the required amount of heat with the best possible efficiency and with optimal heat transfer, i.e. within the shortest possible time .
The weld seam is created directly next to the jaws, but the material between the jaws is not heated to the point of stickiness, so the jaws do not need a thermal insulating and wear-prone coating, which is an undesirable side effect, so without a coating they optimally dissipate the heat from the weld seam, so the cooling time is shorter hereby briefly. If necessary, at least the jaw on the side of the heat supply can be provided with continuous or circulating cooling. The film layers remain under the action of the jaw pressure right up to the weld seam, which is even more reliable than pressing the weld seam itself until it cools, preventing the seam from warping and wrinkling in the adjacent film.
The thickness of the weld seam depends on how far the film layers are allowed to protrude from the edge of the jaw, i.e. how much material is available for melting and forming the weld seam; In this way, the weld seam can easily be made thicker than the layers of foil with one another, so that for this reason alone the strength in the seam is greater.
It has been observed that a thicker weld seam in the new process is basically formed in such a way that it merges into the adjacent foils with a slight groove; you can support this tendency by slightly rounding the edges of the jaws. The very good strength also in the film next to the weld seam - even if it is a stretched film - possibly has another reason. The melt, which has the tendency to contract into a circular cross-section, first cools on the outer surface of the seam, forming an arched, increasingly thick skin there, while the still liquid core contracts more and more as it cools down.
On the one hand, this results in a typical sinking of the already firm skin, on the other hand, however, at the same time, material is drawn from the adjacent film webs and thus an orientation is effected there. This would explain the good film strength next to the weld seam, and in the case of stretched films this would mean that, thanks to the new process, their orientation extends into the weld seam.
The measure to achieve the desired cross-sectional area can consist in cutting the film layers at the desired distance parallel to the jaw edges. In another procedure, however, the film layers can also be pushed forward to a stop brought in front of the edge of the jaw and only then clamped together.
In the case of continuous work, in particular for the production of a series of sacks from a tubular film web, in the former procedure the film web can be transported by the length of the sack after producing a first weld seam serving as a bottom seam and then cut through and welded parallel to the cheek edge to produce the bottom seam of the next sack keep repeating this. In the other procedure, the film web can be cut through a sack length in front of this during the production of a first weld seam serving as a bottom seam and then shifted again to the stop and welded and this repeated again to produce the bottom seam of the next sack.
The cutting through or trimming can take place in various ways known per se, in particular in such a way that it is carried out continuously across the film layers or film web from one edge to the other. In this way, it is also expedient to heat to the melting temperature; If carried out simultaneously over the entire width, it would not be easy to do evenly.
But then you can also perform the cutting and the heating to the melting temperature in the same operation by moving a cutting device and a melting device together with the cutting device first.
In the context of the new process, it is advantageous to use at least one burner for heating to the melting temperature, which burns the fuel, for example propane gas, completely when there is an abundant supply of air or oxygen and allows the supply of air or oxygen and fuel to be regulated. Instead of the burner or in addition to it, however, a nozzle can also be used, from which a controllable amount of hot gas emerges. To increase the welding speed, torches or nozzles can be made relatively wide, or several torches and / or nozzles are arranged next to one another for this purpose.
At first glance, the flame temperature of a burner may seem far too high for thermoplastic plastic films, but one must not overlook the fact that these do not reach the flame temperature during the process and that their decomposition temperature, e.g. T. is very much above their melting temperature. The heat transfer to the weld seam is direct and very good, and the practical result shows that the film material does not overheat even at maximum welding power, and that the weld seam is completely uniform over its length.
For even better energy utilization or to save thermal energy, the exhaust gas can be collected and used to preheat the protruding part of the film layers before it is heated to the melting temperature. For this purpose, the exhaust gas can be let out of a nozzle which is arranged between the cutting device and the melting device and moved together with it. With a constant supply of heat in the melting device, this increases the welding speed; If you leave the latter the same, you can reduce the heat supply to the melting device thanks to the waste gas utilization for preheating.
Of course, you will od the cutting device at such a distance from the melting device.
attach the preheater so that it does not heat up significantly; to reduce this risk or the distance you can arrange a radiation protection between the facilities, z. B. just a piece of sheet metal. In addition to the ability to regulate the burner or the hot gas nozzle, it is advisable to also adjust the distance between them and the foils to be welded, as well as the feed speed and thus the welding speed; A person skilled in the art can easily determine once and for all which values are most favorable in each case through a few experiments.
In order to additionally accelerate the cooling of the weld seam, an air or gas stream of at most room temperature or CO2 snow can impinge on the weld seam, for example from at least one nozzle, which is advantageously arranged next to the cutting device and the melting device in such a way that it this follows when moving together.
A particularly advantageous further development of the new method, whereby two weld seams are produced at the same time, is that the film layers are clamped between two pairs of parallel jaws and cut through between the pairs of jaws, for which the mutual distance between the pairs of jaws and the position of the cutting line is selected so that the film layers protrude along each of the two adjacent jaw pair edges up to the cut by the stated amount, and that the parts of the film layers protruding on both sides are heated to the melting temperature at the same time, a weld seam being formed on both sides of the cutting line at the same time.
Normally, both welds will have the same cross-section; Then the mutual distance between the two pairs of jaws is chosen so that the film layers that are free between them have approximately the same cross-section as the two weld seams together, and the film layers are cut through in the middle between the pairs of jaws before heating, and the melting device (burner , Hot gas nozzle) towards the middle between the two pairs of jaws. If, according to the development of the new method, two weld seams are produced at the same time, the heat energy consumption is only slightly greater than when only one weld seam is produced, i.e. H. The heat utilization is then even better, and two welds instead of just one are produced in practically the same time.
In the further development of the new method, a particularly simple cutting device can be used; Since the film layers are clamped between the jaws on both sides of the cutting line, it is sufficient to pass a knife through.
Being able to produce two weld seams with one another is particularly advantageous in particularly important applications, for example when producing the bottom seam of sacks from a tubular film web and when producing the side seams of sacks from a semi-tubular film web. In the first case one can proceed as follows: After a first weld, which serves as a bottom seam, the film web is transported by one sack length, it is cut through without welding, it is transported again by one sack length, it is cut through and it is welded on both sides the cutting line. This is repeated continuously.
Instead, however, one can also proceed as follows: After the aforementioned first welding, the film web is cut through at intervals equal to twice the length of the sack and they are never welded on both sides of the cut line. Sections of double the length of the sack are welded shut at both ends and have to be cut through in the middle across the direction of the web; this can of course take place simultaneously with the welding of the second seam of the section and the first seam of the following section. This procedure is also repeated in order to continuously produce bags with bottom seams. Any gussets do not interfere with the new process and also do not impair the quality of the weld produced with it.
To produce the side seams of a sequence of sacks from a semi-tubular film web, the following procedure can be used: After a first weld serving as a side seam has been produced, the film web is transported by the width of the bag, it is cut between the two pairs of jaws, it is welded on both sides of the cutting line and this is repeated continued.
If one looks at the method variants listed above, one can see that the trimming of the film layers takes place according to the dimensions provided for the object before or after the other work steps or in combination with the measure that ensures that the weld seam has the desired cross-sectional area.
After having taken note of the new method, the person skilled in the art can design a wide variety of devices for its execution, from small and simple hand-held devices to large machines for very long weld seams.
A particularly advantageous device is part of the invention and is described below in the basic features and details that are important here. The new device is used in particular to weld a thermoplastic tubular or semi-tubular film into sacks, whether with or without a side fold.
It has either a holder for a material supply and a material supply device or a guide for material supplied from the outside, the material being present in both cases as a web; At least one pair of clamping jaws is arranged transversely to the web direction on both sides of the film web, which is designed to be clamped together and releasable, and transversely to the web direction a displaceable device is provided which is used to cut the film web parallel to the edges of the clamping jaws and to guide at least one burner and / or at least one hot gas nozzle along is formed on the cutting edge.
In a special embodiment, the new device can be designed in such a way that the material supply is stored in the form of a roll on two rotatable rollers, that the film web is guided upwards from the supply roll along a heat shield and is placed over at least one freely rotatable deflection roller, from which it runs off hangs downwards that a pressure roller is arranged so that it presses the film web against the deflection roller, but can also be lifted from this in order to be able to pull off the film web freely by hand, that the downwardly hanging part of the film web between an upper pair of jaws and a lower one The pair of jaws extends so that the two pairs of jaws can be clamped together and moved apart individually or with one another and that a slide is arranged in front of the pairs of jaws that can be displaced on guide and drive axes transversely to the direction of the film web,
which carries at least one knife and at least one burner adjustable in the horizontal and vertical direction.
Instead of making the film web peelable by hand over one or more deflection rollers or additionally, the pressure roller can be given a motor drive which is set up so that it stops automatically after the film web has been transported by a preselectable length. The carriage can also have a drive; this is even advantageous in order to achieve uniform weld seams, and the carriage drive expediently has an adjustable feed speed and switches off automatically when the carriage reaches the end position. The burner can be provided with an automatic ignition device, which comes into operation at the beginning of the work path of the carriage, and with a device which automatically turns off the burner flame at the end of the work path.
The burner can also have a thermoelectric ignition fuse; this is customary in the trade, so that a more detailed description is not necessary. All these facilities serve the reliability, safety and speed of the working method and help to always achieve very good weld seams.
The jaws can be set up in such a way that they are clamped together magnetically, pneumatically, hydraulically or by gravity. The device is particularly simple and reliable when gravity is used for this purpose. In order to obtain a sufficient clamping force without special measures, the arrangement can be designed at an angle such that the rear jaws of two pairs of jaws form an inclined path for the hanging part of the film web and that the front jaws are set up so that they can be individually or together or together with the carriage and its guide rest on the film web in front of the rear jaws and can be lifted therefrom.
To change the pressing force, the angle of inclination can be changed and / or a boom can be attached to the liftable part of the arrangement on which a weight can be displaced, the center of gravity of the liftable part being inclined below an axis around which it can be lifted is pivotable and the center of gravity is shifted.
It can be seen that the new device can be configured with a number of devices for different functions. It serves the reliability, safety and speed of the operation and the quality of the result if the device is set up with the help of known technology in such a way that its work steps run at least partially automatically in a certain sequence and time sequence.
Part of the invention is also a sack produced by the new method, which consists of stretched thermoplastic plastic film. For the first time with the new method it is possible to produce such a sack without restrictions in terms of film thickness, number of film layers to be welded, seam length and in terms of strength and tightness of the weld. This also applies if it has a bottom seam and at least one side fold or side seams and a bottom fold.
Finally, the invention also includes a special use of such a sack, namely for a shrink film packaging. The aforementioned properties of the sack, owed to the new process, are of decisive importance for this. How great the progress of the invention is becomes particularly clear when the sack encloses one or more objects arranged on a pallet, together with the pallet, as a shrunk cover.
So far, if at all, this could only be achieved in a very limited area and with considerable uncertainty factors and reservations with regard to quality. Thanks to the invention, however, the limitations, uncertainties and reservations are completely eliminated. For example, it is now possible to enclose a load weighing many tons, such as a machine or a stack of parcels, on a pallet with this in a shrink film packaging and to be sure that the packaging is not only and remains tight, including the packaged goods reliably protects, but that even in such a case it holds the load firmly on the pallet even if it is tilted or high accelerations, e.g. B. shunting shocks.
The accompanying drawings illustrate an embodiment of the new device schematically:
Fig. 1 is a schematic diagram of the new device in section approximately through the middle of the film web, seen from the left side of the device;
FIG. 2 shows details on a larger scale in the dash-dotted circle designated by A in FIG. 1;
Fig. 3 shows a plan view of the parts shown in Fig. 2 without those located above the knife and burner level.
In Fig. 1, indicated only by dashed lines and schematically in the outlines, G is a machine frame. On this two loosely rotatable rollers 2 and 3 are mounted, on which a material supply roller 1 rests rotatably in a known manner.
This arrangement has the advantage that you only need to put on the mostly very heavy material supply roll and that it is then ready for use without further manipulation, which always begins with pulling the beginning of the wound film into the machine. In FIG. 1 it can be seen that a film web 4 is guided upwards from the material supply roll along a heat protection shield 5 and is placed over a deflection roller 6 which is freely rotatable and from which the film web hangs downwards. 1 also shows a pressure roller 7 which is arranged in such a way that it presses the film web against the deflection roller, but can also be lifted from it. Furthermore, the film web 4, namely its downwardly hanging part, runs between an upper pair of jaws 8, 9 and a lower pair of jaws 10, 11.
The two pairs of jaws can be clamped together and moved apart individually or with one another. In front of the pairs of jaws there is arranged a slide 15 which is displaceable on guide and drive axles 12, 13, 14 transversely to the direction of the film web and carries at least one knife 16 and at least one burner 17; Knives and torches can be adjusted on the slide in horizontal and vertical directions.
FIG. 2 shows details which are in the dot-dash circle denoted by A in FIG. 1, on a larger scale. You can see the parts already mentioned; the burner has already passed through the cutting plane with the knife first and is behind it. In FIG. 2, thanks to the larger scale, the film web 4 and the weld seams formed on both sides of the cutting line can be seen in their typical shape.
Fig. 3 shows the top view of Fig. 2, but the parts shown in Fig. 2 above the burner and knife level are omitted. The arrangement of the knife in a holder 18 can be seen in such a way that when it moves together with the burner in the direction of arrow B it runs in front of the burner. If you want to be able to cut in the opposite direction, you can arrange another knife on the other side of the burner.