Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohrkörpern insbesondere für Verpackungstuben, aus einem aus schweissbarem Kunststoff bestehenden Folienband.
Rohrkörper für Verpackungstuben werden aus Metall/Kunststoff-Verbundfolien, wobei die Metallschicht zwischen mindestens zwei Kunststoffschichten eingebettet ist, kurz Verbundfolien genannt, und aus Monofolien gefertigt. Monofolien sind reine Kunststoffolien, wobei diese Bezeichnung auch mehrschichtig aufgebaute Kunststoffolien einschliesst.
Die Schweissnähte von Rohrkörpern aus Verbundfolien werden vorteilhafterweise dadurch erzeugt, indem man eine Hochfrequenz-Induktionsheizung verwendet, die induktiv, d.h. berührungslos, die Metallschicht erhitzt und somit die notwendige Schmelzwärme an die zu verschweissenden Kunststoffschichten überwiegend von innen heraus abgibt. Die Herstellung von Rohrkörpern bzw. Tuben aus Verbundfolien hat deshalb - abgesehen von ihrer Gasdichtigkeit - aufgrund der metallischen Zwischenschicht, vorzugsweise Aluminium - aufgrund der guten Verarbeitbarkeit der Verbundfolien - heute eine weite Verbreitung erfahren.
Ferner lässt die von innen heraus eintretende Aufschmelzung der Verbundfolie hohe Fertigungsgeschwindigkeiten zu. Obwohl Monofolien verfügbar sind, die eine vergleichbar hohe Gasdichtigkeit wie Verbundfolien haben, blieb die Fertigung von Tuben aus Monofolien bisher hinter der Fertigung Verbundfolientuben zurück.
Aus der US-PS 3 388 017 ist beispielsweise eine Anlage zur Herstellung von Rohrkörpern für Verpackungstuben aus thermoplastischem Bandmaterial bekannt, bei der die zum Nahtschweissen notwendige Wärme auf dem Wege der Kontaktwärmeübertragung von Heizkörpern über ein Transportband auf das thermoplastische Bandmaterial gebracht wird.
Die Kontaktwärmeübertragung hat einen ungenügenden Wirkungsgrad, was zu einer begrenzten Arbeitsgeschwindigkeit der Anlage führt. Die Einwirkung der Kontaktwärme ist bezogen auf die Angriffsfläche, d.h. den Überlappungsbereich des rohrförmigen Körpers nur schwer zu kontrollieren und zieht so Temperaturtoleranzen nach sich, die bezüglich der Verwendbarkeit thermoplastischer Materialien Grenzen setzen.
Aus der europäischen Patentanmeldung 0 264 663 ist eine Anlage zur Herstellung rohrförmiger Körper bekannt, bei der Verbundfolien mittels einer Hochfrequenz-Induktionsheizung verschweisst werden. Die Anlage und das darin ablaufende Ver fahren kennzeichnet sich durch eine grosse Fertigungssicherheit bei gleichzeitig hoher Fertigungsgeschwindigkeit, sind aber für die Verarbeitung von Monofolien nicht verwendbar.
Ausgehend von einer Anlage und einem Verfahren der letztgenannten Art hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Rohrkörpern aus Monofolie zu schaffen, mit dem Rohrkörper mit gleicher Schweissnahtgüte und Fertigungsgeschwindigkeit herstellbar sind, wie nach dem aus der europäischen Patentanmeldung 0 264 663 bekannten Verfahren für Laminatfolien, und die Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Folienband (Monofolienband) zur Bildung einer Schweissnaht in seiner Längsrichtung zu einem Rohr mit aus den Folienrändern gebildeten Überlappung geformt und die Überlappung mit ihrer äusseren und inneren Rohrseite zueinander endlos umlaufenden und angetriebenen Transportbändern gebildeten Bandspalt eingebracht,
darin mindestens bis zur Bildung fliessfähiger Phasen aufgeschmolzen unter Vorerstarrung der fliessfähigen Phasen verpresst und anschliessend unter Druck gekühlt wird.
Bezüglich weiterer Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung wird auf die abhängigen Ansprüche Bezug genommen.
Mit diesem Verfahren ist es nunmehr möglich geworden, Rohrkörper aus Monofolien mit der gleichen Fertigungssicherheit und Fertigungsgeschwindigkeit wie Rohrkörper aus Verbundfolien herzustellen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie Verfahrensbeschreibung. Es zeigen
Fig. 1: Eine Vorrichtung zur Herstellung von Rohrkörpern für Verpackungstuben in einer schematischen Seitenansicht;
Fig. 2: einen Rohrbildungsbereich der Vorrichtung in einem grösseren Massstab gegenüber Fig. 1;
Fig. 3 ein Formelement in Ansicht einer Schnittlinie A-A in Fig. 1;
Fig. 4: in Vergrösserung Positionierung und Verpressung einer Kunststoff-Folie auf einem Dorn.
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemässe Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger Körper besteht aus einer Grundplatte 10, an der eine Tragplatte 11 in senkrechter Richtung beweglich angelenkt ist. Die bewegliche Anlenkung erfolgt über Stellglieder 12, die zwischen der Grundplatte 10 und Tragplatte angeordnet sind. Jedes Stellglied 12 ist an seinem oberen Ende 13 an der Grundplatte 10 und an seinem unteren Ende 14 an der Tragplatte 11 befestigt, so dass vermittels der Stellglieder 12 die Tragplatte 11 in seiner Stellung vertikal positionier- und festlegbar ist.
Bei den schematisch dargestellten Stellgliedern 12 handelt es sich bevorzugt um pneumatisch aktivierbare Stellglieder, deren oberes Ende 13, das Kolbengehäuse, an der Grundplatte 10 befestigt sind, während ihr unteres Ende 14, das freie Ende der Kolbenstangen, mit der Tragplatte in Eingriff steht.
Die Tragplatte 11 trägt an ihren vorderen, unteren Enden 17 eine frei drehbar gelagerte Rolle 16 und in Abstand darüber eine gleichermassen ausgestaltete Rolle 15, deren Achslagen nicht veränderbar sind.
In Abstand vom hinteren Ende 18 der Tragplatte 11 ist eine Antriebsrolle 19 an der Grundplatte 10 angeordnet, deren Durchmesser dem Achsabstand der Rollen 15 und 16 plus der Summe der halben Durchmesser der Rollen 15 und 16 entspricht.
Um die Antriebsrolle 19 und die Rollen 15 und 16 läuft ein endloses metallisches Transportband 20 mit einem oberen Bandlauf 21 und unterem Bandlauf 22, die aufgrund des Durchmessers der Antriebsrolle 19 und Bemessung sowie Positionierung der oberen Rolle 15 und unteren Rolle 16 zueinander parallel verlaufen.
Die Abstände der oberen Rolle 15 und unteren Rolle 16 von der Tragplatte 11 sowie der Abstand der Antriebsrolle 19 von der Grundplatte 10 sind so bemessen, dass sich das Transportband 20 in gleichmässigem Abstand von und vor der Oberfläche der Tragplatte 11 bewegt, wobei mit vorderer Oberfläche die Fläche der Tragplatte 11 bezeichnet ist, die der die Anlenkungen der unteren freien Enden 14 der Stellglieder 12 tragenden Oberfläche der Tragplatte 11 gegenüberliegt.
Zwischen oberen Bandlauf 21 und unteren Bandlauf 22 und mit der Innenseite des unteren Bandlaufes 22 zusammenwirkend, sind an der Tragplatte 11, in Bewegungsrichtung des Transportbandes 20 nach der unteren Rolle 16, nacheinander eine Aufheizeinrichtung 23, eine Druckeinrichtung 24 und eine Kühleinrichtung 25 angeordnet. Die Aufheizeinrichtung 23, die Druckeinrichtung 24 und die Kühleinrichtung 25 sind schienenförmig und an der Tragplatte so gelagert, dass sie in vertikaler Richtung bewegbar sind.
Zum Zwecke der vertikalen Verstellung ist die Aufheizeinrichtung 23 mit einem Stellglied 26 z.B. in Form eines Pneumatikzylinders mit Kolbenstange verbunden. Das Pneumatikzylindergehäuse ist mit der Tragplatte 11 und das freie Ende der Kolbenstange mit der Aufheizeinrichtung 23 verbunden, so dass bei entsprechender Aktivierung des Stellgliedes 26 eine vertikal gerichtete Hub- oder Absenkbewegung der Aufheizeinrichtung 23 erfolgen kann.
Die Aufheizeinrichtung 23 enthält in ihrer Längsrichtung verlaufend vorzugsweise eine induktiv wirkende Hochfrequenzheizung, die im Betriebszustand Wärme erzeugt und auf den unteren Bandlauf 22 sowie auf den oberen Bandlauf 34 des metallischen Transportbandes 33 überträgt. Für eine gleichförmige Erwärmung bzw. Aufheizung des unteren Bandlaufes 22 und oberen Bandlauf 34 ist wesentlich, dass die Aufheizeinrichtung 23 nicht nur zur Einstellung z.B. ihres Auflagedruckes auf der Innenseite des unteren Bandlaufes 22 vertikal, sondern auch in Bewegungsrichtung des unteren Bandlaufes 22, z.B. zu dessen Mittellinie, fluchtend oder gleichgerichtet einstellbar ist, was durch Veränderung der Längslage der Aufheizeinrichtung 23 zur Tragplatte 11 bewirkbar ist.
Die Druckeinrichtung 24 ist wie die Aufheizeinrichtung 23 über ein Stellglied 27 in Form beispielsweise eines Pneumatikzylinders mit Kolbenstange an der Tragplatte 11 in vertikaler Richtung verstellbar gelagert, um so unabhängig vom Auflagedruck der Aufheizeinrichtung 23 eine veränderbare Anpresskraft der Druckeinrichtung 24 auf das Innere des unteren Bandlaufes 22 zur Einflussnahme auf das Fliessverhalten verschiedener Kunststoffe ausüben zu können.
Die vertikale Verstellbarkeit der Aufheizeinrichtung 23 und Druckeinrichtung 24 dient gesamthaft drei Zwecken. Einmal kann damit die Vorrichtung auf die Verarbeitung von Folien verschiedener Dicke eingestellt werden. Weiter sind über den Auflagedruck und die Temperatur und den Pressdruck materialspezifische Werte einstellbar. Ferner dient die vertikale Verstellbarkeit dem Ausgleich von Dickenschwankungen der Kunststoffolien. Zu letzterem Zweck sind Messfühler (nicht gezeigt) vorgesehen, die die entsprechenden Werte abtasten und zur Verstellung der Stellglieder weiterleiten.
Am unteren Ende der Tragplatte 11 steht die Kühl-einrichtung 25 mit der Innenseite des unteren Bandlaufes 22 in gleitendem Eingriff.
Im vorliegenden Falle besteht die Kühleinrichtung 25 aus drei Kühlblöcken 25a, die in einer gemeinsamen Halterung an der Tragplatte 11 in vertikaler Richtung begrenzt bewegbar gelagert sind.
Zwischen Halterung und der jeweiligen, dem Inneren des unteren Bandlaufes 22 gegenüberliegenden Seite eines jeden Kühlblockes sind Druckfedern 28 vorgesehen, die eine Anpresskraft in Richtung auf das Innere des unteren Bandlaufes 22 ausüben, so dass zwecks gleichmässigen Wärmeübergangs vom unteren Bandlauf 22 auf die Kühleinrichtung 25 eine gesicherte Berührung gewährleistet ist.
Ist in Bewegungsrichtung des unteren Bandlaufes 22 in der Kühleinrichtung 25 ein steigender oder fallender Wärmeentzug erwünscht, so kann dies je Kühlblock durch den Einbau von Druckfeldern 28 mit entsprechend stärkeren oder schwächeren Federkräften bewerkstelligt werden.
Zur Beibehaltung einer gleichbleibenden Wärmeaufnahmefähigkeit werden die Kühlblöcke der Kühleinrichtung 25 mit einem wärmeaufnehmenden Medium, vorzugsweise vermittels eines durch die Kühlblöcke geleiteten Wasserstromes oder Luft gekühlt. Durch Einstellung der Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit kann die Wärmeaufnahmefähigkeit, bzw. der Wärmeentzug entsprechend schweissgutspezifischen Erfordernissen eingestellt werden.
Auch die Druckeinrichtung 24 ist nach Art der Kühleinrichtung 25 gekühlt, damit die Verpressung der Schweissnaht einschliesslich ihrer Vorerstarrung vor Eintritt in die Kühleinrichtung 25 während des Betriebes der erfindungsgemässen Vorrichtung unter gleichbleibender Temperatur erfolgen kann.
Oberhalb der Aufheizeinrichtung 23, der Anpresseinrichtung 24 und der Kühleinrichtung 25 sind an der Tragplatte 11 eine oder mehrere Kühlschienen 29 angeordnet, die mit der Innenseite des oberen Bandlaufes 21 zusammenwirken. Die Kühlschienen 29 sind mittels Wasser gekühlt und kühlen den oberen Bandlauf 21 so weit ab, dass er mit einer stets gleichförmigen Temperatur, nach seiner Umlenkung um die Rollen 15 und 16, als unterer Bandlauf 22 in die Aufheizeinrichtung einläuft.
Zwischen den Innenseiten des oberen Bandlaufes 21 und des unteren Bandlaufes 22 sind zwei auf die Bandläufe einwirkende, frei drehende Einstellrollen 30 und 31 vorgesehen. Zwischen der Einstellrolle 31 und der Antriebsrolle 19 ist eine weitere, frei drehende Einstellrolle 32 angeordnet, die auf die Aussenseite des oberen Bandlaufes 21 einwirkt.
Bei nicht verstellbarer Achslage der Antriebsrolle 19 dienen die Einstellrollen 30, 31 und 32 einmal dem Zweck, bei Veränderung der vertikalen Achslage "H" der Rolle 16 zur Lage des oberen Bandlaufes 34 des endlosen Stahlbandes 33 den Parallellauf des oberen Bandlaufes 21 auf den Kühlblöcken 29 und des unteren Bandlaufes 22 auf der Aufheizeinrichtung 23, der Druckeinrichtung 24 und der Kühleinrichtung 25 einstellbar zu machen.
Zusätzlich zur Einstellung des oberen Bandlaufes 21 und unteren Bandlaufes 22 dienen die Einstellrollen 31 und 32 einer Einstellung und Konstanthaltung der Spannung des Transportbandes 20. Die Einstellrollen 30 und 31 sind mittels Rollenhaltern 36 bzw. 37 an der Grundplatte 10 in gleichem Abstand wie die Rollen 15, 16 von der Grundplatte 10 beweglich gelagert. Jeder Rollenhalter 36, 37 trägt an einem freien Ende eine Rolle, während er an seinem anderen Ende an einer an der Grundplatte 10 festen Verankerung 38, 39 angebracht ist. Die Rollenhalter 36, 37 sind zu den Verankerungen 38, 39 verstellbar und schwenkbar ausgebildet, so dass der Abstand zwischen den Verankerungen 38, 39 und der Achse der Einstellrollen 30, 31 verändert und die Einstellrollen 30, 31 in radial variierbarem Abstand um die Verankerungen bewegbar sind.
Die Einstellrolle 32 ist an der Grundplatte 10 mittels eines aus zwei Schenkeln 40, 41 bestehenden Kniehebels befestigt.
Die Schenkel 40, 41 weisen zueinander einen festen \ffnungswinkel auf und sind an ihrem Schnittpunkt um eine feste Verankerung 42 drehbar gelagert. Der Schenkel 40 trägt an seinem freien Ende die Einstellrolle 32, während das freie Ende des Schenkels 41 mit einem pneumatischen oder hydraulischen Stellglied 43 verbunden ist, so dass bei Betätigung des Stellgliedes 43 die Einstellrolle 32 um die Verankerung 42 zur Einstellung der Spannung des Transportbandes 20 bewegbar ist. Zur Konstanthaltung der Bandspannung dient ein Sensor 44, der die Spannung des Bandes und/oder auch dessen Temperatur aufnimmt und zur Konstanthaltung entsprechende Bewegungen des Stellgliedes 43 auslöst.
Der einen rohrförmigen Körper bildende Teil der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst einen Dorn 45, einen umlaufend angetriebenen Formriemen 46, der auf seiner dem Dorn 45 zugewandten Seite einen Kunststoff-Folienstreifen 48 trägt, und mehrere in Längsrichtung des Dornes 45 in Abstand zueinander angeordnete Formelemente 47, die den Formriemen 46 und den Folienstreifen 48 um den Umfang des Dornes 45 verformen. Der im Querschnitt runde Dorn 45 ist an der Grundplatte 10 fest angeordnet. Gemäss Fig. 2 erstreckt er sich gleichgerichtet und in Abstand zur Aufheizeinrichtung 23, Druckeinrichtung 24 und Kühleinrichtung 25.
Auf seiner äusseren Oberfläche bewegt sich, in einer Nut 64 in Längsrichtung geführt, der obere Bandlauf 34 des endlosen angetriebenen Transportbandes 33 aus Metall, das am vorderen Ende des Dornes 45 um eine Umlenkrolle 49 gleitet und als unterer Bandlauf 35 im Dorn zurückgeführt wird. Die Nut 64 ist bodenseitig mit einer Isolierung 65 zur Verhinderung der Abfuhr der im oberen Bandlauf 34 generierten Wärme versehen. Zwischen oberem Bandlauf 34 des Transportbandes 33 und unterem Bandlauf 22 des metallischen Transportbandes 20 wird so ein Spalt gebildet, in dem überlappende Ränder der Folie 48 zur Bildung einer in Längsrichtung verlaufenden Schweissnaht zunächst aufgeschmolzen, verpresst und anschliessend gekühlt werden.
Gemäss Fig. 1 läuft das Transportband 33 um eine an der Grundplatte 10 fest angeordnete Antriebsrolle 50, eine an seiner Innenseite angeordnete frei drehbare Einstellrolle 51, eine an seiner Aussenseite angeordnete Einstellrolle 52, die den oberen Bandlauf 34 in die Führungsnut 64 des Dornes 45 einleitet und in Zusammenwirken mit der Umlenkrolle 49 den horizontalen Gleichlauf zum Boden der Führungsnut gewährleistet, eine in seiner Achslage nicht verstellbare Umlenkrolle 49 und eine Einstellrolle 53.
Die Einstellrollen 51, 52 und 53 sind wie die Einstellrollen 30, 31 und 32 an der Grundplatte 10 angelenkt, wobei auch die Einstellrolle 51 über einen Temperatur und/oder Bandspannung aufnehmenden Sensor 54 und Stellglied 55 die Bandspannung konstant hält. Damit wird es möglich, bei Verwendung verschiedener Dorndurchmesser den Abstand "J" zwischen Dornlängsachse und unterem Bandlauf 22 unter Beibehaltung des Parallellaufes des unteren Bandlaufes 22 zu dem oberen Bandlauf 34 und unterem Bandlauf 35 zu oberem Bandlauf 34 einzustellen.
Zur Erwärmung des Transportbandes 33 auf mindestens die Eintrittstemperatur des unteren Bandlaufes 22 in die Aufheizeinrichtung 23 ist vor der Einstellrolle 52 eine Widerstandsheizung 56 vorzugsweise in Form einer Hochfrequenzspule vorgesehen.
Fig. 3 zeigt ein Formelement 47 mit innerhalb des Formelementes 47 gelagertem Dorn 45 im Schnitt und der oberhalb des Dornes 45 angeordneten Aufheizeinrichtung 23. Das Formelement 47 besteht aus einem Trägerblock 57, der an seiner Seite 58 an der Grundplatte 10 befestigt ist. Das Formelement 47 trägt drei frei drehbare Formrollen 59, 60 und 61. Die unterhalb des Dornes 45 angeordnete Formrolle 59 dreht um eine waagerechte Achse, während die jeweils seitlich zum Dorn 45 angeordneten Formrollen 60 und 61 um senkrechte Achsen drehen, die exzentrisch zur Feineinstellung der Grösse des Überlappungsbereiches der Folienränder einstellbar sind.
Vom ersten Formelement 47 ausgehend bis zu dem Formelement, das Ränder einer Folie 48 in Überlappung auf dem oberen Bandlauf 34 des Transportbandes 33 positioniert, nehmen die Abstände der waagrechten und senkrechten Drehachsen auf den Mittelpunkt des Dornes 45 hin ab, so dass die Konvex geformten Laufflächen der Formrollen 59, 60, 61 den zwischen Laufrollen 59, 60, 61 und Dorn 45 laufenden Formriemen 46 mit aufliegender Folie 48 in Längsrichtung um den Dorn 45 umlenken. Die Breite des Formriemens ist geringer als die der aufliegenden Folienbahn.
Die Anlenkung der Folie 48 an den Dorn 45 erfolgt nur so weit, dass Ränder der Folie 48 sich zwischen unteren Bandlauf 22 des Transportbandes 20 und oberem Bandlauf 34 des Transportbandes 33 überlap pen und von den Rändern des Formriemens 46 in dieser Lage gehalten werden, die innere Oberfläche des so gebildeten Tubenrohres zur Vermeidung von Reibungskräften an der äusseren Oberfläche des Dornes 45 jedoch nicht anliegt.
Dadurch wird bei Kunststoff-Monofolien, eingeschlossen Laminate aus Kunststoff-Folien verschiedener chemischer Zusammensetzung, ein Abreissen der in der Aufheizvorrichtung 23 aufgeschmolzenen Überlappung von dem angrenzend nicht aufgeschmolzenen Werkstoff der Rohrwandung verhindert, was eine gleichbleibend dichte und an ihren äusseren Rändern rissfreie Schweissnaht gewährleistet. Sobald die Schweissnaht durch Wärmeentzug eine vorbestimmte mechanische Festigkeit und Formbeständigkeit aufweist, nehmen die Achsabstände der Formrollen 59, 60, 61 vom Mittelpunkt des Dornes 45 aus wieder zu, so dass sich der Formriemen 46 öffnet und der Formriemen 46 mit Rohr nach Freigabe des Rohres vom unteren Bandlauf 21 und oberen Bandlauf 34 vom Dorn 45 im wesentlichen in Längsrichtung zum Dorn 45 ablaufen kann.
Gemäss Fig. 1 wird der endlose vorzugsweise aus leicht umformbarem faserverstärktem Kunststoff bestehende Formriemen 46 über eine Antriebsrolle 62 angetrieben, über eine Bandspanneinrichtung 63 und um weitere Umlenkrollen geführt.
Die Antriebsrolle 62, die Bandspanneinrichtung 63 und die Umlenkrollen sind in derartig bemessenem Abstand an der Grundplatte 10 angeordnet, dass die Mittellinie des Formriemens 46 mit der senkrechten Mittellinie des Dornes 45 zusammenfällt, so dass sich die Kanten des Formriemens 46 bei Durchlauf durch die Formelemente 47 gegebenenfalls unterstützt durch eine Exzentereinstellung der Formrollen 60, 61 stets in einer im wesentlichen waagerechten Ebene gegenüberliegen, wodurch ein in seiner Breite genau bemessener Überlappungsbereich gewährleistet ist.
Für die Erzeugung einer einwandfreien Schweissnaht an rohrförmigen Körpern aus Monokunststoff-Folien hat es sich insbesondere für deren Oberflächenausbildung und zur Vermeidung von Ausquetschungen aufgeschmolzenen Kunststoffes entlang den inneren und äusseren Rändern des Überlappungsbereiches sowie zur Vermeidung von Spannungen und Dehnungen in und an den Rändern der Schweissnaht als vorteilhaft erwiesen, wenn die Transportbänder 20 und 33 und der Förderriemen 46 in gleicher Umlaufgeschwindigkeit laufen, also keine Relativbewegung zwischen unterem Bandlauf 22 und überlappenden Rändern der Folie 48, den überlappenden Rändern der Folie 48 und dem oberen Bandlauf 34 und zwischen dem Förderriemen 46 und darauf aufliegender Folie 48 besteht, wodurch die überlappenden Folienränder zwischen den laufenden Transportbändern 20 und 33 in Ruhelage aufgeschmolzen, verpresst,
vorerstarrt und abgekühlt werden.
Zu diesem Zweck werden die Antriebsrollen 19, 50 und 62 in ihrer Antriebsdrehzahl aufeinander abgestimmt gesteuert und die Bandspanneinrichtung 63 sowie Einstellrollen 32 und 51 werden in ihrer Einstellposition so aktiviert, dass die Bänder 20, 33 und 46 unter gleichbleibend vorbestimmter Spannung stehen.
Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung wird ein aus ein- oder mehrschichtiger Kunststoff-Folie ohne metallische Sperrschicht gebildeter rohrförmiger Körper folgendermassen hergestellt.
An der Stelle A läuft die Folie 48 flach auf den ebenfalls flach laufenden Förderriemen 46 auf und wird flach liegend von dem Formriemen 46 zu den Formelementen 47 getragen. Oberhalb der Folie 48 befindet sich der Dorn 45. In den Formelementen 47 wird der Formriemen 46 mit aufliegender Folie 48 über die Formrollen 59, 60, 61 im wesentlichen kreisförmig mit abnehmendem Durchmesser um den Dorn 45 geformt, bis die Ränder der Folie 48 einen in seiner Grösse vorbestimmten Überlappungsbereich gebildet haben. Die Breite des Förderbandes 46 ist so bemessen, dass nach Bildung des Überlappungsbereiches die einander gegenüberliegenden Kanten des Förderbandes 46 den Überlappungsbereich zur nachfolgenden Bearbeitung nicht überdecken, sondern zwischen sich einen in Längsrichtung des Tubenrohres verlaufenden Spalt bilden, in dem der Überlappungsbereich freiliegt.
Zur Feineinstellung der Bemessung des Überlappungsbereiches können die Formrollen 60 und 61 dank ihrer Exzentereinstellung so eingestellt werden, dass die freien Kanten des Förderbandes 46 die Kanten der Folie 48 mehr oder weniger gegeneinander verschieben, wodurch ein in seiner Breite bestimmbarer Überlappungsbereich bildbar ist. Nach Bildung des Überlappungsbereiches liegt dieser auf dem oberen Bandlauf 34 auf, der auf der Oberfläche des Dornes 45 in einer Nut 64 geführt ist.
Die Formung der Folie 48 und des Formriemens 46 erfolgt derart, dass nur der Überlappungsbereich auf dem oberen Bandlauf 34 aufliegt, ansonsten aber keine Berührung zwischen der Folie 48 und dem Dorn 45 zur Vermeidung einer Reibung zwischen stationärem Dorn 45 und transportierter Folie 48 stattfindet.
Zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Betriebstemperatur ist der Dorn 45 mit einem in seinem Inneren angeordneten Kanal 69 versehen, der von einem Kühlmedium durchflossen ist. Gleichermassen im Inneren ist eine Luftleitungseinrichtung angeordnet, die aus einer in Längsrichtung des Dornes 45 laufenden Bohrung 67 besteht, von der im Bereich der Druckeinrichtung 24 in Richtung auf die Umlenkrolle 49 bis zum Ende des Dornes 45 radial verlaufende Bohrungen 68 ausgehen, die am Umfang des Dornes 45 ausmünden und Luft zu Kühlzwecken, Verminderung der Reibung und zur Kalibrierung des Rohrdurchmessers in den Raum zwischen Dornoberfläche und innerer Wandung des Rohres fördern.
Nach Bildung des Überlappungsbereiches läuft letzterer zwischen die Transportbänder 20, 33 ein.
Der untere Bandlauf 22 steht mit seiner Innenseite mit der Aufheizeinrichtung 23 in Berührung, die die metallischen Transportbänder 20 und 33 durch Hochfrequenzinduktion auf eine Temperatur aufheizt, die ausreicht, den Kunststoff auf eine für die Verschweissung unter Druck notwendige Temperatur zu bringen.
Nach Abschluss der Aufheizung unterläuft der erschmolzene Überlappungsbereich eine Druckeinrichtung 24, die auf die Innenseite des unteren Bandlaufes 22 einwirkt und den Überlappungsbereich verpresst und gleichzeitig so abkühlt, dass er in seiner Gestaltung vorerstarrt in die sich anschliessende Kühleinrichtung einläuft. In der Kühleinrichtung 25 wird dem Überlappungsbereich über den unteren Bandlauf 22 die für seine mechanische Festigkeit notwendige Restwärme entzogen.
Nachdem der Überlappungsbereich eine bestimmte mechanische Festigkeit erreicht hat, öffnet sich der Formriemen 46 dadurch, dass die Achsabstände der Formrollen 59, 60, 61 zum Umfang des Dornes 45 zunehmen, so dass das verschweisste Tubenrohr frei vom Dorn 45 zur weiteren Bearbeitung ablaufen kann.
Zur Herstellung spannungs- und rissfreier Schweissnähte für Rohrkörper aus Kunststoff-Folien ist wesentlich, dass keine Relativbewegungen während des Bildungsvorganges der Schweissnaht zwischen den Oberflächen des Überlappungsbereiches den mit den Oberflächen zusammenwirkenden Bandläufen und zwischen Folie 48 und Formriemen 46 stattfindet. Dazu werden die metallischen Transportbänder 20 und 33 und der Formriemen 46 mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben und unter konstant gleichförmiger Spannung gehalten, um wärmebedingte Ausdehnungen und damit individuelle Geschwindigkeitsänderungen auszuschalten.
The invention relates to a method for the production of tubular bodies, in particular for packaging tubes, from a foil strip consisting of weldable plastic.
Tubular bodies for packaging tubes are made of metal / plastic composite films, the metal layer being embedded between at least two plastic layers, called composite films for short, and made of monofilms. Monofilms are pure plastic films, whereby this term also includes multilayer plastic films.
The weld seams of tubular bodies made of composite films are advantageously produced by using a high-frequency induction heating which is inductive, i.e. Non-contact, the metal layer heats up and thus releases the necessary heat of fusion to the plastic layers to be welded, mostly from the inside. The manufacture of tubular bodies or tubes from composite foils has therefore - apart from their gas tightness - due to the metallic intermediate layer, preferably aluminum - due to the good processability of the composite foils - has become widespread today.
Furthermore, the melting of the composite film that occurs from the inside permits high production speeds. Although monofilms are available that have a gas tightness comparable to that of composite films, the production of tubes from monofilms has so far lagged behind the production of composite film tubes.
From US Pat. No. 3,388,017, for example, a plant for the production of tubular bodies for packaging tubes made of thermoplastic band material is known, in which the heat necessary for seam welding is brought to the thermoplastic band material by means of the contact heat transfer from radiators via a conveyor belt.
The contact heat transfer has an insufficient efficiency, which leads to a limited working speed of the system. The effect of the contact heat is related to the contact surface, i.e. It is difficult to control the overlap area of the tubular body and thus entails temperature tolerances that set limits on the usability of thermoplastic materials.
A system for producing tubular bodies is known from European patent application 0 264 663, in which composite films are welded by means of high-frequency induction heating. The system and the process running in it are characterized by a high level of production reliability combined with high production speed, but cannot be used for processing monofilms.
On the basis of a system and a method of the latter type, the inventor has set himself the task of creating a method for producing tubular bodies from monofilm, with which tubular bodies with the same weld seam quality and production speed can be produced as described in European patent application 0 264 663 Known methods for laminate films, and the object is achieved according to the invention in that the film tape (monofilm tape) is formed in its longitudinal direction to form a weld seam into a tube with an overlap formed from the film edges, and the overlap with its outer and inner tube side is endlessly rotating and driven with respect to one another Conveyor belts formed belt gap introduced,
it is melted, at least until the formation of flowable phases, with pre-solidification of the flowable phases, and is then cooled under pressure.
With regard to further features and refinements of the invention, reference is made to the dependent claims.
With this method it has now become possible to produce tubular bodies from monofilms with the same manufacturing reliability and speed as tubular bodies from composite foils.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the method and a description of the method. Show it
Fig. 1: A device for the production of tubular bodies for packaging tubes in a schematic side view;
FIG. 2: a tube formation area of the device on a larger scale compared to FIG. 1;
Fig. 3 is a molded element in view of a section line A-A in Fig. 1;
Fig. 4: in magnification positioning and pressing a plastic film on a mandrel.
The device according to the invention for producing tubular bodies shown in FIG. 1 consists of a base plate 10 to which a support plate 11 is articulated in a vertical direction. The movable linkage takes place via actuators 12 which are arranged between the base plate 10 and the support plate. Each actuator 12 is fastened at its upper end 13 to the base plate 10 and at its lower end 14 to the support plate 11, so that by means of the actuators 12 the position of the support plate 11 can be vertically positioned and fixed.
The schematically illustrated actuators 12 are preferably pneumatically activatable actuators, the upper end 13, the piston housing, of which are attached to the base plate 10, while their lower end 14, the free end of the piston rods, is in engagement with the support plate.
The support plate 11 carries at its front, lower ends 17 a freely rotatable roller 16 and at a distance above it an equally designed roller 15, the axial positions of which cannot be changed.
At a distance from the rear end 18 of the support plate 11, a drive roller 19 is arranged on the base plate 10, the diameter of which corresponds to the center distance of the rollers 15 and 16 plus the sum of half the diameter of the rollers 15 and 16.
Around the drive roller 19 and the rollers 15 and 16 runs an endless metallic conveyor belt 20 with an upper belt run 21 and a lower belt run 22, which run parallel to each other due to the diameter of the drive roller 19 and the dimensioning and positioning of the upper roller 15 and lower roller 16.
The distances between the upper roller 15 and lower roller 16 from the support plate 11 and the distance between the drive roller 19 and the base plate 10 are such that the conveyor belt 20 moves at a uniform distance from and in front of the surface of the support plate 11, with the front surface the surface of the support plate 11 is designated, which lies opposite the surface of the support plate 11 which supports the articulations of the lower free ends 14 of the actuators 12.
Between the upper belt run 21 and lower belt run 22 and cooperating with the inside of the lower belt run 22, a heating device 23, a pressure device 24 and a cooling device 25 are arranged in succession on the support plate 11, in the direction of movement of the conveyor belt 20 after the lower roller 16. The heating device 23, the printing device 24 and the cooling device 25 are rail-shaped and are mounted on the support plate such that they can be moved in the vertical direction.
For the purpose of vertical adjustment, the heating device 23 is equipped with an actuator 26 e.g. connected in the form of a pneumatic cylinder with piston rod. The pneumatic cylinder housing is connected to the support plate 11 and the free end of the piston rod to the heating device 23, so that with appropriate activation of the actuator 26 a vertically directed lifting or lowering movement of the heating device 23 can take place.
The heating device 23 preferably extends in its longitudinal direction with an inductively acting high-frequency heating, which generates heat in the operating state and transfers it to the lower belt run 22 and to the upper belt run 34 of the metallic conveyor belt 33. For uniform heating or heating of the lower belt run 22 and upper belt run 34, it is essential that the heating device 23 not only for setting e.g. their contact pressure on the inside of the lower belt run 22 vertically, but also in the direction of movement of the lower belt run 22, e.g. to the center line, aligned or rectified is adjustable, which can be achieved by changing the longitudinal position of the heating device 23 to the support plate 11.
The pressure device 24, like the heating device 23, is adjustably mounted in the vertical direction via an actuator 27 in the form of, for example, a pneumatic cylinder with a piston rod on the support plate 11, so that the pressure device 24 can be subjected to a variable pressing force on the interior of the lower belt run 22 regardless of the contact pressure of the heating device 23 to exert influence on the flow behavior of different plastics.
The vertical adjustability of the heating device 23 and printing device 24 serves three purposes in total. Firstly, the device can be set to process foils of different thicknesses. Furthermore, material-specific values can be set via the contact pressure and the temperature and the pressing pressure. The vertical adjustability also serves to compensate for fluctuations in the thickness of the plastic films. For the latter purpose, measuring sensors (not shown) are provided which scan the corresponding values and pass them on for adjusting the actuators.
At the lower end of the support plate 11, the cooling device 25 is in sliding engagement with the inside of the lower belt run 22.
In the present case, the cooling device 25 consists of three cooling blocks 25 a, which are mounted in a common holder on the support plate 11 so as to be movable in a limited manner in the vertical direction.
Compression springs 28 are provided between the holder and the respective side of each cooling block opposite the inside of the lower belt run 22, which exert a pressing force in the direction of the interior of the lower belt run 22, so that for the purpose of uniform heat transfer from the lower belt run 22 to the cooling device 25 secure contact is guaranteed.
If increasing or decreasing heat extraction is desired in the direction of movement of the lower belt run 22 in the cooling device 25, this can be accomplished for each cooling block by installing pressure fields 28 with correspondingly stronger or weaker spring forces.
In order to maintain a constant heat absorption capacity, the cooling blocks of the cooling device 25 are cooled with a heat-absorbing medium, preferably by means of a water flow or air conducted through the cooling blocks. By adjusting the amount of coolant per unit of time, the heat absorption capacity or the heat withdrawal can be adjusted according to the requirements of the weld metal.
The pressure device 24 is also cooled in the manner of the cooling device 25, so that the compression of the weld seam, including its pre-solidification, can take place before entry into the cooling device 25 while the device according to the invention is operating at a constant temperature.
Above the heating device 23, the pressing device 24 and the cooling device 25, one or more cooling rails 29 are arranged on the support plate 11, which cooperate with the inside of the upper belt run 21. The cooling rails 29 are cooled by water and cool the upper belt run 21 to such an extent that it runs into the heating device as a lower belt run 22 as a lower belt run 22 after it has been deflected around the rollers 15 and 16.
Between the inner sides of the upper belt run 21 and the lower belt run 22, two freely rotating adjusting rollers 30 and 31 acting on the belt runs are provided. A further, freely rotating adjusting roller 32 is arranged between the adjusting roller 31 and the drive roller 19 and acts on the outside of the upper belt run 21.
In the case of a non-adjustable axial position of the drive roller 19, the adjusting rollers 30, 31 and 32 serve the purpose of changing the vertical axial position "H" of the roller 16 to the position of the upper belt run 34 of the endless steel belt 33, the parallel running of the upper belt run 21 on the cooling blocks 29 and to make the lower belt run 22 adjustable on the heating device 23, the printing device 24 and the cooling device 25.
In addition to adjusting the upper belt run 21 and lower belt run 22, the adjusting rollers 31 and 32 serve to adjust and keep the tension of the conveyor belt 20 constant. The adjusting rollers 30 and 31 are at the same distance from the base plate 10 by means of roller holders 36 and 37 as the rollers 15 , 16 movably supported by the base plate 10. Each roll holder 36, 37 carries a roll at one free end, while at its other end it is attached to an anchor 38, 39 fixed to the base plate 10. The roller holders 36, 37 are adjustable and pivotable relative to the anchors 38, 39, so that the distance between the anchors 38, 39 and the axis of the adjusting rollers 30, 31 changes and the adjusting rollers 30, 31 can be moved at a radially variable distance around the anchors are.
The adjusting roller 32 is fastened to the base plate 10 by means of a toggle lever consisting of two legs 40, 41.
The legs 40, 41 have a fixed opening angle to one another and are rotatably mounted at their intersection point about a fixed anchor 42. The leg 40 carries the adjusting roller 32 at its free end, while the free end of the leg 41 is connected to a pneumatic or hydraulic actuator 43, so that when the actuator 43 is actuated, the adjusting roller 32 around the anchor 42 for adjusting the tension of the conveyor belt 20 is movable. A sensor 44 is used to keep the belt tension constant, which senses the tension of the belt and / or its temperature and triggers corresponding movements of the actuator 43 to keep it constant.
The part of the device according to the invention forming a tubular body comprises a mandrel 45, a circumferentially driven shaping belt 46, which carries a plastic film strip 48 on its side facing the mandrel 45, and a plurality of shaping elements 47 which are arranged at a distance from one another in the longitudinal direction of the mandrel 45 deform the forming belt 46 and the film strip 48 around the circumference of the mandrel 45. The mandrel 45, which is round in cross section, is fixedly arranged on the base plate 10. 2, it extends in the same direction and at a distance from the heating device 23, pressure device 24 and cooling device 25.
On its outer surface, guided in a groove 64 in the longitudinal direction, moves the upper belt run 34 of the endless driven conveyor belt 33 made of metal, which slides around a deflection roller 49 at the front end of the mandrel 45 and is returned as a lower belt run 35 in the mandrel. The groove 64 is provided on the bottom with insulation 65 to prevent the heat generated in the upper belt run 34 from being dissipated. A gap is formed between the upper belt run 34 of the conveyor belt 33 and the lower belt run 22 of the metallic conveyor belt 20, in which overlapping edges of the film 48 are first melted, pressed and then cooled to form a longitudinal weld seam.
1, the conveyor belt 33 runs around a drive roller 50 fixedly arranged on the base plate 10, a freely rotatable adjusting roller 51 arranged on its inside, an adjusting roller 52 arranged on its outside, which introduces the upper belt run 34 into the guide groove 64 of the mandrel 45 and in cooperation with the deflection roller 49 ensures horizontal synchronization with the bottom of the guide groove, a deflection roller 49 that is not adjustable in its axial position and an adjusting roller 53.
The adjusting rollers 51, 52 and 53 are articulated to the base plate 10 like the adjusting rollers 30, 31 and 32, the adjusting roller 51 also keeping the strap tension constant via a sensor 54 and actuator 55 which measures temperature and / or strap tension. This makes it possible, when using different mandrel diameters, to set the distance "J" between the longitudinal axis of the mandrel and the lower belt run 22 while maintaining the parallel run of the lower belt run 22 to the upper belt run 34 and lower belt run 35 to the upper belt run 34.
To heat the conveyor belt 33 to at least the entry temperature of the lower belt run 22 into the heating device 23, a resistance heater 56 is preferably provided in the form of a high-frequency coil in front of the adjusting roller 52.
3 shows a shaped element 47 with a mandrel 45 mounted inside the shaped element 47 in section and the heating device 23 arranged above the mandrel 45. The shaped element 47 consists of a support block 57 which is fastened to the base plate 10 on its side 58. The form element 47 carries three freely rotatable form rollers 59, 60 and 61. The form roller 59 arranged below the mandrel 45 rotates about a horizontal axis, while the form rollers 60 and 61 arranged laterally to the mandrel 45 rotate about vertical axes which are eccentric for fine adjustment of the The size of the overlap area of the film edges can be adjusted.
Starting from the first shaped element 47 up to the shaped element that positions the edges of a film 48 in an overlap on the upper belt run 34 of the conveyor belt 33, the distances between the horizontal and vertical axes of rotation decrease towards the center of the mandrel 45, so that the convex-shaped treads of the shaping rollers 59, 60, 61 deflect the shaping belt 46 running between rollers 59, 60, 61 and mandrel 45 with film 48 lying thereon in the longitudinal direction around mandrel 45. The width of the forming belt is smaller than that of the film web lying on it.
The articulation of the film 48 on the mandrel 45 takes place only to the extent that edges of the film 48 overlap between the lower belt run 22 of the conveyor belt 20 and the upper belt run 34 of the conveyor belt 33 and are held in this position by the edges of the shaping belt 46 However, the inner surface of the tube tube thus formed does not abut the outer surface of the mandrel 45 in order to avoid frictional forces.
As a result, in the case of plastic monofilms, including laminates made of plastic films of different chemical compositions, the overlap melted in the heating device 23 is prevented from tearing off from the adjacent non-melted material of the tube wall, which ensures a constantly tight weld seam that is crack-free on its outer edges. As soon as the weld seam has a predetermined mechanical strength and dimensional stability due to heat removal, the center distances of the form rollers 59, 60, 61 increase again from the center of the mandrel 45, so that the form belt 46 opens and the form belt 46 with tube after release of the tube from lower belt run 21 and upper belt run 34 can run from the mandrel 45 substantially in the longitudinal direction to the mandrel 45.
1, the endless form belt 46, which is preferably made of easily deformable fiber-reinforced plastic, is driven by a drive roller 62, guided by a belt tensioning device 63 and around further deflection rollers.
The drive roller 62, the belt tensioning device 63 and the deflection rollers are arranged at such a spacing on the base plate 10 that the center line of the shaping belt 46 coincides with the vertical center line of the mandrel 45, so that the edges of the shaping belt 46 pass through the shaping elements 47 if necessary supported by an eccentric adjustment of the form rollers 60, 61 always lie opposite one another in a substantially horizontal plane, thereby ensuring an overlap area with a precisely dimensioned width.
For the creation of a flawless weld seam on tubular bodies made of monoplastic foils, it has been found to be particularly suitable for their surface formation and for avoiding squeezing of melted plastic along the inner and outer edges of the overlap area as well as for avoiding stresses and strains in and on the edges of the weld seam proven to be advantageous if the conveyor belts 20 and 33 and the conveyor belt 46 run at the same rotational speed, i.e. no relative movement between the lower belt run 22 and overlapping edges of the film 48, the overlapping edges of the film 48 and the upper belt run 34 and between the conveyor belt 46 and thereon overlying film 48, whereby the overlapping film edges between the running conveyor belts 20 and 33 melted in the rest position, pressed,
be pre-solidified and cooled.
For this purpose, the drive rollers 19, 50 and 62 are controlled coordinated in their drive speed and the belt tensioning device 63 and adjusting rollers 32 and 51 are activated in their setting position so that the belts 20, 33 and 46 are under a constant predetermined tension.
With the device according to the invention, a tubular body formed from single or multilayer plastic film without a metallic barrier layer is produced as follows.
At point A, the film 48 runs flat on the conveyor belt 46, which also runs flat, and is carried lying flat by the forming belt 46 to the forming elements 47. The mandrel 45 is located above the film 48. In the shaped elements 47, the shaping belt 46 with the film 48 lying thereon is formed in a substantially circular manner with a decreasing diameter around the mandrel 45 via the form rollers 59, 60, 61 until the edges of the film 48 fit one in have formed its size predetermined overlap area. The width of the conveyor belt 46 is dimensioned such that, after the overlap area has been formed, the mutually opposite edges of the conveyor belt 46 do not cover the overlap area for subsequent processing, but instead form a gap between them in the longitudinal direction of the tube tube, in which the overlap area is exposed.
For fine adjustment of the dimensioning of the overlap area, the shaping rollers 60 and 61 can be adjusted thanks to their eccentric adjustment so that the free edges of the conveyor belt 46 move the edges of the film 48 more or less against each other, whereby an overlap area that can be determined in its width can be formed. After the overlap area has been formed, it lies on the upper belt run 34, which is guided in a groove 64 on the surface of the mandrel 45.
The film 48 and the shaping belt 46 are shaped such that only the overlap area rests on the upper belt run 34, but otherwise there is no contact between the film 48 and the mandrel 45 to avoid friction between the stationary mandrel 45 and the transported film 48.
To maintain a certain operating temperature, the mandrel 45 is provided with a channel 69 arranged in its interior, through which a cooling medium flows. Likewise, an air conduction device is arranged in the interior, which consists of a bore 67 running in the longitudinal direction of the mandrel 45, from which in the area of the pressure device 24 towards the deflection roller 49 to the end of the mandrel 45 radially extending holes 68, which extend on the circumference of the Open out the mandrel 45 and convey air for cooling purposes, reducing friction and for calibrating the pipe diameter into the space between the mandrel surface and the inner wall of the pipe.
After formation of the overlap area, the latter runs in between the conveyor belts 20, 33.
The inside of the lower belt run 22 is in contact with the heating device 23, which heats the metallic conveyor belts 20 and 33 by high-frequency induction to a temperature sufficient to bring the plastic to a temperature necessary for the welding under pressure.
After the heating has been completed, the melted overlap area passes under a pressure device 24, which acts on the inside of the lower belt run 22 and presses the overlap area and at the same time cools down so that its design pre-solidifies into the subsequent cooling device. In the cooling device 25, the residual heat necessary for its mechanical strength is extracted from the overlap area via the lower belt run 22.
After the overlap area has reached a certain mechanical strength, the shaping belt 46 opens by increasing the center distances of the shaping rollers 59, 60, 61 from the circumference of the mandrel 45, so that the welded tube tube can run free from the mandrel 45 for further processing.
For the production of stress-free and crack-free weld seams for tubular bodies made of plastic foils, it is essential that no relative movements take place during the formation of the weld seam between the surfaces of the overlap area, the belt runs interacting with the surfaces and between foil 48 and forming belt 46. For this purpose, the metallic conveyor belts 20 and 33 and the forming belt 46 are driven at the same speed and kept under a constant, uniform tension in order to eliminate thermal expansion and thus individual speed changes.