CH683954A5

CH683954A5 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von HF-Siegelverbindungen mittels eines wiederverwendbaren Wirbelstromschichtträgers.

Info

Publication number: CH683954A5
Application number: CH1152/93A
Authority: CH
Inventors: Urs Ernst; Ernst Alfred Graf; Claudius Dr Dietzsch; Heinz Kuehni; Juerg Dr Frey; Leo Luetzelschwab; Jean-Pierre Buettiker; Bernd Fischer
Original assignee: Industrieorientierte Forsch
Priority date: 1993-04-17
Filing date: 1993-04-17
Publication date: 1994-06-15

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von HF-Siegelverbindungen gemäss den Patentansprüchen 1 und 6.

Nach PS-DE 3 040 028 ist eine HF-Siegeleinrichtung zum Versiegeln von Verpackungsmaterial bekannt, bei welcher zwei induktiv gekoppelte Windungen des HF-Generators mit dem Kern integriert sind. Damit lassen sich zwei Verbundfolien versiegeln sofern mindestens eine der Verbundfolien eine elektrisch leitende Schicht aufweist.

Nach PS-US 4 637 199 ist eine HF-Siegeleinrichtung und ein entsprechendes Verfahren bekannt, womit Verbundfolien, bestehend aus mindestens zwei Kunststofflagen und einer von den Kunststofflagen umgebenen Metallfolie, in einem Wirbelstromfeld versiegelt werden. Dieses Verfahren ist geeignet für hohe Repetitionsraten, was beispielsweise in der Verpackungsindustrie erwünscht ist.

Nachteilig ist jedoch bei beiden erwähnten Verfahren, dass nur Siegelmaterialsysteme mit einer elektrisch leitenden Schicht siegelbar sind und dass die notwendige Metallfolie, in welcher die Wirbelstromverluste stattfinden, über welche eine gezielte Wärmeentwicklung erfolgen kann, bei der Entsorgung des Verpackungsmaterials in Form des Rezy-klierens empfindlich stört. Die Verbundfolie muss umständlich aufgetrennt werden, was die Entsorgung ausserordentlich aufwendig und unrentabel gestaltet.

Nach PS-FR 2 637 837 ist ein dielektrisches Schweissverfahren für Magnetkarten bekannt. Ein Verbund, bestehend aus einem Polykarbonatfilm und einem Thermoplast, wird zwischen den Siegelbacken bei Siegeldrucken von 100-1000 N/cm2 verarbeitet. Die Siegelzeiten liegen bei 10 s und stellen einen Nachteil dieses Verfahrens dar. Zudem wird die Geschwindigkeit des Verfahrens limitiert durch die im Verfahren frei gesetzte Wärme, welche im Material dissipieren muss, bevor ein neuer Siegelvorgang gestartet werden kann. Im weiteren müssen die verwendeten Folien Anforderungen bezüglich dielektrischer Eigenschaften erfüllen, was die Anwendbarkeit des Verfahrens stark einschränkt.

Im weitern ist ein Wärmeimpulsverfahren (Impuls-schweissung) zum Heisssiegeln und Schweissen von Packstoffen bekannt, bei dem die für die Packstoffverbindung erforderliche Wärme von kurzzeitig erhitzten Werkzeugen geringer Wärmekapazität an den Packstoff abgegeben wird. Dabei wird die Wärmeerzeugung durch einen kurzen Stromstoss in einem zum Heizband ausgebildeten Widerstandsdraht erzielt. Nachteilig sind die thermische Trägheit und lange Siegelzeiten. Zudem ist das Verfahren beschränkt auf einfache Linearsiegelnähte.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von HF-Sie-gelverbindungen vorzuschlagen, bei welchen zwischen einer HF-Backe und einem Siegelmaterialsystem ein Wirbelstromschichtträger positioniert wird, in welchem mitteis eines HF-Generators eine HF-Verlustleistung erzeugt wird. Der Wirbelstromschichtträger wird mit dem Siegelmaterialsystem in Kontakt gebracht, wodurch das Material in der Siegelzone erwärmt und der Siegelvorgang bewirkt wird.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 1 und einer Vorrichtung gemäss dem Wortlaut des Patentanspruches 6 gelöst.

Es zeigen:

Fig. 1 Querschnitt durch eine Siegelvorrichtung während des Siegelvorganges

Fig. 2 Draufsicht auf eine Siegelvorrichtung Fig. 3 Wirbelstromschichtträger auf planarer Unterlage als 2-dimensionaler Streifen ausgebildet

Fig. 4 Wirbelstromschichtträger auf zylindrischer Unterlage als 3-dimensionaler Streifen ausgebildet

Fig. 5 Erstes Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung mit Wirbelstromschichtträger als Endlosband

Fig. 6 Zweites Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung mit bandförmigem Wirbelstromschichtträger

Fig. 7 Drittes Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung mit walzenförmiger HF-Backe und einer Kombination von 2-dimensionalem und 3-dimensionalem Wirbelstromschichtträger

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Siegelvorrichtung während des Siegelvorganges. Sie besteht aus einer HF-Backe 1 mit einer eingelegten Leiterschlaufe 2, welche mit einem HF-Generator verbunden ist, und einem Gegenhalter 3. Zwischen der HF-Backe und dem Gegenhalter befindet sich ein Siegelmaterialsystem 4, welches aus den Folien

6 und 7, der Siegelzone 8 und dem Material 9 in der Siegelzone besteht. Zwischen der HF-Backe 1 und dem Siegelmaterialsystem 4 ist ein Wirbelstromschichtträger 10 positioniert, welches aus einem dünnen elektrisch leitenden Material besteht. Der Wirbelstromschichtträger ist aus einer Stahlfolie oder vorzugsweise aus einer Alufolie gefertigt. Es ist wesentlich, dass der Wirbelstromschichtträger 10 elektrisch von der Leiterschlaufe 2 isoliert ist, damit im Wirbelstromschichtträger durch das in der Leiterschlaufe erzeugte Wechselmagnetfeld Wirbelströme erzeugt werden. Durch diese Wirbelströme erwärmt sich bekannterweise der Wirbelstromschichtträger. Diese Wärme wird in das mit dem Wirbelstromschichtträger in Kontakt stehende Siegelmaterialsystem übertragen. Dabei wird das in der Siegelzone 8 befindliche Material 9, welches aus den Materialien der Folien 6 und 7 besteht, aufgeschmolzen.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf eine Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung. Auf der HF-Bak-ke 1 befindet sich der Wirbelstromschichtträger 10 mit der Siegelzone 8. Darüber sind die Folien 6 und

7 angedeutet.

An Hand der Fig. 1 und Fig. 2 wird im folgenden die Funktionsweise der Siegelvorrichtung erklärt:

Üblicherweise wird nach dem Einbringen des Siegelmaterialsystems 4 zwischen die HF-Backe 1 mit Wirbelstromschichtträger 10 und Gegenhalter 3 die Siegelvorrichtung unter Druck geschlossen. An-

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schliessend wird der HF-Generator kurzzeitig, typischerweise während 50 ms, in Betrieb gesetzt, um das Material 9 in der Siegelzone 8 aufzuschmelzen. Durch den Druck des Gegenhalters 3 auf das Siegelmaterialsystem 4 werden die beiden Folien 6 und 7 versiegelt. Nachher wird die Siegelvorrichtung geöffnet und das Siegeimaterialsystem entfernt, womit der Siegelvorgang beendet ist.

Die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens bestehen darin, dass damit sämtliche Thermoplaste oder Siegellacke versiegelbar sind, ohne dass eine elektrisch leitende Schicht im Siegeimaterialsystem erforderlich ist. Damit lassen sich auch Kunststoffe mit schlechten dielektrischen Eigenschaften verarbeiten, wie etwa Polyethylen oder Polypropylen. Das Verfahren zeichnet sich ausserdem durch kurze Siegelzeiten aus, welche typischerweise um 50 ms liegen. Dadurch ist es für hohe Taktzahlen hervorragend geeignet, wie sie in der Verpackungsindustrie gefordert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verwendung von kalten Siegelwerkzeugen (HF-Backe, Gegenhalter), wodurch ein spezieller Aufwärmvorgang vor dem Maschinenstart entfällt. Zudem müssen bei einem Maschinenstopp die Siegelwerkzeuge nicht vom Siegeimaterialsystem getrennt werden. Nach einem Neustart entfallen ferner die meist üblichen Anfahrverlustpackungen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass durch die sehr geringe Wärmekapazität des Wirbelstromschichtträgers dieser wesentlich rascher abkühlt als der Heizdraht beim Wärmeimpulsverfahren, wodurch auch bei hohen Taktzahlen ein Abkühlen der Siegelnaht unter noch geschlossenen Siegelbacken möglich ist. Dies gestattet beispielsweise das Verarbeiten von Monofolien sowie das Erzeugen von Siegelnähten ohne Schrumpfungen am Nahtrand. Durch die sehr kurzen Siegelzeiten ist eine Wärmebeeinflussung des Füllgutes praktisch ausgeschlossen.

Vorteilhaft erweist sich ausserdem die Entsorgung gebrauchter Verpackungen. Dadurch dass keine elektrisch leitende Schicht in der Verpackung eingesiegelt ist, lassen sich die verwendeten Kunststoffe in einfacher Weise der Wiederverwertung zuführen.

Fig. 3 zeigt einen Wirbelstromschichtträger, welcher als 2-dimensionaler Streifen auf pianarer Unterlage ausgebildet ist. Der Wirbelstromschichtträger kann in der Formgebung im weitesten Sinne frei gewählt werden, d.h. durch die Wahl der Form kann die Wärmeentwicklung im Siegeimaterialsystem gesteuert werden.

Fig. 4 zeigt einen Wirbelstromschichtträger, welcher als 3-dimensionaler Streifen auf zylindrischer Unterlage ausgebildet ist. Der Wirbelstromschichtträger 20 ist hier auf einer scheibenförmigen HF-Backe 21 positioniert.

Die vielfältigen Ausführungsformen der Wirbelstromschichtträger - wie in Fig. 3 und Fig. 4 angedeutet - können mit anderen bisher bekannten Siegelverfahren nicht in der gleich einfachen Weise realisiert werden.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Siegel Vorrichtung in schematischer Darstellung. Die HF-Backe 1, der Gegenhalter 3 und die Folien 6

und 7 entsprechen der Anordnung in Fig. 1. Der Wirbelstromschichtträger 22 ist hier als Endlosband ausgelegt, welches über die Rollen 23 geführt wird. Zwischen den Siegelvorgängen wird der Wirbelstromschichtträger schrittweise neu-positioniert. Nachdem der Siegelvorgang am Bandende beendet ist, folgt der nächste wieder mit dem Wirbelstromschichtträger am Bandanfang, womit der Wirbelstromschichtträger erneut als aktiver Träger eingesetzt werden kann.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung. Die HF-Backe 1, der Gegenhalter 3 und die Folien 6 und 7 entsprechen der Anordnung in Fig. 1. Der Wirbelstromschichtträger 22 ist hier bandförmig ausgelegt. Er wird von der Rolle 24 an der HF-Backe 1 vorbei auf die Rolle 25 geführt. Wenn der gesamte Wirbelstromschichtträger auf der Rolle 25 aufgespult ist, so kann diese erneut als Rolle 24 eingesetzt werden, oder aber entsorgt werden.

Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung in schematischer Darstellung. Sie besteht aus der HF-Backe 1, dem Gegenhalter 3, den Folien 6 und 7 und dem Wirbelstromschichtträger. Die HF-Backe ist hier als Zylinder ausgebildet, auf welchem sich nun sowohl der Wirbelstromschichtträger 27 in 2-dimensionaler Form als auch der Wirbelstromschichtträge 28 in 3-dimensionaler Form aufgebracht ist. Eine derartige Anordnung findet beispielsweise in den bekannten Siegelwalzenmaschinen Anwendung.

Die Anordnungen der Fig. 5 und Fig. 7 eignen sich beispielsweise vorzüglich zur Erzeugung von Endlosnähten in einer Form-Fill-Seal-Maschine.

Erfindungswesentlich ist, dass zwischen der HF-Backe und dem Siegeimaterialsystem einen Wirbelstromschichtträger positioniert wird, in welchem mittels eines HF-Generators eine HF-Verlustleistung erzeugt wird. Dieser Wirbelstromschichtträger wird mit dem Siegeimaterialsystem in Kontakt gebracht, wodurch das Material in der Siegelzone derart erwärmt wird, dass dadurch der Siegelvorgang bewirkt wird.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht eine Wiederverwendung der Wirbelstromschichtträger und findet Anwendung bei der Erzeugung von Siegelnähten an nicht HF-induktiv aktivierbaren Siegelmaterialsystemen. Andererseits können bestehende induktive HF-Siegelanlagen mit geringfügigen Umrüstarbeiten eine wesentliche Erweiterung des Einsatzgebietes erfahren. Damit lassen sich auch nicht-HF-induktiv aktivierbare Siegelmaterialsysteme verarbeiten.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von HF-Siegelverbindungen mittels einer HF-Backe, einem HF-Generator, einem Siegeimaterialsystem und einem Gegenhalter, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der HF-Backe und dem Siegeimaterialsystem ein Wirbelstromschichtträger positioniert wird, in welchem mittels des HF-Generators eine HF-Verlustleistung erzeugt wird, dass der Wirbelstromschichtträger mit dem Siegeimaterialsystem in Kontakt ge-

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bracht wird, wodurch das Material in der Siegelzone erwärmt wird, und dass dadurch der Siegelvorgang bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromschichtträger nach dem Siegelvorgang wiederverwendbar ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromschichtträger bandförmig oder als Endlosband ausgeführt wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Erzeugung von Siegelnähten an nicht-HF-induktiv aktivierbaren Siegelmaterialsystemen.

5. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Erweiterung des Einsatzbereiches bestehender induktiver HF-Siegelanlagen auf nicht-HF-induktiv aktivierbare Siegelmaterialsysteme.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einer HF-Backe, einem HF-Generator, einem Siegeimaterialsystem und einem Gegenhalter, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der HF-Backe und dem Siegeimaterialsystem ein Wirbelstromschichtträger positioniert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelstromschichtträger als Streifen ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Streifen zweidimensional oder dreidimensional ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Backe rotierend ausgeführt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Backe scheibenförmig ausgeführt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Backe walzenförmig ausgeführt ist.

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