CH701562B1 - Siegelvorrichtung und Verfahren. - Google Patents

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CH701562B1
CH701562B1 CH01134/09A CH11342009A CH701562B1 CH 701562 B1 CH701562 B1 CH 701562B1 CH 01134/09 A CH01134/09 A CH 01134/09A CH 11342009 A CH11342009 A CH 11342009A CH 701562 B1 CH701562 B1 CH 701562B1
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CH
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sealing
tool
sealing surface
counter
tool part
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Martin Kropf
Andreas Hofer
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Elag Verpackungen Ag
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    • B31B70/84—Forming or attaching means for filling or dispensing contents, e.g. valves or spouts
    • B31B70/844—Applying rigid valves, spouts, or filling tubes

Abstract

Eine Siegelvorrichtung zum Siegeln von Folien (8, 9) aus Kunststoff untereinander oder von Folien (8, 9) mit Einschweissteilen besteht aus einem Siegelwerkzeug (1) und einem Gegenwerkzeug (7). Das Siegelwerkzeug (1) weist mindestens zwei Siegelflächen (2, 3, 6) auf, wobei eine erste Siegelfläche (6) und eine zweite Siegelfläche (2, 3) an unterschiedlichen Werkzeugteilen (5, 15) ausgebildet sind. Der Werkstoff des die erste Siegelfläche (6) tragenden Werkzeugteils (5) ist weicher als der Werkstoff des die zweite Siegelfläche (2, 3) tragenden Werkzeugteils (15). Im Einsatz wird der die erste Siegelfläche (6) tragende Werkzeugteil (5) während des Siegelvorgangs elastisch deformiert und dadurch der auf das zu verbindende Material ausgeübte Druck begrenzt. Dadurch werden Siegelnähte erhalten, die sowohl hinsichtlich der Festigkeit als auch der Dichtheit hervorragende Eigenschaften besitzen.

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Siegelvorrichtung zum Siegeln von Folien aus Kunststoff untereinander oder von Folien mit Einschweissteilen, bestehend aus einem Siegelwerkzeug und einem Gegenwerkzeug.
[0002] Solche Siegelvorrichtungen sind bekannt und werden beispielsweise in der Produktion von Verpackungsbeuteln verwendet. Dabei werden Folien miteinander verschweisst oder es werden Einschweissteile wie beispielsweise Ausgüsse oder Ventile mit Folien verschweisst.
[0003] Insbesondere Schweissnähte an Verpackungsbeuteln für flüssige Inhalte müssen im Wesentlichen zwei Anforderungen erfüllen. Einerseits müssen sie eine gute Festigkeit aufweisen, damit der Beutel auch Stösse, beispielsweise durch Herunterfallen, aushält, andererseits müssen sie natürlich dicht sein. Diese beiden Eigenschaften stehen in einem Zusammenhang, wie nachstehend erläutert wird.
[0004] Beim Herstellen derartiger Schweissnähte sind abgesehen von den zu verbindenden Werkstoffen vor allem die Temperatur der Schweisswerkzeuge, deren Einwirkungsdauer und der durch sie auf die Folien ausgeübte Druck massgebend. Zum Erreichen einer vollständigen Dichtheit ist man beim Schweissen bestrebt, einen relativ hohen Druck auf die Folien auszuüben, damit sich die Folienschichten lückenlos verbinden. Dies kann zu einer Reduktion der Foliendicke führen, insbesondere in Bereichen, in denen unterschiedliche Anzahlen von Folien zu verbinden sind, etwa bei Seitennähten von Standbodenbeuteln im Bereich des M-förmigen Boden-Einsatzes. Mit einer reduzierten Foliendicke geht unvermeidbar eine mechanische Schwächung einher, so dass tendenziell eine gute Dichtheit zu einer schlechten Festigkeit führt und umgekehrt. Dieser Effekt wird oft noch durch Kerbwirkung verstärkt, die durch Materialanhäufungen verursacht werden kann, welche durch Austreten von beim Schweissen plastifiziertem Folienmaterial an der Innenseite der Schweissnaht entstanden sind. Diese Problematik ist beispielsweise im Teil 2 der Artikelreihe «Die Siegelnaht unter der Lupe» beschrieben, die in der Zeitschrift «Packreport», Ausgabe 4/2009, erschienen ist. Bisher ist man diesem Problem mit Kompromissen begegnet, beispielsweise indem man den angewandten Werkzeugdruck auf einen Mittelwert einstellte oder das Siegelverfahren in mehrere Verfahrensschritte aufteilte. Weitere bekannte Kompromisse bestehen darin, dass dickere oder hochwertigere und damit teurere Folien verwendet werden, als eigentlich nötig wären, um die durch die Naht reduzierte Festigkeit zu kompensieren.
[0005] Um Unebenheiten von Siegelstellen auszugleichen, wurde auch schon vorgeschlagen, beispielsweise durch EP 538 636 A1, ein Siegelwerkzeug mit einem Kissen aus einem elastischen Werkstoff auszustatten. Zur Wärmeübertragung auf das zu schweissende Material wird das Kissen vor jedem Siegelvorgang mit einem beheizbaren Körper in Kontakt gebracht.
[0006] Grundsätzlich gehört zum Siegeln sowohl eine Erwärmung als auch eine anschliessende Abkühlung der zu verbindenden Werkstoffe, wobei für beide Prozesse gleiche oder ähnliche Werkzeuge verwendbar sind. Daher ist in diesem Dokument unter dem Begriff Siegelwerkzeug sowohl ein heizbares als auch auf ein kühlbares Werkzeug zu verstehen.
[0007] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Siegelwerkzeug vorzuschlagen, mit dem Verbindungen herstellbar sind, welche gleichzeitig die Anforderungen sowohl hinsichtlich der Festigkeit als auch der Dichtheit erfüllen, wobei gleichzeitig bei der Verwendung des Siegelwerkzeugs weniger Kompromisse eingegangen werden müssen als bei der Verwendung bekannter Siegelwerkzeuge.
[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Siegelwerkzeug mindestens zwei Siegelflächen aufweist, dass eine erste Siegelfläche und eine zweite Siegelfläche an unterschiedlichen Werkzeugteilen ausgebildet sind und dass der Werkstoff des die erste Siegelfläche tragenden Werkzeugteils weicher ist als der Werkstoff des die zweite Siegelfläche tragenden Werkzeugteils.
[0009] Beim Einsatz des erfindungsgemässen Siegelwerkzeugs wird der die erste Siegelfläche tragende Werkzeugteil während des Siegelvorgangs elastisch deformiert und dadurch der durch die betreffende Siegelfläche auf das zu verbindende Material ausgeübte Druck begrenzt, so dass eine die Festigkeit der zu verbindenden Teile beeinträchtigende Materialschwächung vermieden oder zumindest reduziert wird. Die benachbarte, an einem härteren Werkzeugteil ausgebildete Siegelfläche erzeugt gleichzeitig einen Siegelbereich, in dem das zu verbindende Material weniger stark gepresst und deformiert wird, so dass dieser Siegelbereich hohen Anforderungen an seine Festigkeit genügt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Werkzeugs besteht darin, dass durch die nachgiebige Verformbarkeit des die erste Siegelfläche tragenden Werkzeugteils Positions- und Werkstoffdicken-Schwankungen sowie Werkzeugformtoleranzen aufgefangen werden. Insgesamt resultiert bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Material- und Energieersparnis, was zu einer Reduktion der Kosten im Herstellungsprozess von Folienprodukten führt.
[0010] Besondere Ausführungsarten der erfindungsgemässen Siegelvorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen umschrieben.
[0011] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Siegeln von Folien aus Kunststoff entsprechend dem unabhängigen Patentanspruch 11.
[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt <tb>Fig. 1<sep>ein erstes Ausführungsbeispiel einer Siegelvorrichtung im Querschnitt, <tb>Fig. 2<sep>das erste Ausführungsbeispiel in einem gegenüber Fig. 1 vergrösserten Massstab, wobei die Vorrichtung links in offenem und rechts in geschlossenem Zustand dargestellt ist, <tb>Fig. 3<sep>eine Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsart der Siegelvorrichtung, <tb>Fig. 4<sep>im Querschnitt eine Weiterbildung der Ausführungsart gemäss Fig. 3, <tb>Fig. 5<sep>eine perspektivische Darstellung einer Siegelvorrichtung zum Verbinden von Folien mit einem Einschweissteil, <tb>Fig. 6<sep>eine andere Ausführungsart der Siegelvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung und <tb>Fig. 7<sep>einen Querschnitt einer Siegelvorrichtung mit Siegelflächen mit Rippen.
[0013] Fig. 1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Siegelwerkzeugs 1. Der Körper 15 des Siegelwerkzeugs 1 weist nicht dargestellte Mittel zum Heizen oder Kühlen des Siegelwerkzeugs 1 auf. Das Siegelwerkzeug weist zwei Siegelflächen 2 und 3 auf, die in der gleichen Ebene liegen und durch eine Längsnut 4 voneinander getrennt sind. In der Längsnut 4 ist ein Profil 5 aus einem gummielastischen Material eingelegt, dessen in der Figur nach unten weisende Fläche eine weitere Siegelfläche 6 bildet. Der Körper des Siegelwerkzeugs 1 besteht vorzugsweise aus einem Metall, beispielsweise einer Legierung, die als Hauptbestandteil Stahl, Kupfer oder Aluminium enthält. Der Werkstoff, aus dem das Profil 5 besteht, muss so wärmebeständig sein, dass er der Temperatur, auf welche das Siegelwerkzeug 1 aufgeheizt wird, über lange Zeit standhält. Ausserdem muss dieser Werkstoff gummielastisch komprimierbar sein, wie es nachstehend anhand der Fig. 2 erläutert wird. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Querschnitt der Längsnut 4 im Wesentlichen trapezförmig. Auch der Querschnitt des Profils 5 ist im Beispiel gemäss Fig. 1trapezförmig, so dass das Profil 5 in der Längsnut 4 formschlüssig festgehalten wird. Ausserdem ist in Fig. 1 noch ein Gegenwerkzeug 7 schematisch dargestellt, das im einfachsten Fall eine glatte Oberfläche hat, um die zu siegelnden Teile, insbesondere Folien 8, 9, zwischen dem Siegelwerkzeug 1 und dem Gegenwerkzeug 7 zu klemmen, wie dies nachstehend noch eingehender beschrieben wird.
[0014] Fig. 2 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 1in einem gegenüber Fig. 1vergrösserten Massstab. Dabei ist links in der Figur die Siegelvorrichtung in geöffnetem Zustand dargestellt und rechts in geschlossenem Zustand während eines Siegelvorganges. Wie die Figur zeigt, ist das Profil 5 in der genannten Längsnut 4 formschlüssig aufgenommen. Links in der Figur wird mit der Bezugszahl 11 das Mass gezeigt, um welches das Profil 5 mit seiner Siegelfläche 6 bei unbelastetem Werkzeug über die Siegelflächen 2, 3 hinausragt. Mit der Bezugszahl 10 ist ein Raum bezeichnet, in den das Profil 5 bei Verformung durch Druck auf die Siegelfläche 6 ausweichen kann. Rechts in Fig. 2 ist die Siegelvorrichtung geschlossen dargestellt, wie das während eines Siegelvorgangs der Fall ist. Das heisst, dass die Siegelflächen 2 und 3 so weit an das Gegenwerkzeug 7 angenähert sind, dass die Folien 8 und 9 mit verhältnismässig schwachem Druck gegeneinander gepresst werden. Verhältnismässig schwach heisst in diesem Zusammenhang, dass die Folien 8, 9 auch in plastifiziertem Zustand nicht so stark gequetscht werden, dass die eingangs beschriebenen unerwünschten Wirkungen eintreten. Auf diese Weise wird eine Siegelnaht mit einer guten mechanischen Festigkeit erhalten. In diesem Zustand ist das Profil 5 so weit elastisch komprimiert, dass seine Siegelfläche 6 mit den Siegelflächen 2 und 3 praktisch bündig ist. Die Rückstellkraft des Profils 5 hat zur Folge, dass der auf die Folien 8, 9 ausgeübte Druck im Bereich der Siegelfläche 6 grösser ist als im Bereich der benachbarten Siegelflächen 2 und 3. In der Folge kommt es im Bereich der Siegelfläche 6 zu einem Fliessen des plastifizierten Folienmaterials in Richtung der Folienebene, also in Fig. 2horizontal, weil das Material unter der Siegelfläche 6 durch den verstärkten Druck etwas verdrängt wird. Dies hat eine Durchmischung des Materials beider Folien zur Folge, wodurch die erwünschte Dichtheit der Siegelnaht erhalten wird.
[0015] Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3ist ähnlich aufgebaut wie das anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Beispiel. An Stelle eines Profils 5 mit trapezförmigem Querschnitt ist in diesem Beispiel ein Profil 5 mit einem kreisrunden Querschnitt eingebaut. Ein solches Profil hat den Vorteil, dass die Siegelfläche anfänglich sehr klein ist, indem praktisch nur eine Mantellinie des einen kreiszylinderförmigen Körper bildenden Profils 5 mit der zu siegelnden Folie 8 in Berührung kommt, was eine relativ hohe Flächenpressung zur Folge hat. Mit dem Annähern des Siegelwerkzeugs 1 zum Gegenwerkzeug 7 und der gleichzeitigen elastischen Verformung des Profils 5 nimmt die Siegelfläche 6 zu und folglich der durch diese auf die Folien ausgeübte Druck ab. So wird rasch die erwünschte Durchmischung des Materials der beiden Folien erreicht, ohne dass dabei die Folien zu stark gequetscht und dadurch geschwächt werden. Ein ähnlicher Effekt kann beispielsweise auch durch eine dreieckförmige Querschnittsform des Profils 5 erreicht werden, wobei die Spitze des Dreiecks gegen das Gegenwerkzeug 7 weist.
[0016] Als Werkstoffe für das Profil eignen sich beispielsweise Silikonkautschuk VMQ oder Fluorkautschuk. Auch so genanntes metallisches Glas ist als Material für das Profil 5 geeignet. Es ist unerlässlich, dass der Werkstoff des Profils 5 eine Wärmebeständigkeit hat, um bei der Arbeitstemperatur des Siegelwerkzeuges 1 keinen Schaden zu nehmen. Zudem ist es erwünscht, dass der Werkstoff auch eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. Obwohl die genannten Werkstoffe keine besonders gute Wärmeleitfähigkeit haben, wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung durch die benachbarten Siegelflächen 2 und 3 sowie gegebenenfalls auch durch das Gegenwerkzeug 7 genügend Wärme eingebracht, um die beschriebene vorteilhafte Wirkung zu erzielen. Zusätzlich sind auch Massnahmen bekannt, mit denen sich die Wärmeleitfähigkeit der genannten Werkstoffe verbessern lässt. Ein Beispiel ist in der eingangs zitierten EP 538 636 A1 angegeben.
[0017] Fig. 4 zeigt eine Variante des anhand der Fig. 3beschriebenen Beispiels. Dabei sind im Werkzeugkörper 15 zwei Profile 5 parallel nebeneinander angeordnet. Ferner ist in diesem Beispiel das Gegenwerkzeug 7 gleich ausgebildet wie das Siegelwerkzeug 1. Nach einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsart kann zwischen den beiden Profilen 5 eine nicht dargestellte Trenneinrichtung, beispielsweise ein Messer, vorgesehen sein, beispielsweise um mit der Vorrichtung gesiegelte Produkte gleichzeitig von einer Bahn abzutrennen.
[0018] Die in Fig. 5 illustrierte Ausführungsart der Vorrichtung ist zum Einschweissen eines Einschweissteils 13 zwischen zwei Folien 8 und 9 bestimmt. Wie die Figur deutlich zeigt, kann das Gegenwerkzeug 7 prinzipiell gleich aufgebaut sein wie das Siegelwerkzeug 1. Alle Siegelflächen haben dabei eine entsprechend der Form des Einschweissteils 13 angepasste Kontur.
[0019] Wie Fig. 6 zeigt, können das Siegelwerkzeug 1 und das Gegenwerkzeug 7 auch als Rollen ausgebildet sein, um endlose Siegelnähte, beispielsweise an den Rändern von Folienbahnen 8, 9, herzustellen. Das Siegelwerkzeug 1 und das Gegenwerkzeug 7 sind dabei auf Achsen 12 in Richtung der Pfeile 14 drehbar angeordnet. In Analogie zu den Fig. 1 bis 3 und 7 kann selbstverständlich als Gegenwerkzeug 7 alternativ auch eine glatte oder gerippte Rolle ohne eingesetztes Profil verwendet werden.
[0020] Schliesslich zeigt Fig. 7, dass sowohl die Siegelflächen 2 und 3 als auch die Siegelfläche des Gegenwerkzeugs 7 Rippen aufweisen können. Dabei sind vorzugsweise einander gegenüberliegende Rippen des Siegelwerkzeugs 1 und des Gegenwerkzeugs 7 derart gegeneinander versetzt, dass die Folien bei geschlossenem Werkzeug zickzackförmig umgelenkt und nicht in ihrer Dicke geschwächt werden.
Bezugszeichenliste
[0021] <tb>1<sep>Siegelwerkzeug <tb>2<sep>Siegelfläche <tb>3<sep>Siegelfläche <tb>4<sep>Längsnut <tb>5<sep>Profil <tb>6<sep>Siegelfläche <tb>7<sep>Gegenwerkzeug <tb>8<sep>erste Folie <tb>9<sep>zweite Folie <tb>10<sep>Raum <tb>11<sep>Distanz <tb>12<sep>Achse <tb>13<sep>Einschweissteil <tb>14<sep>Drehrichtung <tb>15<sep>Werkzeugkörper

Claims (11)

1. Siegelvorrichtung zum Siegeln von Folien (8, 9) aus Kunststoff untereinander oder von Folien (8, 9) mit Einschweissteilen (13), bestehend aus einem Siegelwerkzeug (1) und einem Gegenwerkzeug (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelwerkzeug (1) mindestens zwei Siegelflächen (2, 3, 6) aufweist, dass eine erste Siegelfläche (6) und eine zweite Siegelfläche (2, 3) an unterschiedlichen Werkzeugteilen (5, 15) ausgebildet sind und dass der Werkstoff des die erste Siegelfläche (6) tragenden Werkzeugteils (5) weicher ist als der Werkstoff des die zweite Siegelfläche (2, 3) tragenden Werkzeugteils (15).
2. Siegelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des die erste Siegelfläche (6) tragenden Werkzeugteils (5) gummielastisch verformbar ist.
3. Siegelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des die erste Siegelfläche (6) tragenden Werkzeugteils (5) ein Elastomer ist.
4. Siegelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die erste Siegelfläche (6) tragende Werkzeugteil (5) ein Profil ist, das in einer Nut (4) des die zweite Siegelfläche (2, 3) tragenden Werkzeugteils (15) aufgenommen ist.
5. Siegelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Profile (5) parallel nebeneinander angeordnet sind.
6. Siegelvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (5) einen rechteckigen, quadratischen, trapezförmigen, dreieckigen, ovalen oder kreisrunden Querschnitt hat.
7. Siegelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Siegelfläche (6) zwischen der zweiten Siegelfläche (2) und einer parallel zu dieser angeordneten dritten Siegelfläche (3) verläuft.
8. Siegelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Siegelfläche (2, 3) mit Rippen ausgestattet ist.
9. Siegelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (7) mindestens zwei Siegelflächen aufweist, wobei die erste Siegelfläche und die zweite Siegelfläche des Gegenwerkzeugs an unterschiedlichen Werkzeugteilen ausgebildet sind und wobei der Werkstoff des die erste Siegelfläche tragenden Werkzeugteils weicher ist als der Werkstoff des die zweite Siegelfläche tragenden Werkzeugteils.
10. Siegelvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelwerkzeug (1) und das Gegenwerkzeug (7) als um jeweils eine Achse (12) drehbare Rollen ausgebildet sind und dass die Siegelflächen (2, 3, 6) am Aussenumfang der betreffenden Rolle angeordnet sind.
11. Verfahren zum Siegeln von Folien (8, 9) aus Kunststoff untereinander oder von Folien (8, 9) mit Einschweissteilen (13), unter Verwendung einer Siegelvorrichtung, bestehend aus einem Siegelwerkzeug (1) und einem Gegenwerkzeug (7), wobei das Siegelwerkzeug (1) mindestens zwei Siegelflächen (2, 3, 6) aufweist, wobei die erste Siegelfläche (6) und die zweite Siegelfläche (2, 3) an unterschiedlichen Werkzeugteilen (5, 15) ausgebildet sind und wobei der Werkstoff des die erste Siegelfläche (6) tragenden Werkzeugteils (5) weicher ist als der Werkstoff des die zweite Siegelfläche (2, 3) tragenden Werkzeugteils (15), dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelwerkzeug (1) und das Gegenwerkzeug (7) unter Zwischenlage zu siegelnder Folien (8, 9) so weit gegeneinander bewegt werden, dass der die erste Siegelfläche (6) tragende Werkzeugteil (5) unter Anlage an einer der Folien (8, 9) elastisch deformiert wird und die zweite Siegelfläche (2, 3) an der ihr zugewandten Folie anliegt.
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