DE102004049376B4

DE102004049376B4 - Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkraft

Info

Publication number: DE102004049376B4
Application number: DE102004049376.6A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kammler Roman; Dr. Baur Walter
Original assignee: Rovema GmbH
Current assignee: Rovema GmbH
Priority date: 2004-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2024-10-10
Also published as: DE102004049376A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkraft bzw. eines Schweißdruckes für eine Schweißbacke (1, 6), insbesondere eine Schweißbacke (1, 6) einer Quersiegelstation (2) einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine (3), wobei die Schweißbacke (1, 6) entlang einer geschlossenen Bahn (4) umlaufend oder entlang einer linienförmigen Bahn (29) hin und her bewegt wird, um gegen einen Widerstand, insbesondere eine zweite, gegenläufige Schweißbacke (1, 6) zu stoßen, wobei ein Folienschlauch (7) zwischen dem Widerstand und einer Siegelfläche (30) der Schweißbacke (1, 6) zusammengedrückt wird, um den Folienschlauch (7) mittels über die Siegelfläche (30) in den Folienschlauch (7) eingebrachter Wärme bei einem ausgeübten Druck in einer Siegelebene (S) unter einer Siegelkraft (Fs) innerhalb einer Siegelzeit (ts) zu verschweißen, und wobei ein Antrieb (8) dazu vorgesehen ist, die Schweißbacke (1, 6) in einer Normalrichtung zu einer Oberfläche des Widerstandes hin zu bewegen, um derart den Schweißvorgang ortsfest oder entlang eines effektiven Siegelweges (Zseff) innerhalb der Siegelzeit (ts) durchzuführen und die Siegelkraft (Fs) vorgegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelkraft (Fs) von einer Steuereinrichtung (27) einer Kraftsteuerung des Antriebs (8) während der Siegelzeit (ts) vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitabhängiger Aufbau der Siegelkraft (Fs) zu Beginn der Siegelzeit (ts) erfolgt, wobei ein zeitabhängiger Verlauf der Siegelkraft (Fs) im Bereich der maximalen Siegelkraft (Fs) vorgesehen ist, und wobei ein zeitabhängiges Reduzieren der Siegelkraft (Fs) von einer hohen Siegelkraft (Fs) bis zu einem Wert Null für die Siegelkraft (Fs) am Ende der effektiven Siegelzeit (tseff) erfolgt.

Description

Die vorgeschlagene Neuerung betrifft den Verpackungsmaschinenbau und dort ein Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkraft bzw. eines Schweißdruckes für eine Schweißbacke, insbesondere einer Schweißbacke einer Quersiegelstation einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine.
Aus der DE 44 25 207 A ist es bekannt, eine Schweißbacke einer Quersiegelstation einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine entlang einer geschlossenen Bahn zu bewegen. Dabei weist die Bahn einen geraden Abschnitt auf, welcher zum Anliegen an einem zwischen der Schweißbacke und einer zweiten, gegenläufigen Schweißbacke zusammengedrückten Folienschlauches vorgesehen ist. Dabei werden der Folienschlauch und die Schweißbacken in Richtung des geraden Abschnittes mit gleicher Geschwindigkeit weiterbewegt, um den Folienschlauch mittels über die Siegelflächen der Schweißbacken in den Folienschlauch eingebrachter Wärme bei einem ausgeübten Druck in einer Siegelebene unter einer Siegelkraft innerhalb einer Siegelzeit zu verschweißen. Dabei ist ein Antrieb dazu vorgesehen, die Schweißbacke in einer Normalrichtung zu einer Oberfläche des Widerstandes hin zu bewegen, um derart den Schweißvorgang ortsfest oder entlang eines effektiven Siegelweges innerhalb der Siegelzeit durchzuführen, und die Siegelkraft kann vorgewählt werden.
Bei einer anderen vertikalen Schlauchbeutelmaschine ist lediglich ein Antrieb dazu vorgesehen, zwei nur in horizontaler Richtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Schweißbacken entlang jeweils einer linienförmigen Bahn zu bewegen, um einen Folienschlauch jeweils bei einem Folienstillstand quer zu seiner Transportrichtung zu verschweißen.
Die bekannten Verfahren haben den Nachteil, dass die Siegelkraft bzw. der sich aus dem Betrag der Siegelfläche und der Siegelkraft ergebende Siegeldruck stets nur durch eine Vorspannung einer Federkraft einstellen last. Diese durch einen Federweg (sogenannter Überzug) vorgewählte Kraft wird während einer Siegelzeit durchlaufen. Dabei wird die Siegelkraft schlagartig erzeugt, mit zunehmender Federstauchung und anschließender Federentspannung über einen maximalen Wert gebracht, und dann schlagartig durch eine Trennung der Schweißbacken weggenommen. Der funktionelle Zusammenhang zwischen der Siegelkraft und der innerhalb eines Intervalls für eine Siegelzeit verlaufenden Zeit ist technisch vorgegeben. Er kann nur durch eine Montage bzw. ein manuelles Einstellen geändert werden. Und auch nach einer derartigen Änderung bleibt das erwähnte Siegelkraftprofil an sich bestehen, es erreicht lediglich andere Werte. Ein für eine schonende und ideale Folienverschweißung optimaler Siegelkraftverlauf, bei dem eine Schweißbacke nicht mit zu großer Siegelkraft gegen den Folienschlauch gesetzt wird, um diesen nicht zu schädigen, ist dabei nicht möglich. Zudem ist bei der bekannten Vorrichtung am Ende der Siegelzeit die Siegelkraft relativ hoch, so dass es zu einem ungewünschten Herausdrücken von fließfähigem Kunststoff aus einer Siegelnaht kommen kann.
Dieser Nachteil wird auch bei Verpackungsmaschinenaggregaten gesehen, bei denen ein Schweißvorgang nur mittels einer einzigen Schweißbacke ausgeführt wird, indem die Schweißbacke gegen einen zu verschweißenden Folienschlauch oder eine umgelegte Folienbahn bewegt wird, um die Folie gegen einen ortsfesten Widerstand zu drücken und derart zu verschweißen.
Aus der Schrift US 5,836,136 A ist eine Überwachung der Siegelkraft während des Schweißvorganges bei einer Quersiegelvorrichtung bekannt. Durch ein Vergleich mit vordefinierten Werten kann ermittelt werden, ob ein Produkteinschluss im Siegelbereich vorliegt.
Zur Einbringung der jeweils passenden Wärmeenergie in die Schweißbacken bei einer Quersiegelvorrichtung einer horizontalen Verpackungsmaschine wird in der Schrift US 5,653,085 A vorgeschlagen, Federelemente zwischen einer Schweißbacke und dem Antrieb einzusetzen, so dass aus dem Weg des Antriebs auf die Schweißkraft geschlossen werden kann. Hierbei werden der Stromfluss durch die Schweißbacken sowie der Weg überwacht und einem Regelkreis zugeführt, welcher wiederum den Antrieb der Schweißbacken ansteuert.
Aus der Druckschrift DE 696 03 212 T2 ist eine Quersiegelvorrichtung bekannt, bei der die Quersiegelbacken zunächst mittels eines Antriebs auf einer Kreisbahn auf die zu verschweißende Folie zu- und wegbewegt werden. Zur einfachen und zuverlässigen Verschweißung insbesondere unterschiedlicher Folienstärken wird vorgeschlagen zwischen der jeweiligen Siegelbacke und dessen Lagerung auf der Kreisbahn einen Hydraulik- bzw. Pneumatikzylinder einzusetzen, dessen Druck individuell geregelt wird. Hierdurch kann über die Schweißzeit hinweg der Siegeldruck kontrolliert beeinflusst werden.
In zur vorherigen Ausführung vergleichbaren Weise wird in der Schrift CH 666 455 A5 vorgeschlagen zwischen der Siegelbacke einer Quersiegelvorrichtung und dessen Antrieb zur Verstellung der Siegelbacke ein Druckkissen einzusetzen. Mittels des Druckkissens kann in einem keinem Stellbereich über Veränderung des Drucks die Siegelkraft beeinflusst werden.
Wenngleich mit vorher beschriebenen Ausführungen eine Kontrolle bzw. Beeinflussung des Siegeldrucks beim Schweißvorgang möglich ist, so wird diese jedoch nur dazu genutzt, Ausschlusszustände zu erkennen und/oder eine automatische Einstellung auf unterschiedliche Foliendicken zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde die Qualität der Verschweißung weiter zu verbessern und/oder die erforderliche Schweißzeit zu reduzieren.
Gelöst ist die Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach wird die Siegelkraft von einer Steuereinrichtung einer Kraftsteuerung des Antriebs während der Siegelzeit vorgegeben und ist somit in beliebiger Weise während der gesamten Siegelzeit zeitabhängig vorwählbar. Eine zum Ausführen des vorgeschlagenen Verfahrens geeignete Vorrichtung ist eine Verpackungsmaschine, insbesondere eine vertikale Schlauchbeutelmaschine, welche zum Bewegen der Schweißbacke zwei als elektromagnetischer Linearantrieb, der nach dem Schwebebahnprinzip funktioniert, ausgestaltete, senkrecht zueinander wirkende Antriebe aufweist, wobei ein die Normalkomponente und die Siegelkraft erzeugender Antrieb mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, welche einen zeitlichen Verlauf für die Leistungsaufnahme des Antriebs und damit die Siegelkraft vorgibt.
Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass während einer Siegelzeit der momentane Siegeldruck über eine Steuerung der Siegelkraft derart verändert werden kann, dass zu Beginn, während und gegen Ende einer Siegelzeit, die eine Siegeldauer beschreibt, die Siegelkraft stets so gewählt wird, dass eine optimale Verschweißung eines Folienschlauches mittels Quer- oder Längsnähten bzw. einer horizontal ausgerichteten, geknickten Folienbahn erfolgt. Dabei spielt es keine Rolle, ob zwei Schweißbacken gegen einander oder eine einzige Schweißbacke gegen einen mechanischen Widerstand bewegt wird. Auch ist es unerheblich, ob ein die Normalkomponente und damit die Siegelkraft erzeugender Antrieb nur eine Schweißbacke oder gleichzeitig zwei gegeneinander bewegbare Schweißbacken antreibt. Die Siegelkraft wird durch den Betrieb des Antriebs zeitgenau vorgegeben.
Der zeitliche Verlauf der Siegelkraft innerhalb der Dauer einer Siegelzeit wird an Hand eines von der Steuereinrichtung vorgegebenen Profils festgelegt. Diese Profile können beliebig innerhalb eines Rahmens einer sicheren Folienverschweißung verändert, abgespeichert und ausgewählt werden. Ein nach dem Schwebebahnprinzip funktionierender Linearantrieb ist dazu geeignet, dieses Verfahren auszuführen. Dieser wird bezüglich seiner Leistungsaufnahme so gesteuert, dass er ortsgenau und zeitgenau das Siegelkraftprofil erzeugt. Durch entsprechenden Betrieb ist es dabei möglich, über die Leistungsaufnahme des Antriebs oder mit der Leistungsaufnahme korrelierter Parameter die jeweilige Siegelkraft pro Zeitpunkt vorzugeben. So kann die Folie vor einer mechanischen Verletzung geschont werden, indem eine Schweißbacke relativ sanft unter geringer Siegelkraft in einem Aufprallpunkt einen Schweißvorgang beginnt. Um danach eine gute Verschweißung zweier aufeinander liegender Folienschichten zu erreichen, wird sodann, vorzugsweise kunststoffabhängig, die Siegelkraft deutlich erhöht. Sodann wird die Siegelkraft zurückgenommen, um den aufgeschmolzenen Kunststoff nicht in nachteiliger Weise aus der Schweißnaht zu drücken, und schließlich die Siegelkraft auf Null reduziert und die Schweißbacke vom Folienschlauch entfernt.
Wesentlich für die Erfindung ist es, dass zum Ende des Schweißvorgangs zur Vermeidung eines Kunststoffwegdrückens bei der dann sehr heiße Schweißnaht ein zeitabhängiges Reduzieren der Siegelkraft von einer hohen Siegelkraft bis zu einem Wert Null für die Siegelkraft am Ende der effektiven Siegelzeit erfolgt. Eine Verbesserung der Qualität ohne Geschwindigkeitsverlust mit einem guten Schweißergebnis in Sachen Nahtfestigkeit werden dabei die Schweißbacken auch materialschonend und relativ leise betätigt, wenn die Siegelkraft kontinuierlich gesteigert und reduziert wird. Dabei hat sich ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Siegelkraft und der Zeit in Form eines Parabelabschnittes als sehr gut erwiesen, entsprechend dem die Abnahme der Siegelkraft zum Ende des Schweißvorgangs sich zunehmend verringert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6, beschrieben.
Ist der Antrieb direkt, vorzugsweise getriebelos mit der Schweißbacke verbunden, so ist eine direkte Umsetzung der zeitgenau angesteuerten Ortskoordinaten der Antriebe ohne Getriebe wie Kurbel, Zahnstange oder Riemen und ohne Übersetzung möglich, um einen exakten Aufprallpunkt, einen ortsgenauen effektiven Siegelweg (kann auch Null sein) und eine genau profilierte Siegelkraft während der Siegelzeit zu erreichen. Eine lediglich eine Bewegungsrichtung umlenkende und/oder einen Weg verlängernde Mechanik, z. B. Kurvenbahnen zum Umsetzen der Antriebsbewegung in eine gegenläufige Bewegung zweier Schweißbacken, wird dabei noch als direkt angesehen.
Ist dabei die Schweißbacke über eine starre Verbindung mit dem beweglichen Teil eines horizontal wirkenden Antriebs verbunden, und ist das antreibende Teil dieses Antriebes mit einem in vertikaler Richtung beweglichen Teil eines anderen Antriebs starr verbunden, so können derart umlaufende Bahnen für einen Bewegungspunkt einer Schweißbacke erzeugt werden. Ist ebenso der andere Antrieb ein elektromagnetischer, nach dem Schwebebahnprinzip funktionierender Linearantrieb, so können auch alle in diese Richtung erfolgenden Bewegungen absolut ortsgenau, vorzugsweise getriebelos, umgesetzt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich für getaktet arbeitende vertikale Schlauchbeutelmaschinen. Bei einer derartigen Verpackungsmaschine können die beiden Schweißbacken einer Quersiegelstation entlang einer linienförmigen Bahn bewegt werden. Bei Folienstillstand und am Folienschlauch anliegenden Schweißbacken wird während der Siegelzeit eine zeitabhängige Siegelkraft von der Steuereinrichtung vorgegeben, um ein spezielles, auf einen bestimmten Folientyp abgestimmtes Siegelkraftprofil zu erzeugen, und den Folienschlauch technisch und optisch in sehr guter Weise innerhalb einer minimierten Siegelzeit zu verschweißen. Analoges gilt für einen kontinuierlichen Folientransport, wobei die Schweißbacken einer Quersiegelstation jeweils entlang einer geschlossenen Bahn bewegt werden, welche einen geraden Abschnitt aufweist, entlang dessen bei bewegtem Folienschlauch die mit ihm mitbewegten Schweißbacken den Folienschlauch verschweißen und wobei die Siegelkraft zeitabhängig von der Steuereinrichtung vorgegeben wird.
Die freie Wählbarkeit des Verlaufs der Siegelkraft innerhalb der durch die Siegelzeit ausgedrückten Dauer des Schweißvorganges hat den Vorteil, dass in idealer Weise dem Sachverhalt entsprochen werden kann, dass zu Beginn des Schweißvorganges die noch kalte Folie einem anderen Siegeldruck (Siegelkraft bezogen auf die genutzte Siegelfläche) ausgesetzt werden sollte als eine schon sehr heiße Siegelnaht.
So ist es von Vorteil, wenn zu Beginn der Siegelzeit ein zeitabhängiger Aufbau der Siegelkraft erfolgt, um möglichst früh mit dem Siegelvorgang zu beginnen, die Folie nicht durch ein zu heftiges Zusammenschlagen lokal, z. B. in einer Schicht Aluminiumfolie, zu schädigen, und doch möglichst schnell einen hohen Siegeldruck zu erzeugen, um ein Verbinden der miteinander zu verschweißenden Folienschichten zu erreichen.
Ein zeitabhängiger Verlauf der Siegelkraft im Bereich der maximalen Siegelkraft hat den Vorteil, dass die Siegelzeit minimiert wird, da die Siegelkraft stets so hoch gewählt werden kann, dass aufgeschmolzener Kunststoff nicht in nachteiliger Weise aus der Schweißnaht gedrückt wird. Dazu kann die Siegelkraft nach Erreichen der maximalen Siegelkraft auf hohem Niveau etwas reduziert werden, z. B. als Funktion der Zeit in Form eines Graphen, der eine nach unten geöffnete Parabel beschreibt (Anspruch 6). Oder je nach Folientyp, der zeitabhängige Verlauf enthält einen linearen funktionellen Zusammenhang zwischen der Siegelkraft und der Zeit, wobei während dieses linearen Zusammenhangs die Siegelkraft fällt.
Im folgenden werden das vorgeschlagene Verfahren und eine nach dem vorgeschlagenen Verfahren betreibbare vertikale Schlauchbeutelmaschine an Hand von Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
1 in einer Seitenansicht eine vertikale Schlauchbeutelmaschine mit gegeneinander bewegbaren Schweißbacken einer Quersiegelstation;
2 in einer Seitenansicht zwei senkrecht zueinander wirkende Antriebe zum Bewegen eines Bewegungspunktes A der einen Schweißbacke der 1 entlang einer umlaufenden Bahn;
3 in einer schematischen Darstellung den Umlauf zweier gegeneinander bewegbarer, entlang eines effektiven Siegelweges Zseff den Folienschlauch der 1 verschweißenden Schweißbacken, welche in einem Aufprallpunkt P gegeneinander stoßen;
4 in einer schematischen Darstellung den Schweißbackenumlauf entsprechend 3, jedoch mit einem um eine Vorwärmstrecke und eine Kühlstrecke reduzierten effektiven Siegelweg, und einem anderen Aufprallpunkt P;
5 in einem Diagramm den bekannten, mit herkömmlicher Technik erzielten funktionellen Zusammenhang zwischen der Zeit und dem Siegeldruck für Schweißbacken einer Quersiegelstation einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine;
6 in einem Diagramm ein Siegelkraftprofil analog 5, jedoch mit gesteuerter Siegelkraft, in zwei Ausführungsbeispielen;
7 in einem Diagramm analog 6 ein anderes Ausführungsbeispiel;
8 in einem Diagramm analog 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel;
9 in einer schematischen Darstellung ein Aufeinanderprallen zweier lediglich hin und her bewegter Schweißbacken, sowie
10 in einer Ansicht von oben eine Vorrichtung zum Verschweißen eines (horizontal geschnittenen) Folienschlauches, bei der ein Linearmotor mit einem eine Kurvenplatte aufweisendem, direkt wirkendem Getriebe dazu genutzt wird, zwei Schweißbacken gegen den Folienschlauch zu bewegen, um diesen quer zu seiner Transportrichtung zu verschweißen.
Bei einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine 3 wird eine Folienbahn 14 mittels eines Abzuges 15 von einer Vorratsrolle 16 abgezogen, über eine Formschulter 17 gezogen und dabei zu einem Folienschlauch 7 geformt (1). Der Folienschlauch 7 wird mittels einer Längssiegeleinrichtung 18 in Transportrichtung 19 verschweißt und durch ein Füllrohr 20 befüllt. Zwei gegeneinander bewegbare, umlaufende Schweißbacken 1, 6 dienen dazu den Folienschlauch 7 quer zur Transportrichtung 19 mittels Quernähten 10 zu verschweißen. Eine Trenneinrichtung 11 in einer Schweißbacke 1 dient dazu, jeweils einen Schlauchbeutel 12 mit einer bestimmten Beutellänge vom Folienschlauch 7 abzutrennen. Die Schweißbacken 1, 6 werden derart betrieben, dass sie gegenläufig umlaufen, um längs eines effektiven Siegelweges Zseff die Verschweißung des mit gleicher Geschwindigkeit wie die Schweißbacken 1, 6 nach unten bewegten Folienschlauch 7 auszuführen (3). Beide Schweißbacken 1, 6 werden dazu entlang einer jeweils geschlossenen Bahn 4 bewegt. Jede Bahn 4 weist einen geraden Abschnitt 5 auf, welcher zum Anliegen an dem zwischen den Schweißbacken 1, 6 zusammengedrückten Folienschlauch 7 vorgesehen ist. Dabei werden der Folienschlauch 7 und die Schweißbacken 1, 6 in Richtung des geraden Abschnittes 5 mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt, um den Folienschlauch 7 durch die Wärmeinwirkung der Schweißbacken 1, 6 innerhalb einer Siegelzeit ts zu verschweißen.
Es könnte aber auch ein Siegelweg Zs vorgegeben werden, welcher sich aus einer Vorwärmstrecke Zv für ein Vorwärmen des Gegenstandes mit vom Gegenstand beabstandeter Schweißbacke 1, dem eigentlichen, effektiven Siegelweg Zseff und einer Kühlstrecke Zk zum Abkühlen des Gegenstandes bei vom Gegenstand beabstandeter Schweißbacke 1, währenddessen Kühlluft von einem an der Schweißbacke 1 vorgesehenen Kühlluftauslass 13 auf den Gegenstand geblasen wird, zusammensetzt (4). Damit diese Umstellung der Siegelwege Zs mit allen Orts- und Zeitparametern in einfacher Weise möglich ist, wurde für die Vorwärmstrecke Zv, den effektiven Siegelweg Zseff und die Kühlstrecke Zk jeweils ein bezüglich seiner Länge und seinen Ortskoordinaten frei wählbarer, parallel zum geraden Abschnitt 5 verlaufender Abschnitt 4a, 5, 4b vorgesehen, auf dem sich der Bewegungspunkt A entlang bewegt. Dazu werden die Antriebe 8, 9 (2) derart betrieben, dass entlang einer Bahnkrümmung beide Antriebe 8, 9 gleichzeitig betrieben werden und entlang eines geraden Abschnittes 4a, 5, 4b nur der Antrieb 9 genutzt wird, damit einem Bewegungspunkt A der Schweißbacke 1, 6 in jedem die Bahn 4 beschreibenden Punkt frei ausgewählt, eine vorgegebene Geschwindigkeit V und eine vorgegebene Beschleunigung a in Richtung einer frei gewählten Bewegungsrichtung des Bewegungspunktes A zugeordnet wird. D. h. die geraden Abschnitte 4a, 5, 4b, sowie ihre genauen Längen und Ortskoordinaten können frei programmiert werden. An genau vorgegebenen Orten können also genau vorgegebene Geschwindigkeiten und, aus Gründen eines ruhigen Backenumlaufes, auch genau vorgegebene Beschleunigungen für die Schweißbacken 1, 6 vorgegeben werden. Auch die Rücksetzzeit zum erneuten Ansetzen der Schweißbacken 1, 6 an den Folienschlauch 7 und die Zykluszeit (Zeit für einen Backenumlauf) können frei ausgewählt werden. Eine entsprechende Software bringt die vorgewählten Parameter in die gewünschte Abhängigkeit und informiert über nicht zusammenpassende Eingaben.
Damit der Bewegungspunkt A, welcher mit einer Genauigkeit von 0,01 bis 0,1 mm hinsichtlich seiner Ortskoordinaten in den Richtungen 23, 24 vorgewählt werden kann (2), auch derart ortsgenau bewegt werden kann, sind zum Bewegen der Schweißbacken 1, 6 jeweils zwei als elektromagnetischer Linearantrieb, der nach dem Schwebebahnprinzip funktioniert, ausgestaltete, senkrecht zueinander wirkende Antriebe 8, 9 vorgesehen. Diese Antriebe 8, 9 sind mit einer Steuereinrichtung 27 (über eine Leitung 31) verbunden.
Zur Vermeidung irgendeiner Ortsungenauigkeit sind zum einen beide Antriebe 8, 9 getriebelos miteinander und mit einer Schweißbacke 1, 6 verbunden. Zum anderen sind ortsverändernde Elastizitäten dadurch vermieden, dass jede Schweißbacke 1, 6 über eine starre Verbindung 26 mit dem beweglichen Teil 22 des horizontal wirkenden Antriebs 8 verbunden ist, und dass das antreibende Teil 21 dieses Antriebs 8 mit dem in vertikaler Richtung beweglichen Teil 22 des anderen Antriebs 9 starr verbunden ist.
Die frei wählbaren Ortskoordinaten erlauben in jedem Punkt der Bahn 4 eine ideale Backenbewegung, auch bei relativ kompliziertem Bahnverlauf.
Ein Aufeinanderprallen der Siegelflächen 30 der Schweißbacken 1, 6 geschieht jeweils in einem Aufprallpunkt P (3, 4), ab dem ein effektiver Siegelweg Zseff beginnt. Dieser Aufprallpunkt P liegt in einer Siegelebene S. Um ein sanftes Aufeinanderstoßen der Siegelflächen 30 und damit den Aufbau einer Siegelkraft (Fs) zu erreichen, wird die Normalkomponente VN eines jeweils in einer Siegelflächenebene mittig liegenden Bewegungspunktes A durch entsprechendes Ansteuern der beiden Antriebe 8, welche jeweils eine Schweißbacke 1, 6 in Normalrichtung bewegen, von der Steuereinrichtung 27, die über jeweils eine Leitung 31 (2) mit jeweils einem antreibenden Teil 21 eines Antriebs 8 verbunden ist, gesteuert.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (9) wird ein Folienschlauch in einer Siegelebene S von gegeneinander bewegten Schweißbacken zusammengedrückt und an einem (mathematischen) Aufprallpunkt P verschweißt. Da die Schweißbacken nicht in einer y-Richtung bewegt werden, ist der Schweißweg zs = 0. Dies entspricht dem sogenannten getakteten oder diskontinuierlichen Folientransport. Bei dieser Ausführung wird kein Antrieb benötigt, um eine Bewegung in y-Richtung zu überlagern. Ein einziger, in horizontaler x-Richtung wirkender, nach dem Schwebebahnprinzip funktionierender Linearantrieb ist hierbei für jede Schweißbacke vorgesehen. Diese beiden Antriebe werden angesteuert, um die Normalkomponente bei jeweils einer Backenbewegung hin zum Aufprallpunkt P auf einen geringen Wert VN = konst. Zu verzögern. Entsprechend schnell wird ein bewegliches Teil 22, welches über einem antreibenden Teil 21 des entsprechenden Antriebs 8 schwebt, und über die Führung 25 geführt wird, relativ zu einem antreibenden, ortsfesten Teil 21 versetzt. Beim Gegenstand der 2 wäre dies gegeben, wenn der in vertikaler Richtung 24 versetzende Antrieb 9 abgeschaltet wäre.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt ein Querverschweißen eines Folienschlauches 7 mittels eines einzigen Linearantriebes 8 (10). Bei einer Vorrichtung zum Verschweißen des Folienschlauches 7 erfolgt diese Verschweißung mittels zweier gegeneinander bewegbarer, den Folienschlauch 7 zwischen sich einklemmender Schweißbacken 1, 6. Zwei Backenhalter 44, 45 dienen zum Halten jeweils einer Schweißbacke 1, 6 und jeweils ein Backenträger 46, 47 dient zum Tragen eines Backenhalters 44, 45 und damit der Schweißbacken 1, 6. Die Backenträger 46, 47 sind über jeweils zwei in Führungen 57 geführten starren Verbindungen 58 mit den Backenhaltern 44, 45 verbunden. Dabei stecken zwei Verbindungen 58 in gleitender Weise in zwei Aussparungen des Backenträgers 46. Als Antrieb für die Backenbewegung dient ein Linearantrieb 8 mit einem entlang einer Wirklinie 49 und eines ortsfesten Teils 21 linear beweglichen Teil 22. Das bewegliche Teil 22 ist mit dem Getriebe 52 verbunden. Ebenso ist das Getriebe 52 mit den Backenträgern 46, 47 verbunden, um eine gegenläufige Bewegung der Backenträger 46, 47 und damit der Schweißbacken 1, 6 zu erzeugenden, und um die Schweißbacken 1, 6 aufeinander zu und voneinander weg bewegen zu können.
Das Getriebe 52 wirkt ortsgenau und direkt und enthält eine mit dem beweglichen Teil 21 verbundene Kurvenplatte 53. Die Kurvenplatte 53 weist zwei separate, geschlossene Kurvenlinien 54 auf. Jeweils ein mit einem Backenträger 46, 47 verbundener Nocken 55 wird entlang einer Kurvenlinie 54 geführt. Die Nocken 55 sind als Rollen ausgeführt und rollen entlang der Kurvenlinien 54 ab. Die Kurvenlinien 54 sind spiegelsymmetrisch zueinander mit der Wirklinie 49 als Symmetrieachse ausgebildet und führen derart zu einer gleichmäßigen Bewegung der Schweißbacken 1, 6 aufeinander zu bzw. voneinander weg. Dazwischen erfolgt eine Querverschweißung des Folienschlauches 7.
Die Kurvenplatte 53 ist austauschbar, so dass bei gleichartigem Betrieb des Linearantriebs 8 eine geänderte Backenbewegung erzielt werden könnte.
Eine Steuereinrichtung 27 ist dazu vorgesehen, um die Bewegung des beweglichen Teils 22 zeitabhängig bei veränderbarer, vom ortsfesten Teil 21 aufgebrachter Kraft zu steuern und um eine relativ lange Schweißdauer und ein schnelles Backenöffnen sowie Backenschließen zu erreichen. Um diese sehr schnelle Backenbewegung bei vorgegebener Siegelkraft (Fs) zu realisieren, ist zudem der Linearantrieb 8 als Linearmotor, welcher nach einem Schwebebahnprinzip funktioniert, ausgestaltet.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass die Siegelkraft Fs von einer Steuereinrichtung 27 einer Kraftsteuerung des Antriebs 8 während der Siegelzeit ts vorgegeben wird. Dabei wird im Falle eines getakteten Folientransportes jede Schweißbacke 1, 6 entlang einer linienförmigen Bahn 29 bewegt, und bei Folienstillstand und am Folienschlauch 7 anliegenden Schweißbacken 1, 6 während der Siegelzeit ts eine zeitabhängige Siegelkraft Fs von der Steuereinrichtung 27 vorgegeben. Alternativ dazu wird bei kontinuierlichem Folientransport jede Schweißbacke 1, 6 entlang einer geschlossenen Bahn 4 bewegt, welche einen geraden Abschnitt 5 aufweist, entlang dessen bei bewegtem Folienschlauch 7 die mit ihm mitbewegte Schweißbacke 1, 6 den Folienschlauch 7 verschweißt, wobei die Siegelkraft Fs während der Siegeldauer zeitabhängig von der Steuereinrichtung 27 vorgegeben wird. Innerhalb der Siegeldauer wird dabei ein Siegelkraftprofil erreicht, da der die Normalkomponente und die Siegelkraft Fs erzeugende Antrieb 8 mit der Steuereinrichtung 27 verbunden ist, welche einen zeitlichen Verlauf für die Leistungsaufnahme des Antriebs 8 und damit die Siegelkraft 27 vorgibt. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Leistungsaufnahme an sich oder eine mit ihr korrelierte Größe gesteuert und sodann zeitabhängig bis zum Erreichen der Siegelzeit ts geregelt wird.
Beim bekannten Stand der Technik (5) erfolgt ein abruptes Einsetzen einer Siegelkraft F1. Infolge eines weiteren Bewegen eines Antriebes (Servomotors) wird eine Feder an der Schweißbacke gestaucht, wodurch die Siegelkraft auf einen maximalen Wert F2 gebracht wird. Beim Auseinanderfahren der Schweißbacken wird die Siegelkraft in analoger Weise, d. h. abrupt weggenommen.
Beim vorgeschlagenen Verfahren sind beliebige, jedoch für eine Verschweißung unterschiedlichster Folientypen jeweils optimierte Siegelkraftprofile vorgebbar (6 bis 8).
So kann infolge der Schnelligkeit eines elektromagnetischen Linearantriebes die Siegelung früher als bisher beginnen, z. B. ca. 50 msec früher in einem Zyklus, verglichen mit dem bisherigen Stand der Technik (Servotechnik). Diese gewonnene Zeit kann dazu genutzt werden, einen materialschonenden Siegeldruckaufbau zu betreiben (5). Prinzipiell kann durch einen schnelleren Aufbau der Siegelkraft Fs (unterbrochener Graph) die Verschweißung innerhalb einer kürzeren Siegelzeit ts1 erfolgen, wobei eine Verpackungsmaschine relativ schnell betrieben werden kann. Eine relativ empfindliche, relativ starke Folie benötigt dagegen einen langsameren Siegeldruckaufbau und eine größere Siegelzeit ts2. Um ein Wegdrücken von aufgeschmolzenem Kunststoff aus den Nähten (Quernähten, Längsnähten) zu verhindern, wird bei Einsetzen dieses Fließvorganges der Siegeldruck jeweils zurückgenommen, zum einen (unterbrochener Graph) parabelförmig und zum anderen (durchgezogener Graph) entlang eines linearen Abschnittes. Um die Schweißbacken schließlich voneinander zu trennen und den Siegelvorgang zu beenden, wird in beiden Fällen die Siegelkraft (und damit der Siegeldruck) linear auf Null reduziert. Die Schweißbacken werden dabei relativ leise betrieben.
In einem anderen Ausführungsbeispiel (7) wird ein anderes gespeichertes Siegelkraftprofil für einen Folientyp aktiv geschaltet, mit dem zunächst ca. 20 msec lang ein sehr geringer Siegeldruck wirkt, um die zu verschweißenden Bereiche eines Folienschlauches 7 vorzuwärmen. Danach wird die Siegelkraft zuerst langsam und dann schnell erhöht, um kurzzeitig einen Maximalwert zu erreichen. Die Siegelkraftzurücknahme erfolgt analog einer halben Parabel, um besonders am Ende der Siegeldauer, wenn also der aufgeschmolzene Kunststoff am wärmsten und damit am fließfähigsten ist, einen deutlich reduzierten Siegeldruck zu haben.
Im Ausführungsbeispiel der 8 wird Wert gelegt auf eine sehr schnelle Folienverschweißung. Der Siegeldruck Fs wird sehr schnell aufgebaut, relativ lange bei einem Maximalwert gehalten, und so zurückgenommen, dass die Rücknahme einerseits schnell und andererseits unter Verhinderung eines Wegquetschens von aufgeschmolzenem Kunststoff geschieht.
Schließlich wäre es auch möglich, ein Siegelkraftprofil analog 5 allein durch ein entsprechendes Ansteuern des antreibenden Teils eines elektromagnetischen Linearantriebes (Linearmotor) zu erreichen, sofern dies gewünscht würde.
Bezugszeichenliste

1: Schweißbacke
2: Quersiegelstation
3: Schlauchbeutelmaschine
4: Bahn, geschlossen
4a, 4b: Abschnitt der Bahn 4
5: gerader Abschnitt
6: gegenläufige Schweißbacke
7: Folienschlauch
8, 9: Antrieb
10: Quernaht
11: Trenneinrichtung
12: Schlauchbeutel
13: Kühlluftauslass
14: Folienbahn
15: Abzug
16: Vorratsrolle
17: Formschulter
18: Längssiegeleinrichtung
19: Transportrichtung
20: Füllrohr
21: antreibendes Teil
22: bewegliches Teil
23, 24: Richtung
25: Führung
26: starre Verbindung
27: Steuereinrichtung
29: Bahn, linienförmig
30: Siegelfläche
31: Leitung
44, 45: Backenhalter
46, 47: Backenträger
52: Getriebe
53: Kurvenplatte
54: Kurvenlinie
55: Nocken
57: Führung
58: starre Verbindung
ts: Siegelzeit
Zs: Siegelweg, technisch
Zseff: effektiver Siegelweg
A: Bewegungspunkt
V: Geschwindigkeit
VN: Normalkomponente von V
x, y: Bahnkoordinaten
P: Aufprallpunkt
S: Siegelebene
Fs: Siegelkraft

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Schweißkraft bzw. eines Schweißdruckes für eine Schweißbacke (1, 6), insbesondere eine Schweißbacke (1, 6) einer Quersiegelstation (2) einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine (3), wobei die Schweißbacke (1, 6) entlang einer geschlossenen Bahn (4) umlaufend oder entlang einer linienförmigen Bahn (29) hin und her bewegt wird, um gegen einen Widerstand, insbesondere eine zweite, gegenläufige Schweißbacke (1, 6) zu stoßen, wobei ein Folienschlauch (7) zwischen dem Widerstand und einer Siegelfläche (30) der Schweißbacke (1, 6) zusammengedrückt wird, um den Folienschlauch (7) mittels über die Siegelfläche (30) in den Folienschlauch (7) eingebrachter Wärme bei einem ausgeübten Druck in einer Siegelebene (S) unter einer Siegelkraft (Fs) innerhalb einer Siegelzeit (ts) zu verschweißen, und wobei ein Antrieb (8) dazu vorgesehen ist, die Schweißbacke (1, 6) in einer Normalrichtung zu einer Oberfläche des Widerstandes hin zu bewegen, um derart den Schweißvorgang ortsfest oder entlang eines effektiven Siegelweges (Zseff) innerhalb der Siegelzeit (ts) durchzuführen und die Siegelkraft (Fs) vorgegeben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelkraft (Fs) von einer Steuereinrichtung (27) einer Kraftsteuerung des Antriebs (8) während der Siegelzeit (ts) vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitabhängiger Aufbau der Siegelkraft (Fs) zu Beginn der Siegelzeit (ts) erfolgt, wobei ein zeitabhängiger Verlauf der Siegelkraft (Fs) im Bereich der maximalen Siegelkraft (Fs) vorgesehen ist, und wobei ein zeitabhängiges Reduzieren der Siegelkraft (Fs) von einer hohen Siegelkraft (Fs) bis zu einem Wert Null für die Siegelkraft (Fs) am Ende der effektiven Siegelzeit (tseff) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbacke (1, 6) entlang der linienförmigen Bahn (29) bewegt wird, und bei Folienstillstand und am Folienschlauch (7) anliegender Schweißbacke (1, 6) während der Siegelzeit (ts) eine zeitabhängige Siegelkraft (Fs) von der Steuereinrichtung (27) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißbacke (1, 6) entlang der geschlossenen Bahn (4) bewegt wird, welche einen geraden Abschnitt (5) aufweist, entlang dessen bei bewegtem Folienschlauch (7) die mit ihm mitbewegte Schweißbacke (1, 6) den Folienschlauch (7) verschweißt, wobei die Siegelkraft (Fs) zeitabhängig von der Steuereinrichtung (27) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Verlauf die Form einer nach unten geöffneten Parabel hat.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitabhängige Verlauf einen linearen funktionellen Zusammenhang zwischen der Siegelkraft (Fs) und der Zeit (t) enthält, wobei während dieses linearen Zusammenhangs die Siegelkraft (Fs) vorzugsweise fällt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduzieren einen funktionellen Zusammenhang in Form eines Parabelabschnittes hat.