DE102007057177A1 - Schweißvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Schweißvorrichtung (5) mit wenigstens einer Schweißleiste (1), die ein Heizelement (13) umfasst, sowie mit einer Kühleinrichtung für ein gasförmiges Kühlmedium soll eine effektive Kühlung auch in geschlossenen Systemen ermöglichen. Dies wird erreicht durch einen in der Schweißleiste (1) integrierten Kühlkanal (17) zur direkten Kühlung des Heizelementes (13), wobei der Kühlkanal (17) das gasförmige Kühlmedium so innerhalb der Schweißleiste (1) führt, dass das Kühlmedium an das Heizelement (13) herangeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung mit wenigstens einer Schweißleiste, die ein Heizelement umfasst, sowie eine Kühleinrichtung für ein gasförmiges Kühlmedium.
  • Beim Schweißen mittels Schweißleisten, ist es bekannt ein Kühlmittel einzusetzen.
  • Aus der DE 1 213 597 ist eine Vorrichtung zum Verschweißen der Stirnkanten aufeinander liegenden Lagen aus thermoplastischem Material bekannt. Das Schweißwerkzeug besteht aus einem als Vierkantrohr ausgebildeten Träger, der von einem Kühlmedium durchströmt wird. Als Kühl medium wird Wasser eingesetzt. Die Vorrichtung umfasst ein Impulsschweißband, das in einer Nut einer isolierenden Schicht angeordnet ist. Die Schicht ist an dem Vierkantrohr befestigt.
  • Eine andere Lösung zeigen und beschreiben die Druckschriften DE 101 14 601 A1 und EP 0 796 789 A1 . Hierbei ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, mittels welcher die Schweißnaht an ihren beiden Außenseiten nach dem Öffnen der Schweißvorrichtung mit einem Kühlmittel zu beaufschlagen ist. Die Vorrichtung ist eine Haubenbildungseinrichtung, die in eine Verpackungsmaschine zum jeweiligen Umhüllen von Stückgutstapeln mit einer Folienhaube integriert ist. Diese ist mit zwei rechtwinklig zur Schlauchlängsrichtung angeordneten, beheizbaren Schweißleisten versehen. Damit die Schweißnaht rasch abkühlen kann, sind Kühleinrichtungen vorgesehen, die innerhalb eines Klemmrahmens angeordnet und jeweils an einer Druckluftquelle angeschlossen sind. Die Kühleinrichtungen weisen Düsen auf, durch welche die Querschweißnaht an ihren beiden Außenseiten gesteuert mit Kühlluft anzublasen ist, sobald sich die Schweißleisten von ihr entfernt haben.
  • Ein anderes Verfahren zum Schweißen geht aus der US 4,719,741 hervor. Bei diesem werden ebenfalls düsenartige Kühlelemente zur direkten Kühlung der Schweißnaht genutzt.
  • Weiterhin ist aus der DE 31 46 105 A1 ein Verfahren zum Herstellen von Polstermaterial bekannt. Das Schweißelement wird durch eine Kühlflüssigkeit oder einem Kühlgas bzw. Luft gekühlt. Zwischen benachbarten druckzuführenden Vorsprüngen des Schweißelementes verläuft ein Kühlrohr, in dem das Kühlmittel fließt. Alternativ können Kühlluftdüsenbohrungen vorhanden sein, die zwischen den druckzuführenden Vorsprüngen verlaufen. Dadurch bildet sich ein Raum, dem Kühlluft zugeführt wird, so dass durch die Düsenbohrungen die Kühlluft gegen das Oberflächenmaterial geblasen wird, wodurch verhindert wird, dass dieses schmilzt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine effektive Kühlung auch in geschlossenen Systemen möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen in die Schweißleiste integrierten Kühlkanal zur direkten Kühlung des Heizelementes, wobei der Kühlkanal das gasförmige Kühlmedium so innerhalb der Schweißleiste führt, dass das Kühlmedium an das Heizelement herangeführt wird.
  • Dadurch dass das Kühlmedium sehr effektiv eingesetzt wird, wird die Wärme sehr schnell abgeführt. Durch das gekühlte Heizelement wird die Energie auch aus dem verschweißten Produkt abgezogen. Dadurch können zum Beispiel Folienhauben sehr schnell gefertigt werden, da schon während eines Pressvorgangs eine Abkühlung möglich ist.
  • Bei geschlossenen Schweißleisten kann der Nahtbereich einer Schweißstelle bzw. das Heizelement, insbesondere ein Impulsschweißband nur im erreichbaren Außenbereich gekühlt werden. Dagegen erlaubt die Erfindung eine Kühlung im Innenbereich eines Impulsschweißbandes.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung ist vorgesehen, dass die Schweißleiste als Impulsschweißleiste ausgeführt ist. Die Impulsschweißleiste umfasst insbesondere ein Impulsschweißband. Diese Ausführung hat sich bei der Herstellung von Folienartikeln, wie Verpackungsartikeln oder bei der Herstellung von Müllbeuteln und dergleichen sehr bewährt. Das Heizelement kann dadurch sehr schnell aufgeheizt werden.
  • Eine optimale Schweißlinie bietet die Schweißvorrichtung, wenn das Impulsschweißband in Querschnitt konkav bzw. konvex ausgeführt ist. Die bogenförmige bzw. gewölbte Form erlaubt, dass eine sehr effiziente Drucklinie eingesetzt wird.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Schweißvorrichtung gekennzeichnet durch eine Trägerleiste mit einer zwischen Heizelement und Trägerleiste angeordneten Kühlleiste, mit der das Heizelement thermisch und elektrisch gegenüber der Trägerleiste isoliert ist. Da das Heizelement bzw. das Impulsschweißband elektrisch leitend ist, wird es gegen die Trägerleiste über die Kühlleiste isoliert.
  • Alternativ kann das Impulsschweißband auch auf einer Platine aufgebaut sein, ähnlich wie elektrische Leiterbahnen auf Platinen. Die Platine ist so dünn ausgeführt, dass eine begrenzte thermische Isolation stattfindet. Dadurch kann die im Heizelement entstehende Wärme auf eine Folie oder dergleichen einerseits schnell einwirken, und andererseits ist eine einfache Herstellung der Schweißleiste möglich. Das Heizelement umfasst die Platine, so dass das Kühlmedium in diesem Fall das Heizelement auch direkt kühlt.
  • Die Kühlleiste ist zum Beispiel ausgefräst, so dass das Kühlmittel direkt die Unterseite des Heizelementes oder einer entsprechenden Platine benetzt. Um ohne zusätzliche Mittel die gewünschte Kühlmittelzirkulation zu erreichen, ist daher vorgesehen, dass die Isolationsleiste eine zum Heizelement gerichtete Nut aufweist, die zumindest teilweise den Kühlkanal bildet.
  • Günstig ist eine Schweißleiste mit zwei an jeweils an ihren beiden Enden vorhandenen Heizelement-Köpfen zum Aufspannen zur elektrischen Kontaktierung des Heizelementes sowie zwei in Nähe der Heizelement-Köpfe angeordnete und an die Schweißleiste angeschlossene Pneumatikschläuche zum Zu- und/oder Abführen des Kühlmediums in bzw. aus dem Kühlkanal. Vorzugsweise werden zwei Zuführungsschläuche und ein mittiger Auslassbereich eingesetzt.
  • Um eine möglichst gleichmäßige Kühlung entlang der Schweißleiste zu erreichen, ist es vorteilhaft, dass zwischen den Pneumatikschläuchen ein oder mehrere Ventileinrichtung zum Steuern des Druckes entlang des Kühlkanals vorgesehen sind. Die gesteuerte Luftzirkulation verbessert das Schweißergebniss erheblich.
  • Damit das zu verschweißende Material nicht am Impulsschweißband anhaftet, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung ein auf der Schweißseite des Heizelementes angeordnetes Teflongewebe oder angeordnete Teflonbeschichtung vorgesehen. Das Teflongewebe wird vorzugsweise auf die Leiste überklebt.
  • Besonders günstig ist es, wenn das Kühlmedium Luft ist, insbesondere Druckluft ist sowie die Druckluft einen Druck zwischen 2 bar und 8 bar aufweist. Die Verwendung von Luft bietet gegenüber einer Wasserkühlung erhebliche Vorteile, weil Luft elektrisch nicht leitend ist. Der Isolationsaufwand reduziert sich. Die Luft wird zum Beispiel über seitliche Eintrittsöffnungen direkt an die teflonbeschichteten Impulsschweißbänder herangeführt. Über einen mittigen Austrittsbereich kann die Luft permanent, auch bei geschlossenen Schweißleisten durch die Nut in der Kühlleiste, in die Schweißzone fließen. Es kann schon während der Haltezeit effektiv gekühlt werden. Über die Zirkulazionsquerschnitte, die Temperatur der Luft und andere Parameter kann die Kühlleistung angepasst werden. Die Kühlung ist sehr effizient, da das Kühlmedium direkt an den aufgeheizten Elementen anliegt. Die Kühlleisten sind aus druck- und temperaturbeständigem Isolationswerkstoff ausgeführt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind. Es zeigen in rein schematischer Darstellung:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Schweißleiste,
  • 2 eine Seitendarstellung der Schweißleiste,
  • 3 eine Darstellung der Schweißleiste von oben,
  • 4 eine Schnittdarstellung der Schweißleiste.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 veranschaulicht eine Schweißvorrichtung 5 mit einer Schweißleiste 1. Wie 2 und 3 zeigen, umfasst die Schweißleiste 1 eine Trägerleiste 16 mit einen in 4 gezeigten Heizelement 13. An jedem Ende der Schweißleiste 1 ist ein Heizbandkopf 2 angeordnet.
  • Die Schweißvorrichtung 5 ist mit einer oder zwei gegenüberliegenden Schweißleisten 1 ausgestattet. Zwischen beiden Schweißleisten 1 wird das zu schweißende Produkt, beispielsweise ein Kunststofffolienprodukt, plaziert. Wie 4 veranschaulicht, wird das Heizelement 13 mit einer Kühleinrichtung mit einem gasförmigen Kühlmedium, und zwar Kühlluft gekühlt. Die Kühleinrichtung hat einen Kühlkanal 17.
  • Erfindungsgemäß ist der in der Schweißleiste 1 integrierte Kühlkanal 17 zur direkten Kühlung des Heizelementes 13 ausgeführt, wobei der Kühlkanal 17 das gasförmige Kühlmedium so innerhalb der Schweißleiste 1 führt, dass das Kühlmedium an das Heizelement 13 herangeführt wird.
  • Wie 4 weiterhin zeigt, ist die Schweißleiste 1 als Impulsschweißleiste ausgeführt. Sie umfasst ein Impulsschweißband 18, das als Heizelement 13 wirkt. Das Impulsschweißband 18 ist im Querschnitt konkav bzw. konvex ausgeführt, je nachdem ob es sich um eine obere oder untere Leiste handelt. Das Impulsschweißband 18 ist zumindest gewölbt.
  • Die Schweißleiste 1 hat eine Kühlleiste 3 zur Bewerkstelligung der Kühlung. Diese ist zwischen Trägerleiste 16 und dem Impulsschweißband 18 angeordnet. Die Kühlleiste 3 besteht aus einem thermisch- und elektrisch isolierenden Material und ist daher als Isolationsleiste ausgeführt, so dass das Impulsschweißband 18 thermisch und elektrisch gegenüber der Trägerleiste 16 isoliert ist.
  • Außerdem ist die Kühlleiste 3 mit einer zum Impulsschweißband 18 gerichteten Nut 15 versehen. Diese bildet einen Teil des Kühlkanals 3. Der Kühlkanal 3 hat daher im Querschnitt eine Pilzform, wie in 4 zu erkennen ist. Das Schweißband 18 hat im Querschnitt eine Pilzkopfform und die Nut eine Stengelform. Die Kühlluft zirkuliert innerhalb dieses Kanals und steht sowohl mit dem Impulsschweißband 18 als auch mit der Kühlleiste 3 in Berührung.
  • Die Kühlleiste 3 besteht aus druck- und temperaturbeständigem Isolationswerkstoff. Das Kühlmedium ist nämlich Druckluft mit einem Druck zwischen 2 bar und 8 bar.
  • Wie 1 und 2 außerdem zeigen, dienen die zwei an jeweils beiden Enden der Schweißleiste 1 vorhandenen Heizelement-Köpfe 2 zum Aufspannen und zur elektrische Kontaktierung des Impulsschweißbandes 18. Zu erkennen sind zwei in Nähe dieser Köpfe 2 angeordnete und an die Schweißleiste 1 angeschlossene Pneumatikschläuche 12. Durch diese Schläuche 12 wird die Luft zugeführt. In der Mitte der Schweißleiste 1 befindet sind ein Austrittsbereich 15 mit wenigstens einer Luftaustrittsöff nung, so dass die erwärmte Luft ins Freie gelangen kann. Zudem sind ein Federbolzen 4, eine Zugfeder 7 und eine Einstellschraube für eine Verstelleinrichtung 19 vorhanden, wie die 1 und 2 zeigen. Durch diese kann die Luftzirkulation geregelt werden. Vorzugsweise sind zwei Verstelleinrichtungen 19 jeweils in der Nähe der Schläuche 12 bzw. an ihrem Luftanschluss 9 vorhanden. Die Einrichtungen 19 arbeiten als eine Art Ventil. Es sind also zwischen den Pneumatikschläuchen 12 mehrere Ventileinrichtungen 20 zum Steuern des Druckes entlang des Kühlkanals 3 vorhanden. Weiterhin sind mehrere Befestigungsschrauben 10 zum Halten der Kühlleiste 3 vorhanden.
  • Wie 4 zeigt, kann auf der Schweißseite des Impulsschweißbandes 18 ein Teflongewebe 21 vorhanden sein, das gestrichelt eingezeichnet ist, welches das Band 18 zusammen mit der Kühlleiste 3 und die Trägerleiste 16 erfasst. Alternativ kann auch das Band 18 mit einer Teflonbeschichtung versehen sein. Dadurch wird ein Verkleben des zu verschweißenden Produktes mit der Impulsschweißleiste verhindert.
  • Bei einem Schweißvorgang wird das Band 18 durch einen Impulsstrom aufgeheizt. Die Schweißleisten 1 bewegen sich aufeinander zu und erzeugen die Schweißnaht durch Erhitzen einer Kunststofffolie beispielsweise. Das Band 18 wird dann noch während des Pressvorgangs also während der Haltezeit gekühlt. Dadurch werden sowohl das Band 18 als auch die Folie durch das in dem Kühlkanal 3 strömende Kühlmedium abgekühlt.
  • Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, so kann die Kühlleiste 3 auch andere Ausführungsformen aufweisen. In der Kühlleiste können zum Beispiel Luftdüsen vorhanden sein die das Heizelement von der Innenseite her mit Luft kühlen. Das Heizelement kann auch alternativ eine Platine aufweisen. Auch können die Kühlleiste 3 und die Trägerleiste 16 ein Teil sein.
    • 1
    Schweißleiste
    2
    Heizbandkopf
    3
    Kühlleiste
    4
    Federbolzen
    5
    Schweißvorrichtung
    6
    7
    Zugfeder
    8
    Einstellschraube
    9
    Luftanschluss
    10
    Befestigungsschraube
    11
    12
    Pneumatikschläuche
    13
    Heizelement
    14
    15
    Nut
    16
    Trägerleiste
    17
    Kühlkanal
    18
    Impulsschweißband
    19
    Verstelleinrichtungen
    20
    Ventileinrichtungen
    21
    Teflongewebe
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 1213597 [0003]
    • - DE 10114601 A1 [0004]
    • - EP 0796789 A1 [0004]
    • - US 4719741 [0005]
    • - DE 3146105 A1 [0006]

Claims (14)

  1. Schweißvorrichtung (5) mit wenigstens einer Schweißleiste (1), die ein Heizelement (13) umfasst, sowie mit einer Kühleinrichtung für ein gasförmiges Kühlmedium, gekennzeichnet durch, einen in der Schweißleiste (1) integrierten Kühlkanal (17) zur direkten Kühlung des Heizelementes (13), wobei der Kühlkanal (17) das gasförmige Kühlmedium so innerhalb der Schweißleiste (1) führt, dass das Kühlmedium an das Heizelement (13) herangeführt wird.
  2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißleiste (1) als Impulsschweißleiste ausgeführt ist.
  3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsschweißleiste ein Impulsschweißband (18) umfasst.
  4. Schweißvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulsschweißband (18) im Querschnitt konkav bzw. konvex ausgeführt ist.
  5. Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kühlleiste (3), die zwischen der Trägerleiste (16) und dem Heizelement (13) angeordnet ist, wobei die Kühlleiste (3) vorzugsweise als Isolationsleiste ausgeführt ist, mit der das Heizelement (13) hermisch und elektrisch gegenüber der Trägerleiste (16) isoliert ist.
  6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Kühlleiste (3) eine zum Heizelement (13) gerichtete Nut (15) aufweist, die zumindest teilweise den Kühlkanal (17) bildet.
  7. Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleiste (3) aus druck- und temperaturbeständigen Isolationswerkstoff ausgeführt ist.
  8. Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei an jeweils an beiden Enden der Schweißleiste (1) vorhandenen Heizelement-Köpfe zum Aufspannen und zur elektrische Kontaktierung des Heizelementes (13) sowie zwei in Nähe der Heizelement-Köpfe angeordnete und an die Schweißleiste (1) angeschlossene Pneumatikschläuche (12) zum Zu- und/oder Abführen des Kühlmediums in bzw. aus dem Kühlkanal (17).
  9. Schweißvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Pneumatikschläuchen (12) ein oder mehrere Ventileinrichtungen (20) zum Steuern des Druckes entlang des Kühlkanals (17) vorgesehen sind.
  10. Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein auf der Schweißseite des Heizelementes (13) angeordnetes Teflongewebe (21) oder angeordnete Teflonbeschichtung.
  11. Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Luft ist.
  12. Schweißvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Druckluft ist.
  13. Schweißvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft einen Druck zwischen 2 bar und 8 bar aufweist.
  14. Verfahren zur Schweißen einer Kunststofffolie mit einer Schweißvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch Aufheizen des Heizelementes (13), Erhitzen der Kunststofffolie und Kühlen des Heizelementes (13) und der Folie durch das in dem Kühlkanal strömende Kühlmedium noch während einer Haltezeit.
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