DE102009053014A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien - Google Patents
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Abstract
Zum Verschweißen von Kunststofffolien werden zumindest zwei Kunststofffolien (3) übereinanderliegend von mindestens einem Schweißelement (Schweißbalken (1)) erhitzt, das von einem Servomotor (4) angetrieben auf- und abbewegt wird. Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Servomotor (4) reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betrieben wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen von Kunststofffolien, bei dem zumindest zwei Kunststofffolien übereinanderliegend von mindestens einem Schweißelement erhitzt werden, das von einem Servomotor angetrieben auf- und abbewegt wird und eine Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien zur Herstellung von Beuteln, Taschen oder dergleichen.
- Bei der Herstellung von Beuteln, Taschen oder dergleichen aus thermoplastischen Kunststofffolien werden bekannterweise die zu verschweißenden Folien übereinanderliegend zwischen aufheizbaren Schweißelementen hindurchgeführt und durch Erhitzen miteinander verbunden. Zur Herstellung von beispielsweise quer zur Laufrichtung der Kunststofffolien verlaufenden Schweißnähten durch Querschweißen werden die Folien taktweise vorgeschoben und von mindestens einem auf- und abbewegbaren balkenförmigen Schweißelement im Stillstand für eine bestimmte Zeit erhitzt.
- Aus der
DE 102 34 509 A1 ist es bekannt, Schweißbalken mittels Servoantrieben auf- und abzubewegen. Die Servomotoren sind mit den Schweißbalken über einen Kurbeltrieb verbunden, um die Kreisbewegung des Motors in eine im Wesentlichen lineare Auf- und Abbewegung des Schweißbalkens umzuwandeln. - Bei den bekannten Anwendungen wird der einen Schweißbalken antreibende Servomotor immer in einem Bewegungssinn mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben, wobei nur in einem begrenzten Kreisabschnitt die gewünschte Funktion, nämlich die Auf- und Abbewegung des Schweißbalkens realisiert ist. In der Regel beträgt der nutzbare Weg des Servomotors im Verhältnis zu seinem Gesamtweg nur ein Viertel oder sogar weniger. Daraus resultiert eine entsprechend geringe Kontaktzeit des Schweißbalkens mit der Folie und damit eine entsprechend geringe Aufheizzeit während des Stillstands zwischen zwei Vorschubtakten.
- Für eine hohe Qualität der Schweißnaht, insbesondere für deren Reißfestigkeit, ist man bestrebt, möglichst lange Aufheizzeiten beim Verschweißen zu erreichen. Besonders beim Verschweißen in zwei Stufen, d. h. durch Vor- und anschließendes Endschweißen, ist es vorteilhaft, beim Vorschweißen möglichst lange zu erhitzen, bevor nach einem Vorschub in einer nachfolgenden Station die Endschweißung durchgeführt wird.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich Schweißnähte mit verbesserter Qualität mit verringertem maschinellen Aufwand herstellen lassen. Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
- Die erste Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Patentanspruch 10 löst die zweite Aufgabe.
- Die abhängigen Ansprüche enthalten bevorzugte, d. h. besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
- Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind für das Quer- und/oder Längsschweißen von Kunststofffolie, vorzugsweise für das Querschweißen, geeignet. Beim Verschweißen von Kunststofffolien werden die Kunststofffolien mittels Schweißelement miteinander verschweißt. Auch kann das Schweißelement zum Trennschweißen verwendet werden, bei dem während des Verschweißens die Folien zusätzlich durch den Schweißbalken getrennt werden.
- Bei der Erfindung wird die rotatorische Bewegung des Servomotors in eine translatorische Bewegung, vorzugsweise mittels eines Getriebes nach Art eines Kurvengetriebes, umgewandelt, mit der das Schweißelement auf- und abwärts bewegt wird.
- Der Servomotor überstreicht während der Kontaktzeit des Schweißelements mit der Folie einen Winkel von maximal 120°, insbesondere ca. 90°, wodurch sich eine verlängerte Schweißzeit ergibt.
- Mit Hilfe der Erfindung können die Kunststofffolien in zwei Stufen verschweißt werden, wobei zumindest eine Stufe mit einem Verfahren betrieben wird, bei dem der Servomotor reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betrieben wird.
- Die Bewegung von dem Getriebe auf das Schweißelement kann mittels mindestens eines Luftzylinders gedämpft werden, wodurch sich eine längere Schweißzeit ergibt.
- Die Kontaktzeit des Schweißelementes mit den Kunststofffolien kann mittels der veränderbaren Dämpfung des Luftzylinders eingestellt werden.
- Mittels des Arbeitsdrucks des Luftzylinders kann der Schweißdruck des Schweißelementes auf die Kunststofffolien verändert werden.
- Mittels des Getriebes, das mindestens eine exzentrische Scheibe enthält, kann die Kontaktzeit des Schweißelements mit den Kunststofffolien eingestellt werden.
- Die genannten Verfahrensweisen haben mehrere Vorteile:
Es sind kleinere Motor-Reglerkombinationen möglich. Dies führt zu Kosteneinsparungen. Die Bewegung mit wechselndem Umlaufsinn führt zu einer geringen Schwungmasse. Daher können mechanische Bauteile zur Versteifung entfallen. - Zu bekannten Systemen lässt sich die Kontaktzeit verdoppeln bis verdreifachen und durch die Möglichkeit, mit konstanten Zeiten zu fahren, ergeben sich verfahrenstechnische Vorteile.
- Die Verfahrensweisen sind besonders vorteilhaft, wenn die Kunststofffolien in zwei Stufen durch Vorschweißen und Endschweißen miteinander verschweißt werden. Dabei wird zumindest das Vorschweißen mit dem Verfahren nach der Erfindung betrieben, um eine möglichst lange Schweißzeit zu erreichen.
- Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung, -
2 den Bewegungsablauf des Servomotors und -
3 das Geschwindigkeitsprofil des Servomotors. - In
1 ist der prinzipielle Aufbau einer Schweißvorrichtung einer Beutelherstellungsmaschine mit mindestens einem Schweißelement, im Beispiel zwei Schweißelementen, nämlich einem Schweißbalken1 und einem unteren Querbalken2 , dargestellt. Der Schweißbalken1 und der untere Querbalken2 weisen dabei eine Arbeitslänge von bis zu einem Meter auf. Der untere Querbalken2 dient im Beispiel als Schweißauflage für den Schweißbalken1 . - Die Vorrichtung besteht aus einem Servomotor
4 , der mittels eines Zugmittelgetriebes, im Beispiel mittels eines Zahnriemens8 , mit einem Getriebe, im Beispiel nach Art eines Kurvengetriebes6 , verbunden ist. Das Kurvengetriebe6 enthält einen zylinderförmigen Antriebstrang, auf den zumindest eine exzentrische Scheibe, im Beispiel drei exzentrische Scheiben14a ,14b ,14c , aufgeflanscht ist, und einen Abtriebstrang, im Beispiel in Form von drei hohlzylinderförmigen Laufringen13a ,13b ,13c . Die Laufringe13a ,13b ,13c sind dabei im Innendurchmesser größer als der maximale Außendurchmesser der exzentrischen Scheiben14a ,14b ,14c , so dass jeweils eine exzentrische Scheibe14a ,14b ,14c in jeweils einem Laufring13a ,13b ,13c rotieren kann. Dabei stellt der Laufring13a ,13b ,13c einen Außenring und die exzentrische Scheibe14a ,14b ,14c einen Innenring dar. Die Laufringe13a ,13b ,13c und die exzentrische Scheiben14a ,14b ,14c sind über Wälzkörper gelagert. Der Antriebsstrang ist zusätzlich am Rand im Maschinengestell gelagert und mittig mittels einer Lagervorrichtung gelagert. - Die drei Laufringe
13a ,13b ,13c sind mit mindestens einem Luftzylinder, im Beispiel mit jeweils einem Luftzylinder5a ,5b ,5c , verbunden. - Die drei Luftzylinder
5a ,5b ,5c sind auf der anderen Luftzylinderseite mit einem Holm7 verbunden, der die Ausdehnung des Schweißbalkens1 durch die notwendige Erwärmung des Schweißbalkens1 während des Verschweißens mittels Tellerfedern, im Beispiel zwei Tellerfedern10a ,10b , und Zugschrauben, im Beispiel zwei Zugschrauben12a ,12b , aufnimmt beziehungsweise ausgleicht. - Der Schweißbalken
1 ist mittels Distanzwinkel, im Beispiel sechs Distanzwinkeln9a ,9b ,9c ,9d ,9e ,9f , mit dem Holm7 verbunden. Der Holm7 wird mittels einer Verschiebeführung translatorisch im Maschinengestell geführt. Die rotatorische Bewegung des Servomotors4 ist mittels des Kurvengetriebes6 in eine translatorische Bewegung umwandelbar, mit der der Schweißbalken1 auf- und abwärts bewegbar ist. Durch die Verschiebeführung wird der Schweißbalken1 auch translatorisch geführt. - Zwischen dem Schweißbalken
1 und dem unteren Querbalken2 wird Teflonfolie, im Beispiel zwei Lagen Teflonfolie, und Kunststofffolie3 , im Beispiel zwei Lagen Kunststofffolie3 , zum Verschweißen hindurchgeführt. Dabei läuft zwischen der oberen Lage Kunststofffolie3 und dem Schweißbalken1 eine Lage Teflonfolie und zwischen der unteren Lage Kunststofffolie3 und dem unteren Querbalken2 eine Lage Teflonfolie hindurch, um am Schweißbalken1 Verklebungen durch das Verschweißen von Kunststofffolien3 zu vermeiden. Zum Verschweißen wird Kunststofffolie3 und Teflonfolie taktweise zwischen dem Schweißbalken1 und dem unteren Querbalken2 in der Vorrichtung um ein bestimmtes Format gesteuert hindurchgeführt. Während des Schweißvorgangs stehen die Teflonfolien und die Kunststofffolien3 in der Vorrichtung still. - Der Servomotor
4 ist reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betreibbar. Durch eine Steuerung des Servomotors4 sind die Start- und Stoppposition, die Drehzahl, der überstrichene Winkelbereichswert während des Kontakts und die Kontaktzeit einstellbar. Wie in2 dargestellt ist im Ausführungsbeispiel die Drehbewegung des Servomotors4 auf 180° durch die Steuerung begrenzt. Die Startposition des Servomotors4 liegt im Beispiel bei 270°. Zum Verschweißen dreht der Servomotor4 von 270° auf 90° im Uhrzeigersinn. Der Bereich zwischen 270° und 90° teilt sich in drei Bereiche auf: einem Einfahrwinkel, einem Kontaktwinkel und einem Ausfahrwinkel. Die Zeit, die für den Einfahr-, Kontakt- und Ausfahrwinkel verwendet wird, ist variabel mittels der Steuerung des Servomotors4 einstellbar, indem die Drehzahl des Servomotors4 für die jeweilige notwendige Schweißzeit eingestellt wird. Mit steigender Drehzahl des Servomotors4 im Kontaktwinkel verkürzt sich die Kontaktzeit, da der Kontaktwinkel schneller durchfahren wird. Umgekehrtes gilt für eine sinkende Drehzahl des Servomotors4 im Kontaktwinkel. - Ebenso ist die Dauer des Durchfahrens von Einfahr- und Ausfahrwinkel an die Drehzahl des Servomotors
4 direkt gekoppelt. Wie in3 dargestellt durchläuft, der Servomotor den gesamten Winkelbereich von 270° auf 90° in einer definierten Zeit, im Beispiel konstanten Zeit von 300 ms. Zuerst wird der Einfahrwinkel von 45° in einer definierten Zeit, im Beispiel konstanten Zeit von 50 ms, durchfahren. Wie in2 dargestellt endet der Einfahrwinkel bei 315°. - An den Einfahrwinkel schließt der Kontaktwinkel an und erstreckt sich von 315° auf 45°. Somit ergibt sich ein Kontaktwinkel von 90°. Der Winkel 0° wird beim Durchfahren des Kontaktwinkels als unterer Totpunkt bezeichnet. Wie
3 zeigt wird der Kontaktwinkel auch in einer definierten Zeit, im Beispiel konstanten Zeit von 200 ms, durchfahren. - Wie in
2 beziehungsweise3 dargestellt wird der Winkelbereich von 45° bis 90° als Ausfahrwinkel bezeichnet und wird auch in einer definierten Zeit, im Beispiel konstanten Zeit von 50 ms, durchfahren. - Bei 90° ist die Stoppposition des Servomotors erreicht. In dieser Position wartet der Servomotor
4 auf den nächsten Startbefehl, wonach die Bewegung mit entgegengesetzten Umlaufsinn wiederholt wird. - Beim Durchfahren des Kontaktwinkels ist, wie in
3 dargestellt, die Drehgeschwindigkeit des Servomotors4 und somit die Drehzahl des Servomotors4 am höchsten. Beim Durchfahren des Einfahr- und Ausfahrwinkels wird die Drehzahl des Servomotors4 jeweils im Einfahrwinkel erhöht bzw. im Ausfahrwinkel verringert. - Im Ausführungsbeispiel werden Kunststofffolien
3 mittels eines auf- und abbewegbaren, sich quer über die Arbeitsbreite erstreckenden Schweißbalkens1 , der mit einem Servomotor4 als Hubantrieb verbunden ist, wobei der Servomotor4 reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betreibbar ist, und eines unteren Querbalkens2 durch Querschweißen in nur einer Stufe, dem Endschweißen, verschweißt. - Zum Verschweißen ist der Schweißbalken
1 auf die zum Verschweißen erforderliche Temperatur aufgeheizt. Auch der untere Querbalken2 ist auf die zum Verschweißen erforderliche Temperatur aufgeheizt. Die Drehbewegung des Servomotors4 ist über den Zahnriemen8 mit dem Antriebstrang des Kurvengetriebes6 über eine Übersetzung, im Beispiel mittels zweier nicht koaxialer Wellen mit unterschiedlichem Bauumfang, gekoppelt. Die Drehbewegung des Servomotors4 wird mittels des Kurvengetriebes6 in eine Hubbewegung des Schweißbalkens1 umgewandelt. Im Einfahrwinkel des Servomotors4 senkt sich der Schweißbalken1 in Richtung des unteren Querbalkens2 ab. Durch den Abstand des Schweißbalken1 von der Position zum Verschweißen ergibt sich der notwendige Einfahrwinkel des Servomotors4 , der im Beispiel aufgrund des Abstandes von dem Schweißbalken1 zu der Schweißposition 45° ist. Im Einfahrwinkel wird der Servomotor4 auf eine konstante Drehzahl beschleunigt. - Wenn der Schweißbalken
1 die Teflonfolien, die Kunststofffolien3 und den unteren Querbalken2 berührt, d. h. die Position zum Verschweißen erreicht ist, durchfährt der Servomotors4 den Kontaktwinkel. - Durch die Dämpfung der Luftzylinder
5a ,5b ,5c wird die weitere translatorische Bewegung von dem Kurvengetriebe6 auf den Schweißbalken1 mittels der Dämpfung in den jeweiligen Luftzylindern5a ,5b ,5c aufgenommen. Mittels der Luftzylinder5a ,5b ,5c ist somit die Bewegung von dem Kurvengetriebe6 auf das Schweißelement1 dämpfbar. Die Kontaktzeit des Schweißbalkens1 mit den von zwei Teflonfolien umgebenen und vom unteren Querbalken2 abgestützten Kunststofffolien3 ist somit mittels der veränderbaren Dämpfung der drei Luftzylinder5a ,5b ,5c einstellbar. Die Dämpfung der jeweiligen Luftzylinder5a ,5b ,5c wird durch Erhöhung und Verringerung der Luftmenge in den jeweiligen Luftzylindern5a ,5b ,5c eingestellt. Die Kontaktzeit des Schweißbalkens1 mit den von zwei Teflonfolien umgebenen und vom unteren Querbalken2 abgestützten Kunststofffolien3 ist mittels des Kurvengetriebes6 einstellbar. - Der Schweißdruck des Schweißbalkens
1 auf die von zwei Teflonfolien umgebenen und vom unteren Querbalken2 abgestützten Kunststofffolien3 ist mittels des Arbeitsdrucks der drei Luftzylinder5a ,5b ,5c veränderbar. Im Beispiel ist der Arbeitsdruck der drei Luftzylinder5a ,5b ,5c mittels eines Manometers auf einen konstanten Wert eingestellt. - Nach Durchschreiten des unteren Totpunkts im Kontaktwinkel bei 0° werden die Luftzylinder
5a ,5b ,5c wieder entlastet. Im Ausfahrwinkel sind die Luftzylinder5a ,5b ,5c wieder vollkommen entlasted, d. h. die drei Luftzylinder5a ,5b ,5c dämpfen nicht mehr, und der Schweißbalken1 hebt sich von der Teflonfolie, den verschweißten Kunststofffolien3 und dem unteren Querbalken2 ab, bis die Stoppposition des Servomotors4 erreicht wird. Im Ausfahrwinkel wird die Drehgeschwindigkeit des Servomotors4 bis zum Stillstand verzögert, was dazu führt, dass der Schweißbalken1 sich bei Stillstand des Servomotors4 nicht mehr mit einer Hubbewegung bewegt und auch still steht. - Die Kunststofffolien
3 und die Teflonfolien werden nach Erreichen des Ausfahrwinkels des Servomotors4 um ein bestimmtes Format wieder durch den Schweißbalken1 und den unteren Querbalken2 hindurchgeführt. Für eine weitere Verschweißung wechselt der Servomotor4 seine Umlaufrichtung und die Verschweißung der Kunststofffolien3 kann erneut beginnen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10234509 A1 [0003]
Claims (17)
- Verfahren zum Verschweißen von Kunststofffolien, bei dem zumindest zwei Kunststofffolien (
3 ) übereinanderliegend von mindestens einem Schweißelement (Schweißbalken (1 )) erhitzt werden, das von einem Servomotor (4 ) angetrieben auf- und abbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (4 ) reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betrieben wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißelement (Schweißbalken (
1 )) zum Trennschweißen verwendet wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotatorische Bewegung des Servomotors (
4 ) mittels eines Getriebes, vorzugsweise nach Art eines Kurvengetriebes (6 ), in eine translatorische Bewegung umgewandelt wird, mit der das Schweißelement (Schweißbalken (1 )) auf- und abwärts bewegt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor (
4 ) während der Kontaktzeit des Schweißelements (Schweißbalken (1 )) mit der Kunststofffolie (3 ) einen Winkel von maximal 120°, insbesondere ca. 90°, überstreicht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolien (
3 ) in zwei Stufen verschweißt werden, wobei zumindest eine Stufe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 betrieben wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) die Bewegung von dem Getriebe (Kurvengetriebe (6 )) auf das Schweißelement (Schweißbalken (1 )) gedämpft wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der veränderbaren Dämpfung des Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) die Kontaktzeit des Schweißelementes (Schweißbalken (1 )) mit den Kunststofffolien (3 ) eingestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Arbeitsdrucks des Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) der Schweißdruck des Schweißelementes (Schweißbalken (1 )) auf die Kunststofffolien (3 ) verändert wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Getriebes (Kurvengetriebe (
6 )), das mindestens eine exzentrische Scheibe (14a ,14b ,14c ) enthält, die Kontaktzeit des Schweißelements (Schweißbalken (1 )) mit den Kunststofffolien (3 ) eingestellt wird. - Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest ein auf- und abbewegbares Schweißelement, insbesondere ein sich quer über die Arbeitsbreite erstreckender Schweißbalken (
1 ), der mit einem Servomotor (4 ) als Hubantrieb verbunden ist, wobei der Servomotor (4 ) reversibel mit wechselndem Umlaufsinn betreibbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuerung für den Servomotor (
4 ) die Start- und Stoppposition, die Drehzahl, der überstrichene Winkelbereichswert während des Kontakts und die Kontaktzeit einstellbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rotatorische Bewegung des Servomotors (
4 ) mittels eines Getriebes, vorzugsweise nach Art eines Kurvengetriebes (6 ), in eine translatorische Bewegung umwandelbar ist, mit der das Schweißelement (Schweißbalken (1 )) auf- und abwärts bewegbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels mindestens eines Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) die Bewegung von dem Getriebe (Kurvengetriebe (6 )) auf das Schweißelement (Schweißbalken (1 )) dämpfbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der veränderbaren Dämpfung des Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) die Kontaktzeit des Schweißelementes (Schweißbalken (1 )) mit den Kunststofffolien (3 ) einstellbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Arbeitsdrucks des Luftzylinders (
5a ,5b ,5c ) der Schweißdruck des Schweißelementes (Schweißbalken (1 )) auf die Kunststofffolien (3 ) veränderbar ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (Kurvengetriebe (
6 )) mindestens eine exzentrische Scheibe (14a ,14b ,14c ) enthält. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Getriebes (Kurvengetriebe (
6 )) die Kontaktzeit des Schweißelements (Schweißbalken (1 )) mit den Kunststofffolien (3 ) einstellbar ist.
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