DE102011018380A1 - Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien mittels Heißgas - Google Patents

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Abstract

Die Vorrichtung dient zum Verschweißen von Kunststofffolien mittels Heißgas, das in einem von elektrischem Strom durchflossenen Rohrkörper (10) erwärmt wird. Der Rohrkörper hat wenigstens einen Gaseinlass (12, 14) und mehrere Gasauslassöffnungen (16) und sein elektrischer Widerstand ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Zur Beeinflussung der Temperaturunterschiede der aus den einzelnen Gasauslassöffnungen (16) austretenden Heißgasströme ist wenigstens ein Metallstreifen (18) mit dem Rohrkörper (10) in dem mit Gasauslassöffnungen (16) versehenen Rohrabschnitt elektrisch verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien mittels Heißgas, das in einem von elektrischem Strom durchflossenen Rohrkörper erwärmt ist, der wenigstens einen Gaseinlass und mehrere Gasauslassöffnungen hat und dessen elektrischer Widerstand sich in abhängig von der Temperatur ändert.
  • Eine derartige Schweißvorrichtung ist in der EP 0 743 164 B1 beschrieben. Sie hat grundsätzlich den Vorteil, dass sie mit gutem Wirkungsgrad arbeitet und die Temperatur des Heißgases genau regelbar ist. Dies gilt allerdings nur für den Heißgasstrom insgesamt, bzw. dessen mittlere Temperatur. Genauere Beobachtungen der aus den einzelnen Gasauslassöffnungen austretenden Heißgasströme haben jedoch gezeigt, dass die Temperatur des Heißgases, das aus einer weiter entfernt von einer Gaseinlassöffnung gelegenen Auslassöffnung austritt, eine höhere Temperatur hat als das Heißgas, welches durch eine näher an einem Gaseinlass gelegene Auslassöffnung ausgeblasen wird. Bei einem im Längsschnitt U-förmigen Rohrkörper, bei dem die beiden Rohrenden als Gaseinlass dienen und die Gasauslassöffnungen über den Steg des U-förmigen Längsschnittes verteilt sind, treten z. B. im mittleren Bereich des mit Auslassöffnung versehenen Abschnitts des Stegs des U-förmigen Rohrkörpers die höchsten Heißgastemperaturen auf. Die niedrigsten Temperaturen werden neben den Schenkeln des U-förmigen Längsschnitts gemessen. Dabei mag auch eine Rolle spielen, dass im mittleren Bereich des Stegs die an beiden Enden in den Rohrkörper eingeleiteten Gasströme aufeinander prallen.
  • Zur Vergleichmäßigung der Heißgastemperatur über die Länge des mit Gasauslassöffnungen versehenen Rohrabschnitts könnte in Erwägung gezogen werden, unterschiedlich große Gasauslassöffnungen und/oder unterschiedliche Rohrquerschnitte, Wanddicken und Isolierungen vorzusehen. Wenn jedoch wegen Änderungen der Arbeitsbedingungen z. B. wegen unterschiedlicher Umgebungstemperatur im Sommer und Winter oder wegen unterschiedlicher Wandstärken und Materialien der zu verschweißenden Folien der Druck, die Temperatur und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Heißgases geändert werden, können im Einzelfall die vorher für eine bestimmte Situation optimierten Parameter der Lochgrößen und Rohrquerschnitte ggf. nicht mehr optimal wirken. Es wäre dann sehr umständlich, z. B. durch Änderungen der Lochgröße und des Rohrquerschnitts zu versuchen, ein neues Optimum zu finden.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Mittel zur Verfügung zu stellen, um auf einfache Weise die Temperatur der Teilströme des Heißgases relativ zueinander justieren zu können.
  • Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Beeinflussung der Temperaturunterschiede der aus den einzelnen Gasauslassöffnungen austretenden Heißgasströme wenigstens ein Metallstreifen mit dem Rohrkörper in dem mit Gasauslassöffnungen versehenen Rohrabschnitt elektrisch verbunden ist. Der Metallstreifen vergrößert dort, wo er angebracht ist, den Querschnitt der Rohrwandung, so dass in diesem Bereich der elektrische Widerstand der Rohrwand reduziert und in der Folge die Heizwirkung vermindert wird. Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Größe, Form und Anbringungsstelle auf der Rohrwand derart zu verändern, dass man in der jeweils vorhandenen Situation eine möglichst gleichmäßig Temperaturverteilung des Heißgases über die Länge der rohrförmigen Heizvorrichtung erhält.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnung der Metallstreifen in seinem mittleren Bereich mit einer vom Rohrkörper getrennten Ausbiegung geformt. Eine solche Ausbildung ist zweckmäßig, wenn der Metallstreifen z. B. durch Löten oder Schweißen fest mit dem Rohrkörper verbunden ist. Er könnte aber auch axial verschieblich mit elektrischem Kontakt mit dem Rohrkörper verbunden sein. In diesem Fall kann sich der Metallstreifen frei ausdehnen und zusammenziehen, so dass es nicht der genannten Ausbiegung bedarf.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Seitenansicht eines zum Verschweißen von Kunststofffolien benutzten Rohrkörpers mit Auslassöffnungen für ein in dem Rohrkörper erwärmtes Heißgas;
  • 2 ein Prinzip-Schaubild einer Temperaturverteilung des Heißgases über die Länge des Rohrkörpers nach 1, wenn dieser Rohrkörper ohne den gezeigten Metallstreifen benutzt wird;
  • 3 ein Schaubild entsprechend 2 einer gleichmäßigeren Temperaturverteilung des Heißgases bei Verwendung des in 1 gezeigten Metallstreifens.
  • In 1 ist ein im wesentlichen U-förmiger Rohrkörper 10 aus einem Heizleitermetall dargestellt, dessen Einlassöffnungen 12, 14 an beiden Enden an ein Gebläse angeschlossen sind, das Luft oder ein anderes Gas oder Gasgemisch in den Rohrkörper 10 bläst. Der Querschnitt des Rohrkörpers 10 ist im Beispielsfall rund. Der Außendurchmesser beträgt z. B. 5 mm, die Wandstärke 1 mm. Das Heizleitermetall ist vorzugsweise rostfreier Stahl, dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, so dass durch Bestimmung des Widerstands die Temperatur ermittelt werden kann.
  • Der U-förmige Rohrkörper 10 weist in seinem geraden Stegbereich eine Vielzahl von Auslassöffnungen 16 auf, durch welche die eingeblasene Luft auf eine in einem bestimmten Abstand an dem Rohrkörper vorbeigeführte Kunststofffolie (nicht gezeigt) ausströmen kann. An seinen Schenkeln sind im Bereich der Rohrenden elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) angebracht, die es gestatten, bei niedriger Spannung von z. B. etwa 10–40 Volt einen elektrischen Strom durch den Rohrkörper zu leiten. Dadurch erhitzt er sich, so dass auch die durchströmende Luft erhitzt wird. Je nach Rohrgeometrie, Material, Stärke und Vorschubgeschwindigkeit der zu verschweißenden Kunststofffolie sollte der Rohrkörper 10 möglichst konstant auf einem bestimmten Temperaturniveau gehalten werden, um ein gleichmäßiges Verschweißen der Kunststofffolie zu gewährleisten.
  • Möglich wird dies durch die Funktion des Rohrkörpers als Temperaturfühler und elektronische Regelungen, welche seinen Widerstand und damit seine Temperatur und Temperaturänderungen sehr genau erfassen und dementsprechend die Stromstärke zum Beheizen des Rohrkörpers 10 variieren.
  • Je nach Verwendungszweck kann statt eines beidseitig offenen Rohrkörpers auch ein einseitig geschlossener Rohrkörper zum Einsatz kommen, oder das Rohr kann als ein geschlossener Kreis mit einer oder mehreren seitlichen Einlassöffnungen ausgebildet sein. Für die Auslassöffnungen 16, die in einem Abstand von ungefähr 5 mm zueinander angeordnet sind, aber auch unterschiedliche, z. B. in einer Richtung zunehmend kleinere Abstände haben könnten, haben sich Schlitzbreiten bzw. Bohrungsdurchmesser von ungefähr 1 mm für Verpackungsmaschinen als besonders geeignet erwiesen.
  • Die Besonderheit des als Schweißwerkzeug eingesetzten Rohrkörpers 10 besteht darin, dass im mittleren Bereich des mit Gasauslassöffnungen 16 versehenen Rohrabschnitts z. B. auf der den Auslassöffnungen 16 gegenüberliegenden Seite ein Metallstreifen 18 angebracht ist. Er kann aus demselben Material wie der Rohrkörper 10 oder aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen, und die Anlage am Rohrkörper 10 ist derart, dass im Anlagebereich eine elektrische Verbindung zwischen dem Metallstreifen 18 und dem Rohrkörper 10 besteht. Es kann sich z. B. um eine Löt- oder Schweißverbindung handeln. Alternativ könnte der Stegabschnitt des Rohrkörpers 10 mit einer Längsführung versehen sein, die den Metallstreifen 18 aufnimmt und längsverschieblich hält. Der Metallstreifen 18 vergrößert den vom Strom durchflossenen Querschnitt des Rohrkörpers 10 und senkt dadurch im Anlagebereich den elektrischen Widerstand, so dass sich dort der Rohrkörper 10 weniger erwärmt als in den Rohrabschnitten seitlich neben dem Metallstreifen 18.
  • Die Wirkung des Metallstreifens 18 ist in 2 und 3 dargestellt. Gemäß 2 steigt bei einem bekannten Schweißwerkzeug gemäß EP 0 743 164 B1 die Temperatur des Heißgases zur Mitte des Rohrkörpers 10 hin deutlich an. Gemäß 3 kann dieser Temperaturanstieg durch Anbringung des Metallstreifens 18 weitgehend vermieden und mit einer über die Steglänge des Rohrkörpers 10 im wesentlichen gleichmäßigen Temperatur gearbeitet werden.
  • Wie in 1 gezeigt, ist der Metallstreifen 18 zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnung in seinem mittleren Bereich mit einer vom Rohrkörper 10 abhebenden Ausbiegung 20 geformt. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung reduziert.
  • Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel geht davon aus, dass in der Mitte des Rohrkörpers 10 eine Temperaturspitze reduziert oder vermieden werden soll. Es versteht sich, dass Metallstreifen 18 auch dazu verwendet werden können, längs des Rohrkörpers 10 absichtlich einen ungleichmäßigen Temperaturverlauf zu erzeugen, z. B. dann, wenn auf der einen Seite des Schweißwerkzeugs nur zwei Lagen Kunststofffolie, aber auf der anderen Seite drei Lagen miteinander verschweißt werden sollen. Dann wird die benötigte relativ höhere Temperatur auf der zweiten Seite dadurch erzielt, dass auf der ersten Seite die Temperatur durch einen Metallstreifen 18 reduziert und durch Beaufschlagung des Rohrkörpers 10 mit einer höheren Stromstärke dafür gesorgt wird, dass auch auf der Seite, wo sich der Metallstreifen 18 befindet, eine ausreichende Schweißtemperatur erzielt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0743164 B1 [0002, 0016]

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststofffolien mittels Heißgas, das in einem von elektrischem Strom durchflossenen Rohrkörper (10) erwärmt ist, der wenigstens einen Gaseinlass (12, 14) und mehrere Gasauslassöffnungen (16) hat und dessen elektrischer Widerstand sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der Temperaturunterschiede der aus den einzelnen Gasauslassöffnungen (16) austretenden Heißgasströme wenigstens ein Metallstreifen (18) mit dem Rohrkörper (10) in dem mit Gasauslassöffnungen (16) versehenen Rohrabschnitt elektrisch verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mit Gasauslassöffnungen (16) versehene Rohrabschnitt zwischen zwei mit axialem Abstand angeordneten Gaseinlassöffnungen (12, 14) befindet und der wenigstens eine Metallstreifen (18) im mittleren Bereich dieses Rohrabschnitts angebracht ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkörper (10) im axialen Längsschnitt U-förmig gebogen ist, die Rohrenden die Gaseinlassöffnungen (12, 14) bilden, die Gasauslassöffnungen (16) auf der den Schenkeln des U-förmigen Rohrkörpers (10) gegenüberliegenden Außenseite des sie verbindenden Stegs und der wenigstens eine Metallstreifen (18) auf dessen Innenseite angebracht sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnung der Metallstreifen (18) in seinem mittleren Bereich mit einer vom Rohrkörper (10) getrennten Ausbiegung (20) geformt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, der Querschnitt, die Länge und die Lage des Metallstreifens (18) so gewählt sind, dass die Temperaturunterschiede der aus den einzelnen Gasauslassöffnungen (16) austretenden Heißgasströme minimiert sind.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstreifen (18) axial verschieblich an dem Rohrkörper (10) angebracht ist.
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