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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kunststoffverarbeitung und der Anlagentechnik. Die Erfindung betrifft ein Schweißwerkzeug und ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbeuteln.
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Hintergrund der Erfindung
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Kunststoffbeutel, häufig in Form von Folienbeuteln, werden im Bereich der Medizin eingesetzt. Ihre Verwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Kunststoffbeutel können zur Aufnahme von Infusionslösungen dienen und werden u. a. auch für die Aufbewahrung von Blut (Blutkonserven) und die Aufbewahrung von sterilen medizinischen Flüssigkeiten benutzt. Kunststoffbeutel benötigen Befüllungs- und Entnahmesysteme, die als sogenannte Ports ausgeführt sind, wobei die Kunststoffbeutel je nach Verwendungszweck ein, zwei oder mehrere Ports aufweisen können.
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Die Herstellung von Kunststoffbeuteln erfolgt in bekannter Weise mit einem Herstellungsverfahren, bei dem zwei zu verschweißende Kunststofffolien einem Schweißwerkzeug zugeführt werden. Die Zuführung der miteinander zu verschweißenden Kunststofffolien erfolgt in Form von planparallel übereinanderliegenden Endlos-Kunststofffolien. Diese Kunststofffolien, welche üblicherweise als geblasener Endlosschlauch ungeschnitten oder in Bahnen geschnitten sind, werden von einer Rolle abgezogen. Mittels Tänzerwalzen werden die Kunststofffolien gestreckt gehalten. Dabei wird durch bekannte Mittel (z. B. durch eine Folienklemme) sichergestellt, dass das Zuführungsende der Kunststofffolien lagegenau an der Eingangsseite des aus zwei Werkzeughälften gebildeten Schweißwerkzeuges positioniert ist.
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Sodann werden die Werkzeughälften auseinandergefahren und die Kunststofffolien werden durch das geöffnete Werkzeug hindurchgezogen. Zu diesem Zweck greifen Vakuumsauger durch das geöffnete Werkzeug hindurch und erfassen das an der Eingangsseite des Werkzeuges lagegenau positionierte Zuführungsende der Kunststofffolien. Die Vakuumsauger ziehen das Zuführungsende bis auf die Ausgangsseite durch das geöffnete Werkzeug hindurch. Beim oder kurz nach dem Zufahren (Schließen) der Werkzeughälften werden die Schweißnähte zwischen den Kunststofffolien konturgenau entsprechend der Form des oder der Kunststoffbeutel hergestellt. Mittels Trennmesser, die in das Schweißwerkzeug eingebaut sind, werden die Kunststoffbeutel getrennt.
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Aus der französischen Patentanmeldung
FR 2627128 ist ein Schweißwerkzeug zur Herstellung von Kunststoffbeutel bekannt. Über einen Folientransportmechanismus wird die Kunststofffolie in ein Schweißwerkzeug befördert. Hierbei umfasst das Schweißwerkzeug zwei Schweißelemente. Das erste Schweißelement bildet in einem ersten Schweißschritt die längliche Schweißnaht des Kunststoffbeutels. Das zweite Schweißelement bildet in einem zweiten Schweißschritt die quer laufende Schweißnaht des Kunststoffbeutels.
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Aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0539800 A2 ist ebenfalls ein Schweißwerkzeug zur Herstellung von Kunststoffbeuteln bekannt. Hierbei wird ebenfalls über ein aufwendiges Tänzerwalzen und Umlenkrollensystem eine Kunststofffolie von einem Folienspender in Spannung versetzt. Die Kunststofffolie wird über ein Transportsystem in die Anlage gefördert. Die Anlage umfasst dabei eine Schweißeinrichtung und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der geschweißten Kunststoffbeutel, welche an dem Transportsystem angebracht ist. Auch bei diesem Schweißwerkzeug sind mehrere Arbeitsschritte notwendig um einen Kunststoffbeutel zu verschweißen.
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Ein weiteres Schweißwerkzeug zum Herstellen von Kunststoffbeuteln ist aus der Patentanmeldung
US 3244576 bekannt.
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Aus der Patentanmeldung
WO 2006/042710 A1 (Plümat) ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbeutel bekannt, die einen Portspender, ein Folientransportsystem und ein Schweißwerkzeug umfasst. Dabei ziehen die Greifer die Kunststofffolie zum Schweißen und Trennen in das Schweißwerkzeug hinein. Im Schweißwerkzeug werden Ports zwischen die zwei Lagen Kunststofffolie positioniert und mit der Folie verschweißt und anschließend über eine Trennvorrichtung getrennt. Während des Schweiß/Schneidvorgangs noch kann das Greifsystem am geschlossenen Schweißwerkzeug vorbei geführt werden um die Kunststofffolie neu ergreifen. Das Greifsystem ist als ein oder mehrere mechanische Greifer ausgebildet, welche die Kunststofffolie ergreifen.
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Die beschriebenen Herstellungsverfahren sind hinsichtlich der Details der Verfahrensabläufe und der dafür verwendeten Anlagen und Vorrichtungen vielfach optimiert worden. Jedoch ist es bisher nicht gelungen, eine wesentliche Leistungssteigerung bei der Kunststoffbeutelherstellung zu erreichen. Die zeitlichen Abläufe der einzelnen Verfahrensschritte des Zuführens der Ports, des Schweißens und des Schneides erschien nicht veränderbar.
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Kurzfassung der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Schweißwerkzeug zur Herstellung eines Kunststoffbeutels aus mindestens zwei Lagen Kunststofffolie umfasst eine Werkzeugplattenanordnung mit gegenüberliegenden Werkzeugplatten. Zumindest eine der gegenüberliegenden Werkzeugplatten weist mindestens ein konturnahes Heizelement zum Kontur-Schweißen der mindestens zwei Lagen Kunststofffolie auf. Die konturnahen Heizelemente haben dabei eine schnelle separate Temperaturregelung, mit der Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes der verwendeten Materialen der Kunststofffolien eingestellt und gehalten werden können. Die aufgebrachte Heizenergie gelangt dabei direkt an die zu schweißende Kontur des herzustellenden Kunststoffbeutels. Diese Ausgestaltung des Schweißwerkzeugs vereinfacht das Herstellungsverfahren und erlaubt es, ein effizientes Schweißwerkzeug zu erstellen. Durch den Austausch der konturnahen Heizelemente können verschiedene Formen von Kunststoffbeuteln gefertigt werden.
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Das Schweißwerkzeug umfasst eine Werkzeugplattenanordnung, die eine im Wesentlichen fixe obere, geformte Werkzeugplatte und eine bewegliche untere, geformte Werkzeugplatte umfasst. Ein derartiges Schweißwerkzeug erlaubt es, dass die Kunststofffolien leicht über die untere Werkzeugplatte gezogen werden können. Eine im Wesentlichen fixe obere Werkzeugplatte ist fertigungstechnisch einfach und günstig herzustellen sowie leicht zu reinigen. Im Wesentlichen fixe Teile erhöhen die Standzeit von Anlagen. Mit der beweglich geformten unteren Werkzeugplatte können die Kunststofffolien zusammengedrückt und verschweißt werden. Der Schweißbereich wird durch die konturnahen Heizelemente definiert. Durch die konturnahen Heizelemente ist auch ein Einschweißen von Kunststoffelementen in die Kunststoffbeutel möglich.
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Das Schweißwerkzeug umfasst eine Trennvorrichtung zum Trennen der hergestellten Kunststoffbeutel. Dadurch führt das Schweißwerkzeug gleichzeitig in einem Arbeitsschritt einen Schweiß- und Trennvorgang aus. Diese Gestaltung des Schweißwerkzeugs erlaubt es, das Herstellungsverfahren von Kunststoffbeuteln zu vereinfachen und ein kompaktes Schweißwerkzeug zu erstellen.
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Die Trennvorrichtung am Schweißwerkzeug umfasst ein Schneidelement und ein gegenüberliegendes Anschlagselement. Durch diese Ausführung der Trennvorrichtung können die einzelnen Trennvorrichtungselemente, Schneidelement und Anschlagselement, leicht ausgetauscht werden.
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Mindestens eine der Werkzeugplatten des Schweißwerkzeugs umfasst eine dauerbeheizte Basisplatte. Die konturnahen Heizelemente werden durch die dauerbeheizten Basisplatten auf eine konstante Temperatur von z. B. 100°C vorgewärmt. Dabei wird eine Abführung der Wärme von den konturnahen Heizelementen verhindert. Dadurch können die konturnahen Heizelemente schneller und energieeffizienter von der vorgewärmten Temperatur auf die notwendige Schweißtemperatur geregelt werden. Die vorgewärmte Temperatur liegt unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststofffolien. Dadurch können beim Zuführen der Kunststofffolien mittels des Folientransportmechanismus die Kunststofffolien problemlos über das konturnahe Heizelement der unteren Werkzeugplatte gleiten, bevor es zum Schweiß/Schneidvorgang kommt.
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Das Schweißwerkzeug umfasst mindestens eine thermische Isolationsplatte, welche zwischen der dauerbeheizten Basisplatte und einer Vorrichtung angeordnet ist. Die thermische Isolationsplatte ist z. B. aus Kunststoff gefertigt und dient zur Verhinderung der Wärmeableitung der dauerbeheizten Basisplatte an die Vorrichtung.
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Das Schweißwerkzeug umfasst mindestens eine Kühlplatte, welche zwischen dem zumindest einem konturnahen Heizelement angeordnet ist. Dadurch wird beim Zusammenschweißen der Kunststofffolien ein „zusammenkleben” des mittleren ungeschweißten Kunststofffolienbereichs zwischen den konturnahen Heizelementen verhindert. Die Kühlplatten sind dabei z. B. aus Kunststoffgefertigt.
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Die mindestens eine Kühlplatte kann als gefederte Kühlplatte innerhalb des zumindest einen konturnahen Heizelementes montiert sein. Ebenfalls können die Kühlplatten als gefederte und/oder vorlaufende Kühlplatten ausgeführt sein.
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Das Schweißwerkzeug umfasst mindestens zwei Tellerfedern, welche zwischen der dauerbeheizten Basisplatte und der Vorrichtung angeordnet sind. Durch die Anordnung der Tellerfedern im Schweißwerkzeug können sich die gegenüberliegenden Werkzeugplatten beim Zusammendrücken selbst zentrieren. Durch die Selbstzentrierung mittels Tellerfedern wird beim Zusammendrücken der Werkzeugplatten eine Verbiegung der Werkzeugplatten ausgeglichen. Zur Vermeidung dieses Kippeffekts der Werkzeugplatten sind die Tellerfedern mit einem einstellbaren Anschlag versehen. Dadurch wird ein sauberes Schweißen und Trennen der Kunststofffolien gewährleistet. Durch die Funktionsweise der Tellerfedern wird ein gleichmäßiger Abstand der äußeren Umrandung zur inneren Umrandung der hergestellten Kunststoffbeutel ermöglicht.
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Das Schweißwerkzeug umfasst eine Sensorikvorrichtung zur Erfassung der Heizenergie. Die Sensorikvorrichtung erfasst die Heizenergie in der Nähe der Oberfläche der einzelnen Werkzeugplatten, insbesondere der dauerbeheizten Basisplatte und der konturnahen Heizelemente, um die notwendige Schweißenergie zur Herstellung der Kunststoffbeutel zu regeln.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbeuteln umfasst das Zuführen von mindestens zwei Lagen Kunststofffolie in ein Schweißwerkzeug mit gegenüberliegenden Werkzeugplatten. Die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie werden mittels eines konturnahen Heizelements an einer Kontur zusammengeschweißt, indem die gegenüberliegenden Werkzeugplatten zusammengedrückt werden. Dabei wird bei diesem Schweißverfahren ein Kontur-Schweißen der mindestens zwei Lagen Kunststofffolie durch mindestens ein konturnahes Heizelement ermöglicht. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur der konturnahen Heizelemente schnell und separat geregelt. Die Temperaturen werden dabei oberhalb des Schmelzpunktes der verwendeten Materialen der Kunststofffolien eingestellt und gehalten. Bei diesem Schweißverfahren gelangt die aufgebrachte Heizenergie direkt an die zu schweißende Kontur des herzustellenden Kunststoffbeutels. Diese Ausgestaltung des Verfahrens vereinfacht das Herstellungsverfahren und erlaubt es, einen effizienten Schweißvorgang zu erstellen.
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In dem Verfahren werden die Kunststofffolien über eine bewegliche untere, geformte Werkzeugplatte eines Schweißwerkzeugs geführt und die bewegliche untere, geformte Werkzeugplatte drückt für den Schweiß- und Trennvorgang von unten auf eine im Wesentlichen fixe, geformte obere Werkzeugplatte. Ein derartiges Schweißverfahren erlaubt es, dass die Kunststofffolien leicht über die untere Werkzeugplatte gezogen werden können. Durch dieses Verfahren können mit der beweglich geformten unteren Werkzeugplatte die Kunststofffolien zusammengedrückt und verschweißt werden. Der Schweißbereich wird durch die konturnahen Heizelemente definiert. Durch die konturnahen Heizelemente ist auch ein Einschweißen von Kunststoffelementen in die Kunststoffbeutel möglich.
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Bei dem Verfahren werden die Kunststofffolien aus einem oder mehreren Folienspendern entnommen und Kunststoffelemente, die von einem oder mehreren Portspendern bereitgestellt werden durch das Schweißwerkzeug an die Kunststoffbeutel angebracht.
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In dem Verfahren werden die Kunststofffolien durch das Schweißwerkzeug im Wesentlichen horizontal eingeführt und/oder durch das Schweißwerkzeug durchgeführt. Ein derartiger Verfahrensschritt erlaubt ein besonders einfaches Einbringen der Kunststofffolie in das Schweißwerkzeug. Die Kunststofffolien können bereits auf Grund der Schwerkraft flach auf dem Schweißwerkzeug aufliegen.
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Ein Verfahren bei dem ein Verkleben der Kunststofffolien innerhalb der konturnahen Heizelemente durch mindestens eine Kühlplatte verhindert wird. Dadurch wird beim Zusammenschweißen der Kunststofffolien ein „zusammenkleben” des mittleren ungeschweißten Kunststofffolienbereichs zwischen den konturnahen Heizelementen verhindert.
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Das Verfahren erfasst die Heizenergie der einzelnen Platten mittels einer Sensorikvorrichtung. Bei diesem Verfahrensschritt wird die Heizenergie in der Nähe der Oberfläche der einzelnen Werkzeugplatten, insbesondere der dauerbeheizten Basisplatte und der konturnahen Heizelemente, erfasst. Dadurch wird die notwendige Schweißenergie zur Herstellung der Kunststoffbeutel geregelt.
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Das Verfahren umfasst ein Vorwärmen der konturnahen Heizelemente durch eine dauerbeheizte Basisplatte. Bei dem Vorwärmen werden die konturnahen Heizelemente durch die dauerbeheizten Basisplatten auf eine konstante Temperatur von z. B. 100°C vorgewärmt. Dabei wird eine Abführung der Wärme von den konturnahen Heizelementen verhindert. Dadurch können die konturnahen Heizelemente schneller und energieeffizienter von der vorgewärmten Temperatur auf die notwendige Schweißtemperatur geregelt werden. Die vorgewärmte Temperatur liegt unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststofffolien. Dadurch können beim Zuführen der Kunststofffolien mittels des Folientransportmechanismus die Kunststofffolien problemlos über das konturnahe Heizelement der unteren Werkzeugplatte gleiten, bevor es zum Schweiß/Schneidvorgang kommt.
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Ein Verfahren bei dem die zusammengeschweißten Kunststofffolien über eine Trennvorrichtung getrennt werden, indem die gegenüberliegenden Werkzeugplatten zusammengedrückt werden. Dadurch wird mittels des Schweißwerkzeugs die Kunststofffolien in einem Arbeitsschritt gleichzeitig zusammengeschweißt und getrennt.
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Das Verfahren trennt über ein Schneidelement und ein gegenüberliegendes Anschlagselement, welche die Trennvorrichtung bilden, die zusammengeschweißten Kunststofffolien.
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Bei dem Verfahren werden beim Zusammendrücken der gegenüberliegenden Werkzeugplatten die Werkzeugplatten über Tellerfedern selbst zentriert. Durch die Selbstzentrierung mittels Tellerfedern wird beim Zusammendrücken der Werkzeugplatten eine Verbiegung der Werkzeugplatten ausgeglichen. Zur Vermeidung dieses Kippeffekts der Werkzeugplatten sind die Tellerfedern mit einem einstellbaren Anschlag versehen. Dadurch wird ein sauberes Schweißen und Trennen der Kunststofffolien gewährleistet. Durch die Funktionsweise der Tellerfedern wird ein gleichmäßiger Abstand der äußeren Umrandung zur inneren Umrandung der hergestellten Kunststoffbeutel ermöglicht.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Skizze einer Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoffbeuteln.
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2 zeigt schematisch einen Kunststoffbeutel mit Kunststoffelementen.
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3 zeigt eine Skizze einer Ausführungsform einer Walzenanordnung.
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4 zeigt schematisch ein Schweißwerkzeug.
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5 zeigt eine Ausführungsform einer Werkzeugplattenanordnung.
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Detaillierte Erfindungsbeschreibung
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1 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20 sowie das damit verbundene Herstellungsverfahren. Ein Beispiel des hergestellten Kunststoffbeutels 20 ist in 2 dargestellt. 3 stellt einen Folientransportmechanismus 95 in der Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20 dar. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform eines Schweißwerkzeugs 150 in der Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20.
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Mindestens zwei Lagen einer Kunststofffolie 30, 40 werden von einem Folienspender 50 zur Verfügung gestellt. Die Kunststofffolien 30, 40 werden dabei von einer Trommel 342 abgerollt. Als Kunststofffolie 30, 40 kann z. B. eine dreischichtige Polypropylenfolie dienen. Die dreischichtige Polypropylenfolie kann z. B. aus Polyproylen und Kopolymeren gefertigt sein. Eine derartige dreischichtige Polypropylenfolie kann mit einer äußeren Schutzschicht, einer mittleren Barrierenschicht und einer inneren Schicht zum verschweißen koextrudiert werden. In der Vorrichtung 10 liegen die beiden inneren Schichten der beiden Kunsstofffolien 30, 40 aufeinander und die zwei Lagen der Kunststofffolien 30, 40 sind zusammen auf der Trommel 342 aufgerollt.
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Vom Folienspender 50 gelangen die Kunststofffolien 30, 40 mittels eines Folientransportmechanismus 95 zu einer Folienbedruckeinheit 260. Zuvor werden die Kunststofffolien 30, 40 über Umlenkrollen 70 und Tänzerwalzen 60 auf Zugspannung gebracht und anschließend mittels des Folientransportmechanismus 95 in die Folienbedruckeinheit 260 gezogen. In der Folienbedruckeinheit 260 werden auf die Kunststofffolien 30, 40 Informationen über das Material der Kunststofffolien 30, 40, das Herstellungsdatum und Inhaltsstoffe für die zu fertigenden Kunststoffbeutel 20 aufgedruckt.
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Der Folientransportmechanismus 95 zieht die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 aus der Folienbedruckeinheit 260 heraus und schiebt die Kunststofffolien 30, 40 zu einem Schweißwerkzeug 150, wobei die Kunststofffolien 30, 40 im Wesentlichen horizontal eingeführt und/oder durch das Schweißwerkzeug 150 durchgeführt werden. Ebenfalls in das Schweißwerkzeug 150 werden Kunststoffelemente 170, die von einem oder mehreren Portspendern 55 bereitgehalten werden, eingebracht.
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Die Kunststoffelemente 170 durchlaufen vor dem Schweißwerkzeug 150 eine Vorwärmstation 270. Die Kunststoffelemente 170 befinden sich dabei auf den Portspendern 55. In der Vorwärmstation 270 können die Kunststoffelemente 170 für einen verkürzten und verbesserten Schweißschritt im Schweißwerkzeug 150 erwärmt werden. Im Schweißwerkzeug 150 werden die Kunststoffelemente 170 zwischen die zwei Lagen der Kunststofffolien 30, 40 eingebracht.
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Das Schweißwerkzeug 150 umfasst eine Werkzeugplattenanordnung 360. Die Werkzeugplattenanordnung 360 umfasst dabei eine untere Werkzeugplatte 300 und eine obere Werkzeugplatte 400. Die untere, geformte Werkzeugplatte 300 ist an der Vorrichtung 10 mittels einer beweglichen Pressvorrichtung 410 verbunden. Die obere, geformte Werkzeugplatte 400 ist im Wesentlichen fix an der Vorrichtung 10 befestigt. Durch den Transportmechanismus 95 werden die Kunststofffolien 30, 40 in das geöffnete Schweißwerkzeug 150 geschoben. Beim Zusammendrücken der unteren Werkzeugplatte 300 auf die obere Werkzeugplatte 400 werden die Kunststofffolien 30, 40 mit den in der Vorwärmstation 270 vorgewärmten Kunststoffelementen 170 an einer Konturnaht zusammengeschweißt.
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Das Schweißwerkzeug 150 umfasst zusätzlich eine Trennvorrichtung 250. Beim Zusammendrücken der gegenüberliegenden Werkzeugplatten 300, 400 werden die Kunststofffolien 30, 40 nicht nur zusammengeschweißt, sondern gleichzeitig auch durch die Trennvorrichtung 250 geschnitten. Die beschriebene Ausführungsform des Schweißwerkzeugs 150 ermöglicht demnach ein gleichzeitiges Schweißen und Trennen in einem Arbeitsschritt.
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Die gefertigten Kunststoffbeutel 20 werden anschließend aus dem Schweißwerkzeug 150 herausgezogen und einer Nachschweißstation 280 zugeführt. In der Nachschweißstation 280 wird die Verbindung der Kunststoffelemente 170 mit dem aus den Kunststofffolien 30, 40 gefertigten Kunststoffbeutel 20 nochmals erwärmt. Durch das nochmalige Erwärmen des Verbindungsbereichs der Kunststoffelemente 170 mit den Kunststoffbeuteln 20 wird der Verbindungsbereich weiter abgedichtet.
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In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung werden die Kunststoffbeutel 20 in einer Transferstation 290 aus der Horizontalen in die Vertikale geschwenkt und einer Beutelfüllmaschine 295 zugeführt.
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In der Beutelfüllmaschine 295 werden Befüllvorrichtungen 305 auf oder über die Kunststoffelemente 170 gesetzt und eine Flüssigkeit 296 kann in die Kunststoffbeutel 20 eingefüllt werden. Das Befüllen wird an beiden Kunststoffelementen 170 eines Kunststoffbeutels 20 gleichzeitig vorgenommen. Die Dosierung der Menge der Flüssigkeit 296 kann in einer Ausführungsform über eine Zeitsteuerung eines Dosierventils 306 geschehen. Damit in gleichen Zeiträumen gleiche Mengen der Flüssigkeit 296 eingefüllt werden können, wird die Flüssigkeit 296 mit einem Druckausgleichsbehälter 310 auf einen konstanten Druck (z. B. zwischen 2 und 6 bar) gehalten. Alternativ zur Zeitsteuerung kann zwischen Druckausgleichstank und Dosierventil 306 ein Massendurchflussmesssystem vorhanden sein. Das Massendurchflussmesssystem misst die Flüssigkeit 296 und schließt das Dosierventil 306, sobald die gewünschte Menge der Flüssigkeit 396 in den Kunststoffbeutel 20 eingefüllt ist. Mit diesem Massendurchflusssystem kann die Genauigkeit der Dosierung noch erhöht werden.
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Nach dem Befüllen werden die Kunststoffbeutel 20 einer Verschlussstation 320 zugeführt. In der Verschlussstation 320 können die Kunststoffbeutel 20 mit Kappen verschlossen werden. Der Verschluss mit Kappen kann durch Aufdrücken von Kappen mit Dichtungen vorgenommen werden. Alternativ ist auch eine Verschlussstation 320 möglich, bei der Kappen auf die Kunststoffbeutel 20 aufgeschweißt werden.
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In 2 ist ein Kunststoffbeutel 20 mit zwei durch Kunststoffelemente 170 gebildete Ports dargestellt. Die Kunststoffelemente 170 sind zwischen zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 eingeschweißt. Ein solcher Kunststoffbeutel 20 kann Volumina zwischen typischerweise 100 ml und 3000 ml umfassen. Die innere Umrandung 390 des Kunststoffbeutels 20 ist durch die Verschweißung des Kunststoffbeutels 20 in dem Schweißwerkzeug 150 definiert. Die äußere Umrandung 370 ist durch das Schneiden mittels der Trennvorrichtung 250 des Kunststoffbeutels 20 definiert.
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In 3 ist der Folientransportmechanismus 95 der mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 für die Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20 näher dargestellt. Die Folienbedruckeinheit 260 ist an sich bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Im Folgenden werden Ausführungsformen des Folientransportmechanismus 95 beschrieben.
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Die Vorrichtung 10 umfasst einen oder mehrere Folienspender 50, auf denen mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 aufgerollt sind. In einer Ausführungsform werden die Kunststofffolien 30, 40 über eine zum Folienspender 50 im Wesentlichen horizontal auf gleicher Ebene befindlichen ersten Umlenkrolle 70 auf mindestens eine Tänzerwalze 60 umgelenkt. Die Tänzerwalze 60 ist parallel unterhalb der Umlenkrolle 70 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann sich die Tänzerwalze 60 auch oberhalb der Umlenkrolle 70 befinden. Die Tänzerwalze 60 versetzt die Kunststofffolien 30, 40 unter Zugspannung. Von der Tänzerwalze 60 werden die Kunststofffolien 30, 40 an eine zweite Umlenkrolle 70 weitergeleitet, die auf gleicher Ebene wie die erste Umlenkrolle 70 angeordnet ist. Die nun unter Zugspannung versetzten Kunststofffolien 30, 40 befinden sich nun wieder in der im Wesentlichen horizontalen Ausgangsebene. In einer weiteren Ausführungsform können die Umlenkrollen 70 auch versetzt zueinander angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform können mehrere Tänzerwalze 60 angebracht sein, um die Kunststofffolien 30, 40 in Zugspannung zu versetzen.
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Die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 werden durch mindestens zwei oder mehrere Führungselemente 80, welche auf den Umlenkrollen 70 angebracht sind, ausgerichtet. Durch die Führungselemente 80 wird ein seitliches Verschieben der Kunststofffolien 30, 40 auf den Umlenkrollen 70 verhindert, um ein Zuführen der Kunststofffolie 30, 40 in das Schweißwerkzeug 150 zu ermöglichen. In der Ausführungsform sind die Führungselemente 80 z. B. als Führungsräder ausgebildet. In einer weiteren Ausführungsform können die Umlenkrollen 70 auch ohne Führungselement 80 ausgebildet sein. Die Führungselemente 80 können auch seitlich angebrachte Schienen sein.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein Öffnungsgerät 120 zum abschnittsweisen auseinanderziehen der mindestens zwei Lagen Kunststofffolien 30, 40. In der dargestellten Ausführungsform ist das Öffnungsgerät 120 z. B. als ein keilförmiges Element ausgebildet. Dabei werden die mindesten zwei Lagen Kunststofffolien 30, 40 an einer Kante 121 über das keilförmige Element geführt, um die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 abschnittsweise auseinanderzuziehen. In weiteren Ausführungsformen kann das Öffnungsgerät 120 andere Formen und Ausführungen z. B. zylindrisch annehmen, welche ein abschnittweises Auseinanderziehen der mindestens zwei Lagen Kunststofffolien 30, 40 voneinander ermöglicht. Das Öffnungsgerät 120 leitet die abschnittsweise auseinandergezogenen Kunststofffolien 30, 40 zur Übernahme der abschnittsweise auseinandergezogenen Kunststofffolien 30, 40 an eine Öffnungsschiene 130 weiter.
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Den Vorschub der Kunststofffolien 30, 40 in die Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20 wird durch eine Walzenanordnung 85 mit gegenüberliegenden Walzen 90, 100 ermöglicht. In der dargestellten Ausführungsform liegen die beiden Walzen 90, 100 im Wesentlichen parallel übereinander. Die Walzanordnung 85 ist dabei in der Vorrichtung 10 zwischen dem Öffnungsgerät 120 und dem Schweißwerkzeug 150 angeordnet. Die Kunststofffolien 30, 40 werden dabei durch den Vorschub der Walzen 90, 100 von dem einen oder mehreren Folienspender 50 durch die Folienbedruckeinheit 260 hindurchgezogen und anschließend bis zu dem Schweißwerkzeug 150 geschoben. In der Walzenanordnung 85 rollen die Walzen 90, 100 in entgegengesetzten Bewegungsrichtungen aufeinander ab.
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Die untere Walze 90 ist dabei als Antriebswalze ausgebildet, welche mittels eines Antriebsystems angetrieben wird. Die obere Walze 100 wird durch die Antriebswalze angetrieben. Dabei ist die obere Walze 100 als Druckwalze ausgebildet, welche mittels einer Anpressvorrichtung 110 auf die untere Walze 90 gedrückt wird. Dabei stellt die Anpressvorrichtung 110, welche in der Ausführungsform z. B. als Anpresszylinder ausgeführt ist, einen definierten Anpressdruck bereit. Durch den mittels Anpressvorrichtung 110 aufgebauten Anpressdruck der obere Walze 100 (Druckwalze) auf die untere Walze 90 (Antriebswalze), wird die Schlupfbildung vermieden und ein gleichmäßiger Vorschub der Kunststofffolien 30, 40 ermöglicht. Ein Drehzahlsensor 160 misst dabei die Drehzahl der oberen Walze 100 und vergleicht diese mit der Drehzahl der unteren Walze 90. In einer anderen Ausführungsform misst der Drehzahlsensor 160 die Drehzahl der oberen Walze 100 und der unteren Walze 90 und überprüft diese miteinander. Der Drehzahlsensor 160 ist jedoch für eine generelle Ausführung des Vorschubs durch die Walzanordnung 85 nicht zwingend notwendig. In einer weiteren Ausführungsform ist die obere Walze 100 als Antriebswalze und die untere Walze 90 als Druckwalze ausgebildet.
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Das Öffnungsgerät 120 leitet die abschnittsweise auseinandergezogenen Kunststofffolien 30, 40 zur Übernahme der abschnittsweise auseinandergezogenen Kunststofffolien 30, 40 an die Öffnungsschiene 130 weiter. Die Öffnungsschiene 130 hält dabei die abschnittsweise auseinandergezogenen Lagen Kunststofffolie 30, 40 durch die Walzenanordnung 85 abschnittsweise auseinandergezogen. Die Öffnungsschiene 130 ist seitlich zur Walzenanordnung 85 angebracht. Die Öffnungsschiene 130 verläuft dabei bis zum Schweißwerkzeug 150 um die Kunststofffolien 30, 40 bei der Übernahme in das Schweißwerkzeug 150 getrennt zu halten. Durch das abschnittsweise auseinanderziehen der Kunststofffolien 30, 40 können die Kunststoffelemente 170 im Schweißwerkzeug 150 zwischen die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 positioniert werden.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein Spurelement 140, welches nach der Walzanordnung 85 angebracht ist. Das Spurelement 140 hält die herausgeschobenen abschnittsweise auseinandergezogenen Lagen Kunststofffolie 30, 40 nach der Walzanordnung 85 in einer Spur. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere Spurelemente 140 angebracht sein, um die Kunststofffolien 30, 40 in der Spur zu halten. In wiederum einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung 10 zur Herstellung von Kunststoffbeuteln 20 kein Spurelement 140.
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In 4 und in 5 ist das Schweißwerkzeug 150 zur Herstellung eines Kunststoffbeutels 20 aus den mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 näher dargestellt. Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen des Schweißwerkzeugs 150 beschrieben. Die beschriebene Ausführungsform des Schweißwerkzeugs 150 ermöglicht ein gleichzeitiges Schweißen und Trennen in einem Arbeitsschritt.
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Das Schweißwerkzeug 150 besteht aus einer Werkzeugplattenanordnung 360. Die Werkzeugplattenanordnung 360 umfasst dabei zwei sich gegenüberliegende Werkzeugplatten 300, 400, eine untere Werkzeugplatte 300 und eine obere Werkzeugplatte 400. Die obere, geformte Werkzeugplatte 400 ist z. B. fix an die Vorrichtung 10 montiert. Die untere, geformte Werkzeugplatte 300 ist beweglich mittels einer Pressvorrichtung 410 an der Vorrichtung 10 angebracht. Durch die Pressvorrichtung 410 kann die untere Werkzeugplatte 300 auf die obere Werkzeugplatte 400 gepresst werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch die untere Werkzeugplatte 300 im Wesentlichen fix und die obere Werkzeugplatte 400 beweglich an der Vorrichtung 10 montiert sein. In einer zusätzlichen Ausführungsform kann sowohl die obere 400 als auch die untere Werkzeugplatte 300 beweglich an der Vorrichtung 10 angebracht sein.
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Die untere Werkzeugplatte 300 und die obere Werkzeugplatte 400 sind jeweils mit konturnahen Heizelementen 350 ausgestattet zum Kontur-Schweißen der mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40. Die konturnahen Heizelemente 350 sind jeweils auf dauerbeheizten Basisplatten 500 montiert. Die konturnahen Heizelemente 350 werden durch die dauerbeheizten Basisplatten auf eine konstante Temperatur von z. B. 100°C vorgewärmt. Diese Temperatur liegt unterhalb der Erweichungstemperatur der Kunststofffolie 30, 40. Dadurch können beim Zuführen der Kunststofffolien 30, 40 mittels des Folientransportmechanismus 95 die Kunststofffolien 30, 40 problemlos über das konturnahe Heizelement 350 der unteren Werkzeugplatte 300 gleiten bevor es zum Schweiß/Schneidvorgang kommt. Beim Zusammendrücken der unteren Werkzeugplatte 300 auf die obere Werkzeugplatte 400 werden die mindestens zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 an der Kontur der beiden konturnahen Heizelementen 350 mit den in der Vorwärmstation 270 vorgewärmten und zwischen den mindesten zwei Lagen Kunststofffolie 30, 40 positionierten Kunststoffelementen 170 verschweißt. Die konturnahen Heizelemente 350 haben dabei eine schnelle separate Temperaturregelung, mit der Temperaturen, z. B. 140°C, oberhalb des Schmelzpunktes der verwendeten Materialen der Kunststofffolie 30, 40 eingestellt und gehalten werden können. Die konturnahen Heizelemente 350 weisen in den Bereichen, in denen die Kunststoffelemente 170 zwischen den Kunststofffolien 30, 40 positioniert sind, Vertiefungen auf, um bei Zusammenpressen der unteren Werkzeugplatte 300 auf die obere Werkzeugplatte 400 die Dicke der Kunststoffelemente 170 auszugleichen. Um beim Zusammenschweißen der Kunststofffolien 30, 40 ein „zusammenkleben” des mittleren ungeschweißten Kunststofffolienbereichs zwischen den konturnahen Heizelementen 350 zu verhindern, sind Kühlplatten 700 jeweils zwischen den konturnahen Heizelementen 350 montiert. Die Kühlplatten 700 sind dabei z. B. aus Kunststoff gefertigt. In einer weiteren Ausführungsform können die Kühlplatten 700 als gefederte Kühlplatten ausgeführt sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Kühlplatten als gefederte und/oder vorlaufende Kühlplatten ausgeführt sein.
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Auf der oberen Werkzeugplatte 400 des Schweißwerkzeugs 150 ist eine thermische Isolationsplatte 600 montiert. Die thermische Isolationsplatte 600 ist dabei zwischen der dauerbeheizten Basisplatte 500 und der Vorrichtung 10 angebracht. Die thermische Isolationsplatte 600 ist z. B. aus Kunststoff gefertigt und dient zur Verhinderung der Wärmeableitung der dauerbeheizten Basisplatte 500 an die Vorrichtung 10. In einer anderen Ausführungsform ist auf der beweglichen aufpressbaren Werkzeugplatte 300 ebenfalls eine thermische Isolationsplatte 600 zwischen der dauerbeheizten Basisplatte 500 und der Pressvorrichtung 410 montiert. In einer weiteren Ausführungsform ist keine thermische Isolationsplatte 600 weder auf der unteren Werkzeugplatte 300 noch auf der oberen Werkzeugplatte 400 verbaut.
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Das Schweißwerkzeug 150 umfasst eine Trennvorrichtung 250, zum Trennen der geschweißten Kunststofffolien 30, 40. Die Trennvorrichtung 250 umfasst dabei ein Schneidelement 450 und ein dessen gegenüberliegendes Anschlagselement 550. Das Schneidelement 450 ist auf der unteren beweglichen Werkzeugplatte 300 angebracht. Das dem Schneidelement 450 gegenüberliegende Anschlagselement 550 ist auf der im Wesentlichen fixen oberen Werkzeugplatte 400 angebracht. Die Trennvorrichtung 250 ist dabei unmittelbar an dem konturnahen Heizelement 350 angeordnet, um ein Trennen der hergestellten Kunststoffbeutel 20 nahe an der inneren Umrandung 390 zu ermöglichen. Dadurch werden beim Zusammendrücken der beiden gegenüberliegenden Werkzeugplatten 300, 400 die hergestellten Kunststoffbeutel 20 getrennt. In einer anderen Ausführungsform ist das Schneidelement 450 an der im Wesentlichen fixen Werkzeugplatte 400 und das gegenüberliegenden Anschlagselement an der beweglichen Werkzeugplatte 300 angebracht.
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Durch Auswechseln der Trennvorrichtung 250, der konturnahen Heizelemente 350 und der Kühlplatten 700 können unterschiedliche Formen von Kunststoffbeutel 20 hergestellt werden oder verschlissene Werkzeugteile ersetzt werden.
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Mindestens zwei Tellerfedern 800 sind an dem Schweißwerkzeug 150 angebracht. Die mindestens zwei Tellerfedern 800 sind dabei auf der im Wesentlichen fixen oberen Werkzeugplatte 400 angeordnet. Die mindestens zwei Tellerfedern 800 sind zwischen der dauerbeheizten Basisplatte 500 und der Vorrichtung 10 angebracht. Die Tellerfedern 800 sind dabei in Aussparungen 810 in der thermischen Isolationsplatte 600 angeordnet. Durch die Anordnung der Tellerfedern 800 im Schweißwerkzeug 150 können sich die gegenüberliegenden Werkzeugplatten 300, 400 beim Zusammendrücken selbst zentrieren. Durch die Selbstzentrierung mittels Tellerfedern 800 wird beim Zusammendrücken der Werkzeugplatten 300, 400 eine Verbiegung der Werkzeugplatten 300, 400 ausgeglichen. Zur Vermeidung dieses Kippeffekts der Werkzeugplatten 300, 400 sind die Tellerfedern 800 mit einem einstellbaren Anschlag versehen. Dadurch wird ein sauberes Schweißen und Trennen der Kunststofffolien 30, 40 gewährleistet. Durch die Funktionsweise der Tellerfedern 800 wird ein gleichmäßiger Abstand der äußeren Umrandung 370 zur inneren Umrandung 390 der hergestellten Kunststoffbeutel 20 ermöglicht. In einer weiteren Ausführungsform sind die Tellerfedern 800 an der unteren Werkzeugplatte 300 angebracht. In einer anderen Ausführungsform umfasst das Schweißwerkzeug 150 keine Tellerfedern.
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Das Schweißwerkzeug 150 umfasst zusätzlich eine Sensorikvorrichtung 750. Die Sensorikvorrichtung 750 erfasst die Heizenergie der einzelnen Werkzeugplatten 300, 400, insbesondere der dauerbeheizten Basisplatte 500 und der konturnahen Heizelemente 350, um die notwendige Schweißenergie zur Herstellung der Kunststoffbeutel 20 zu regeln. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Schweißwerkzeug 150 keine Sensorikvorrichtung 750.
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Um sicher zu stellen, dass die ausgeschnittenen und geschweißten Kunststoffbeutel 20 vollständig von der Kunststofffolie 30, 40 getrennt sind, wird nach jedem Schweiß/Schneidschritt die Kunststofffolie 30, 40 mittels einer entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Walzanordnung 85 kurz zurückgezogen. Danach wird mittels des Folientransportmechanismus 95 wieder die Kunststofffolie 30, 40 in das Schweißwerkzeug 150 geschoben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 20
- Kunststoffbeutel
- 30, 40
- Kunststofffolie
- 50
- Folienspender
- 55
- Portspender
- 60
- Tänzerwalze
- 70
- Umlenkrolle
- 80
- Führungselemente
- 85
- Walzenanordnung
- 90
- untere Walze
- 95
- Folientransportmechanismus
- 100
- obere Walze
- 110
- Anpressvorrichtung
- 120
- Öffnungsgerät
- 121
- Kante
- 130
- Öffnungsschiene
- 140
- Spurelement
- 150
- Schweißwerkzeug
- 160
- Drehzahlsensor
- 170
- Kunststoffelemente
- 185
- Nest
- 190
- Schweißform
- 250
- Trennvorrichtung
- 260
- Folienbedruckeinheit
- 270
- Vorwärmstation
- 280
- Nachschweißstation
- 290
- Transferstation
- 295
- Beutelfüllmaschine
- 296
- Flüssigkeit
- 300
- untere Werkzeugplatte
- 305
- Befüllvorrichtung
- 306
- Dosierventil
- 310
- Druckausgleichsbehälter
- 320
- Verschlussstation
- 342
- Trommel
- 350
- konturnahes Heizelement
- 360
- Werkzeugplattenanordnung
- 370
- äußere Umrandung
- 380
- Einsätze
- 390
- innere Umrandung
- 400
- obere Werkzeugplatte
- 410
- Pressvorrichtung
- 450
- Schneidelement
- 500
- dauerbeheizte Basisplatte
- 550
- fixes Anschlagselement
- 600
- thermische Isolationsplatte
- 700
- Kühlplatte
- 750
- Sensorikvorrichtung
- 800
- Tellerfedern
- 810
- Aussparungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- FR 2627128 [0005]
- EP 0539800 A2 [0006]
- US 3244576 [0007]
- WO 2006/042710 A1 [0008]
