DE10241592A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Siegeln und Schneiden von Folienschläuchen - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum längs Siegeln und Schneiden einer Folienbahn 7, insbesondere eines Folienschlauches, wobei die Folienbahn 7 mindestens zwei Folienlagen aufeinander liegender Folie aus thermoplastischem Kunststoff aufweist, wobei die Folienbahn 7 in einem kontinuierlichen Prozess einer zum Siegeln und Schneiden geeigneten Vorrichtung zugeführt wird, wobei die Folienbahn 7 zunächst flächig über ein Heizelement 11 geführt wird, das eine Siegelung durch ein miteinander Verschmelzen der Folienlagen bewirkt, und wobei die so entstandene Siegelnaht nachfolgend über ein Messer 12 geführt wird, das die versiegelte Folienbahn 7 entlang der Siegelnaht teilt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum längs Siegeln und Schneiden einer Folienbahn, insbesondere eines Folienschlauches, wobei die Folienbahn mindestens zwei Lagen aufeinander liegender Folie aus thermoplastischem Kunststoff aufweist und wobei die Folienbahn in einem kontinuierlichen Prozess einer zum Siegeln und Schneiden geeigneten Vorrichtung zugeführt wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Siegeln und Schneiden einer solchen Folienbahn, wobei aus der Folienbahn mindestens ein Schlauch reduzierter Breite entsteht.
  • Für spezielle Anwendungen, beispielsweise bei der Fertigung von Beuteln zur Aufnahme von Lebensmitteln oder auch von Müllbeuteln, werden solche dünnen thermoplastischen Folien doppellagig in langen Schläuchen hergestellt (Blasfolie) und während der Herstellung oder der Weiterverarbeitung auf Rollen aufgewickelt. Während der Extrusion oder der Weiterverarbeitung werden diese vergleichsweise breiten Schläuche in schmalere doppellagige Bahnen geschnitten, die ihrerseits an den Kanten versiegelt werden. So entstehen Schläuche reduzierter Breite, die wiederum für die Endbearbeitung, insbesondere für ein späteres Quersiegeln, auf Rollen aufgewickelt werden. Die Kunststofffolien haben eine Stärke von einigen wenigen Mikrometern bis zu etwa 200 Mikrometern. Da es sich bei den Endprodukten um Massenartikel handelt, werden hohe maschinelle Verarbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 250 m pro Minute angestrebt.
  • Bislang sind für den genannten Verarbeitungsprozess Systeme bekannt, bei denen die aufeinanderliegenden Folienbahnen zunächst längs geschnitten und unmittelbar anschließend an den Schnittkanten durch Hitzeeinwirkung miteinander versiegelt werden. Dabei wird der Folienschlauch einer Klinge über ein meist konvexes Leitblech zugeführt. Die Klinge, die mit ihrer vorderen Kante den Schlauch teilt, wird vermittels einer Schweißteiste beheizt und schmilzt so die daran vorbeigeführten Stirnseiten der beiden aufeinander liegenden Folienbahnen auf. Die geschmolzenen Kanten verbinden sich in einer Längssiegelnaht. Nachteilig an diesem sogenannten Trennschweißen oder „Slit Seal"- Verfahren ist, dass die Längssiegelnaht durch die Materialverdrängung einen Wulst mit einer Erhabenheit aufweist, die mehr als 20% der Folienstärke ausmachen kann. Beim Aufwickeln der so gefertigten Schläuche entstehen stark aufbauende Kanten, die letztendlich den möglichen Durchmesser der Rollen begrenzen. Zudem nimmt insbesondere mit zunehmender Folienstärke die Nahtfestigkeit ab. Ein weiterer Nachteil ist, dass es beim Führen der Folien über das Leitblech leicht zur statischen Aufladung der Folie und zur Faltenbildung kommen kann. Außerdem strahlen die Schweißelemente bei dem Slit Seal Verfahren viel Hitze ab, die durch Wasserkühlung aufwendig beseitigt werden muss.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Siegeln und Schneiden derartiger Folien zu schaffen, das sich mit einfachen und kostengünstigen Mitteln umsetzen lässt und das bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten stabile Siegelnähte erzeugt, die keine Wülste aufbauen. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, die sich durch einen einfachen und kompakten Aufbau auszeichnet.
  • Diese Aufgaben werden durch das Verfahren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 6 gelöst.
  • Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, nicht wie bisher die abgeschnittenen Kanten durch Hitzeeinwirkung miteinander zu verkleben, sondern die aufeinander liegenden Oberflächen der beiden Folien entlang eines Streifens zunächst zu verschweißen um sie nachfolgend im versiegelten Bereich entlang des Streifens zu zerschneiden. Erfindungsgemäß wird also erst versiegelt und dann geschnitten. Dazu wird entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens die doppellagige Folienbahn zunächst flächig über ein stationäres Heizelement geführt wird, das eine Siegelung durch ein miteinander Verschmelzen der Folienlagen bewirkt. Die so entstandene Siegelnaht wird nachfolgend über ein Messer geführt, das die versiegelte Folienbahn entlang der Siegelnaht, insbesondere in der Mitte der Siegelnaht, teilt. Auf diese Weise kann ein breiter Folienschlauch konfektioniert oder in mehrere parallel verlaufende Schläuche geteilt werden. Der besonders zu betonende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die auf der Oberfläche verschweißten Folien weit weniger auftragen, als die an den Kanten verschweißten. Somit lassen sich aus den Bahnen gleichmäßigere Rollen herstellen, deren Handhabung und Weiterverarbeitung wesentlich vereinfacht ist.
  • Das Verfahren lässt sich besonders einfach und mit wenig maschinellem Aufwand durchführen, wenn die aufeinander liegenden Folienbahnen nur einseitig von dem Heizelement beaufschlagt werden. Die für die Siegelung notwendige Hitze geht dann gewissermaßen durch die auf dem Heizelement aufliegende Folie hindurch und wirkt auf das Sandwich aus den mindestens zwei Folien. Dabei schmelzen beide Folien an, so dass es nicht nur zu einem Verkleben der einen mit der anderen Folie kommt, sondern dass beide Folien miteinander verschweißen und es zu einer dauerhaften Verbindung kommt. Dabei ist es bei besonderer Ausbildung des Heizelementes möglich, eine unterbrochene Siegelnaht zu schaffen, welche die beiden Folien punktuell aufeinander fixiert. Für die Fertigung dichter Beutel ist es jedoch notwendig, dass durch das Heizelement eine durchgehende Versiegelung geschaffen wird. Eine solche dichte Längssiegelnaht kann mit dem Verfahren in großer Geschwindigkeit und mit höchster Festigkeit angefertigt werden.
  • Es hat sich als vorteilhaft ennriesen, die beiden Folienlagen durch elektrostatische Aufladung zumindest im Nahtbereich aufeinander zu fixieren. Dadurch werden Relativbewegungen und Luftpolster zwischen den Folien vermieden und die gleichmäßige und hohe Nahtfestigkeit erreicht.
  • Eine zur Umsetzung des Verfahrens geeignete Vorrichtung weist eine Auflagefläche auf, an der die Folienbahn unter einem Haltedruck anliegt. Dabei wird der Anlagedruck vorteilhafter Weise dadurch erzeugt, dass die Auflagefläche eine konvexe Wölbung hat, die von den Folienlagen überspannt wird. Zudem weist die Vorrichtung eine Heizeinrichtung auf, welche die aufeinander liegenden Folienlagen zur Bildung des Schlauches entlang einer Siegelnaht miteinander verschweißt. Diese Heizeinrichtung kann die Folienbahn sowohl in Bezug auf die Auflagefläche von oben als auch von unten beaufschlagen. Wie nachfolgend dargelegt wird, ist es jedoch besonders einfach und damit vorteilhaft, wenn die Heizeinrichtung etwa in der Ebene der Auflagefläche angeordnet ist und die Hitze die Folie von „unten" in Bezug zur Auflagefläche erreicht. Der Heizeinrichtung nachfolgend ist Schneideeinrichtung angeordnet, mit der die längs verschweißte Folienbahn entlang der Siegelnaht im Bereich der Siegelung, insbesondere in Mitten der Siegelung, geteilt wird.
  • Um die Reibung zu minimieren und damit die Folienbahn zu schonen und statische Aufladung zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn die Auflagefläche von einer drehbar gelagerten Walze gebildet wird, auf der die Folienbahn über einen Winkelbereich des Umfangs läuft. Der Winkelbereich kann dabei bis zu 180° betragen und ist in einer zu bevorzugenden Ausführungsform einstellbar. Dazu kann vor und/oder hinter der Walze jeweils eine Umlenkrolle angeordnet sein, über deren Positionierung die Größe des Winkelbereiches und damit der Anlagefläche einstellbar ist. Die Folie wird somit nur über leichtlaufende Walzen geführt, wodurch statische Aufladung und Faltenbildung auch bei hoher Bahnspannung gering bleiben.
  • Konstruktiv besonders einfach und damit vorteilhaft ist es, wenn die Heizeinrichtung in die Walze integriert wird. Dazu weist die Walze im Umfang eine Ausnehmung auf, in der die Heizeinrichtung drehfest einliegt. Die Heizeinrichtung hat eine Heizfläche, die etwa in der Ebene der Walzenoberfläche liegt oder etwas über sie hinausragt. So ist die Folienbahn über eine, nämlich die auf der Walze verlaufenden Folienlage, in Berührungskontakt und eine effektive Hitzeübertragung zum Zwecke der Verschweißung kann erfolgen. In einer besonders einfachen Form ist wird die Heizeinrichtung von einem insbesondere runden oder flachen Widerstandsdraht gebildet, dessen Oberfläche mit der Folienlage in Kontakt ist. Der Draht wird in bekannter Weise über eine Stromquelle versorgt. Erfindungsgemäß ist gewährleistet, dass der Energieverbrauch niedrig und die Wärmeabstrahlung gering ist, dass keine Kühlung benötigt wird. Um eine möglichst kompakte Vorrichtung zu schaffen ist es zudem vorteilhaft, wenn an die Heizeinrichtung in Umfangsrichtung der Walze die Schneideeinrichtung mit einer Klinge möglichst unmittelbar anschließt, wobei im Idealfall die Schneideeinrichtung und die Heizeinrichtung in einem gemeinsamen Bauteil, dem Siegelschneidelement, zusammengefasst sind. Wie im nachfolgenden Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann dieses im einfachsten Fall von dem Widerstandsdraht gebildet sein.
  • Konstruktiv besonders zu bevorzugen ist es, wenn die Walze mehrere hintereinander auf einer gemeinsamen Achse angeordnete Walzelemente aufweist, die jeweils einzeln drehbar gelagert sind, wobei jeweils zwischen zwei Walzelemente ein Siegelschneidelement angeordnet ist. So kann eine Folienbahn gleichzeitig in mehrere Teilschläuche geteilt werden. Um eine erhöhte Flexibilität der Vorrichtung gegenüber verschieden breiten Folienbahnen gewährleisten zu können und um aus einer Folienbahn je nach Bedarf unterschiedlich viele Teilschläuche schneiden zu können, ist es zudem vorteilhaft, wenn die Walze modular aufgebaut und die Achse beliebig mit Walzelementen und dazwischen angeordneten Siegelschneidelementen bestückbar ist. Außerdem ist es zu bevorzugen wenn die Walze und/oder die Walzenelemente in axialer Richtung auf der Achse verschieblich sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 1 bis 3 dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung,
  • 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung und
  • 3 ein Detail aus dem Längsschnitt
  • Die 1 zeigt eine Vorrichtung zum Siegeln und Schneiden einer Folienbahn 7 (2), die in diesem Fall ein geblasener Folienschlauch mit zwei aufeinander liegenden Folienlagen ist. Die gezeigte Vorrichtung teilt den Folienschlauch in zwei Teilschläuche mit jeweils entsprechend halbierter Breite, also halbiertem Umfang. Als Auflagefläche, an der die Folienlagen unter einem Haltedruck anliegen, weist die Vorrichtung eine Walze 1 auf, die aus zwei hintereinander auf einer gemeinsamen starren Achse 2 angeordneten Walzelementen 3 zusammengesetzt ist. Naben 4 der Walzenelemente 3 laufen vermittels Kugellagern 5 auf Scheiben 6, die auf der Achse 2 gehalten sind. Die Achse 2 ist in einem Rahmen 8 gehalten. Die Oberflächen der Walzenelementen 3 werden von Zylindern 19 gebildet.
  • Die Walze 1 weist im Umfang eine Ausnehmung auf, in der eine Heizeinrichtung drehfest einliegt, wobei die Heizeinrichtung eine Heizfläche aufweist, die über die Walzenoberfläche hinausragt und so mit der die Walze berührende Folienlage in Kontakt ist. Dazu ist zwischen den Walzenelementen 3 ist ein Siegelschneidelement 9 gehalten, das mit einem Drahtelement 10 (3) aus flachem Widerstandsdraht ausgerüstet ist. Das Siegelschneidelement 9 ist gegenüber den Zylindern durch Isolierscheiben 20 getrennt. Das Drahtelement 10 wird von Strom durchflossenen und dadurch erhitzt und bildet so die Heizeinrichtung, welche die aufeinander liegenden Folienlagen zur Bildung des Schlauches entlang der Siegelnaht miteinander verschweißt. Das Drahtelement 10 weist einen Durchmesser auf, der in einem Siegelbereich 11 verhältnismäßig wenig, hier ca. 1 mm, größer ist, als der als Durchmesser der Walze. So ist sichergestellt, dass die Folienbahn beim Abrollen auf der Walze mit einem gewissen Anpressdruck auf dem Drahtelement 10 aufliegt.
  • Die Folienbahn 7 überstreicht dabei auf dem Drahtelement 10 einen Winkelbereich von 135°, bevor der Außendurchmesser des Drahtelementes 10 sich an einer Schneidkante 12 vergrößert, die in diesem Beispiel um ca. 2mm hervorsteht. An der Schneidkante 12 werden die versiegelten Teilschläuche aus der Folienbahn herausgetrennt. Die Schneidkante 12 ist somit Teil einer Schneideeinrichtung, die einen Schnitt entlang der Siegelnaht im Bereich der Siegelung durchführt. Sie schließt mit der Schneidkante 12 an die Heizeinrichtung in Umfangsrichtung der Walze an. Außerdem bildet das Drahtelement 10 mit dem Siegelbereich 11 und der Schneidkante 12 ein Siegelschneidelement.
  • Die Walze 1 ist auf der Achse 2 mittels einer Führung 15 gehalten, wobei die Scheiben 6 gegen die Achse 2 verschraubt sind. Zur Feinjustierung lässt sich die gesamte Achse 2 in axialer Richtung durch eine an der Stirnseite angreifende Gewindestange 13 mit Handrad 14 verschieben. So kann die Lage der Siegelnaht innerhalb der Folienbahn verschoben werden. Über ein weiteres Handrad 16 wird ein Zahnradpaar 17 angetrieben, das in ein fest mit der Achse 2 verbundenes Zahnrad 18 eingreift. Mit dieser Vorrichtung lässt sich die Achse 2 verdrehen und so die Länge des von der Folienbahn zu überstreichenden Siegelbereiches 11 verändern. Je nach Einstellung gelangt die Folienbahn 7 erst an einem weiter hinten liegenden Punkt an den Siegelbereich 11. Durch eine solche Veränderung der Siegelstrecke wird die Hitzeeinwirkung auf die Folie verändert.
  • Wie 2 zeigt, ist vor und hinter der Walze 1 jeweils eine Umlenkrolle 21 angeordnet, wobei die Folienbahn 3 über die Umlenkrolle 21a zugeführt wird (Pfeil A) und die Vorrichtung als versiegelte und separierte Teilschläuche die Vorrichtung verlässt (Pfeil B). Zu erkennen ist auch die Lage des Siegelschneidelementes mit Siegelbereich 11 und Schneidkante 12. Die Vorrichtung ist zum Schutz teilweise von einem Behälter 22 umgeben.
  • In diesem Ausführungsbeispiel haben die Umlenkrollen 21 einen Durchmesser von 80mm und die als Schweißtrommel ausgebildete Walze einen Durchmesser von 180mm. Zur Feineinstellung ist die Schweißtrommel um ±25mm axial verstellbar. Die Siegelstation ist drehbar ausgeführt, um die Kontaktstrecke zwischen Folie und Schweißdraht an die Bahngeschwindigkeit und Folienstärke anpassen zu können. Die Einheit ist komplett gekapselt und mit einem Schlauchstutzen versehen, um Rauch absaugen zu können. Temperaturregelung und Trafo sind in einem separaten Schaltschrank untergebracht.

Claims (16)

  1. Verfahren zum längs Siegeln und Schneiden einer Folienbahn (7), insbesondere eines Folienschlauches, wobei die Folienbahn (7) mindestens zwei Folienlagen aufeinander liegender Folie aus thermoplastischem Kunststoff aufweist und wobei die Folienbahn (7) in einem kontinuierlichen Prozess einer zum Siegeln und Schneiden geeigneten Vorrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (7) zunächst flächig über ein Heizelement (11) geführt wird, das eine Siegelung durch ein miteinander Verschmelzen der Folienlagen bewirkt, und dass die so entstandene Siegelnaht nachfolgend über ein Messer (12) geführt wird, das die versiegelte Folienbahn (7) entlang der Siegelnaht teilt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die längs gesiegelte Folienbahn (7) insbesondere in der Mitte der Siegelnaht in mindestens zwei Teilschläuche geschnitten wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (7) nur einseitig von dem Heizelement (11) beaufschlagt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Heizelement (11) eine durchgehend dichte Versiegelung geschaffen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienlagen durch elektrostatische Aufladung aufeinander fixiert werden.
  6. Vorrichtung zum Siegeln und Schneiden einer Folienbahn (7) aufweisend mindestens zwei aufeinander liegende Folienlagen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei aus der Folienbahn (7), insbesondere in Form eines Folienschlauches, mindestens ein Teilschlauch geringerer Breite entsteht, aufweisend eine Auflagefläche (1 ), an der die Folienlagen unter einem Haltedruck anliegen, aufweisend eine Heizeinrichtung (11), welche die aufeinander liegenden Folienlagen zur Bildung des Teilschlauches entlang einer Siegelnaht miteinander verschweisst, aufweisend eine der Heizeinrichtung (11) nachgeordnete Schneideeinrichtung (12), welche einen Schnitt entlang der Siegelnaht im Bereich der Siegelung durchführt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche von einer drehbar gelagerten Walze (1) gebildet ist, auf der die Folienbahn über einen Winkelbereich des Umfangs läuft.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) im Umfang eine Ausnehmung aufweist, in der die Heizeinrichtung drehfest einliegt, wobei die Heizeinrichtung eine Heizfläche (11) aufweist, die über die Walzenoberfläche (20) hinausragt und so mit der die Walze (1) berührende Folienlage in Kontakt ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung( 11) einen insbesondere runden oder flachen Widerstandsdraht aufweist, dessen Oberfläche mit der Folienlage in Kontakt ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichet, dass die Schneideeinrichtung (12) mit einer Klinge an die Heizeinrichtung (11) in Umfangsrichtung der Walze anschließt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (11) und die Schneideeinrichtung (12) ein gemeinsames Siegelschneidelement (9) bilden.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Siegelschneidelement (9) aus Widerstandsdraht (10) geformt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor und hinter der Walze (1) jeweils eine Umlenkrolle (21) angeordnet ist, wobei über die Position der Umlenkrollen (21) die Größe des Winkelbereiches und damit der Anlagefläche bestimmt ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze (1) mehrere hintereinander auf einer gemeinsamen Achse (2) angeordnete Walzelemente (3) aufweist, die jeweils einzeln drehbar gelagert sind, wobei jeweils zwischen zwei Walzelemente (3) ein Siegelschneidelement (9) angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze und/oder die Walzenelemente (3) in axialer Richtung auf der Achse (2) verschieblich sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (2) beliebig modular mit Walzelementen (3) und Siegelschneidelementen (9) bestückbar ist.
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