DE10308345A1 - Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines Heizbandes und Schweißschiene zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines Heizbandes und Schweißschiene zur Durchführung dieses Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines an einer Schweißschiene befestigten Heizbandes (14) beim Schweißen von thermoplastischen Folien durch Wärme-Impulsschweißung. Hierbei wird ein Ende des Heizbandes (14) an der Schweißschiene (10) festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt. Außerdem wird die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor (40) in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt, das den Stromimpuls während einer bestimmten Impulsdauer derart regelt, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten Temperatur, des Heizbandes (14) nicht überschritten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines an einer Schweißschiene befestigten Heizbandes beim Schweißen von thermoplastischen Folien durch Wärme-Impulsschweißung sowie eine Schweißschiene mit einem daran befestigten Heizband zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Die Regelung der Temperatur von Heizelementen für die Wärme-Impulsschweißung thermoplastischer Folien hat sich in der Praxis als sehr vorteilhaft erwiesen. Gegenüber der Arbeitsweise mit ungeregelten Stromimpulsen sind die Schweißergebnisse unabhängig vom Betriebszustand der Schweißeinrichtung reproduzierbar, und die Lebensdauer der Verschleißteile kann erheblich gesteigert werden.
  • Zur Regelung der Temperatur des Heizbandes hat sich in der Praxis die sog. Widerstandsregelung durchgesetzt. Dazu wird das Heizband zunächst mit Meßimpulsen beaufschlagt, um Strom- und Spannungswerte zu erfassen und daraus den elektrischen Widerstand zu berechnen. Da das Heizband, wie alle metallischen Leiter, einen positiven Temperaturkoeffizienten besitzt, kann mit diesen Informationen ein Regelkreis realisiert werden. Die Temperaturregelung arbeitet genau, aber die Meßwerterfassung ist bei Wechselstrom verhältnismäßig aufwendig, was zu den Kosten des Reglers erheblich beiträgt.
    •
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein weiteres Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit denen sich ebenfalls die Temperatur des Heizbandes während der Stromimpulse auf einen bestimmten Maximalwert begrenzen läßt, die Regeleinrichtung jedoch wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann, so daß sie auch bei kleinen, preisgünstigen Schweißgeräten zum Einsatz kommen kann.
  • Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ende des Heizbandes an der Schweißschiene festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt wird, und daß die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt wird, das den Stromimpuls während einer bestimmten Impulsdauer derart regelt, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten maximalen Temperatur, des Heizbandes nicht überschritten wird.
  • In der bevorzugten praktischen Ausführung, die sich besonders kostengünstig realisieren läßt, wird das längsbeweglich geführte Ende des Heizbandes mit einem Magneten verbunden und dessen Bewegung von einem Halleffekt-Sensor in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt. Dieses kann bereits proportional dem Weg des Magneten, also proportional der Dehnung des Heizbandes sein, so daß die elektronische Weiterverarbeitung und damit die Regeleinrichtung insgesamt sehr einfach gehalten werden kann.
  • Die bei der Erwärmung des Heizbandes stattfindende Dehnung könnte auch auf andere Art und Weise gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Hierfür käme z.B. ein Potentiometer in Frage, das jedoch wegen der notwendigen Reibung einem Verschleiß unterliegt. Eine optische Abtastung des Heizbandes zur Feststellung der Dehnung wäre zwar magnetisch unempfindlich, aber andererseits in der Funktion durch Verschmutzung zu beeinträchtigen. Schließlich kämen zur Bestimmung der Dehnung und damit der Temperatur des Heizbandes auch noch Ultraschall-, induktive oder kapazitive Meßverfahren sowie der Einsatz von Dehnungsmeßstreifen in Frage. Es läßt sich jedoch feststellen, daß auch mit derartigen Sensoren arbeitende Regeleinrichtungen zu verhältnismäßig hohen Herstellungskosten führen und daher im Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dehnungsmessung das genannte magnetische Meßverfahren zu bevorzugen ist.
  • Die zur Durchführung des neuen Verfahrens vorgesehene Schweißschiene mit einem daran befestigten Heizband ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Heizbandes an der Schweißschiene festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt ist, wobei die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor in ein wegabhängiges elektrisches Signal umsetzbar ist, durch welches der Stromimpuls für die Länge einer bestimmten Impulsdauer derart regelbar ist, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten maximalen Temperatur, des Heizbandes nicht überschritten wird.
  • In der bevorzugten praktischen Ausführungsform ist das Heizband mit seinem einen Ende an einem Spannkopf befestigt, der an der Schweißschiene längsbeweglich geführt und fest mit einem Magneten verbunden ist, während mit der Schweißschiene ein Halleffekt-Sensor fest verbunden ist. Dabei läßt sich eine besonders zweckmäßige Ausführung dadurch gewinnen, daß der Spannkopf mit wenigstens einem sich in Längsrichtung der Schweißschiene erstreckenden Führungselement versehen ist, das mit einem im Querschnitt passenden Führungsorgan in oder an der Schweißschiene in Eingriff ist und in das der Magnet integriert ist. In diesem Fall bedarf es keiner zusätzlichen Halterung des Magneten, und die ohnehin notwendige Führung gewährleistet die Genauigkeit der Bewegungsbahn des Magneten relativ zum Halleffekt-Sensor.
  • Das bevorzugte Mittel zur Erzeugung einer auf das Heizband wirkenden Zugspannung ist eine Feder. Die Führung des beweglichen Endes des Heizbandes und des Magneten wird insgesamt dadurch einfach, daß das Führungselement eine Führungshülse aufweist, die in einer das Führungsorgan bildenden Bohrung in einer Endfläche der Schweißschiene geführt ist und in ihrem Innenraum eine einerseits an einer Sitzfläche und andererseits am Grund der Bohrung abgestützte Druckfeder aufnimmt. Dabei ist der Magnet vorzugsweise ein mit dem hinteren Ende der aus einem nicht magnetisierbaren Metall bestehenden Führungshülse verbundener Stabmagnet mit im wesentlichen demselben Außendurchmesser wie diese und mit axialer Ausrichtung der Pole. Die angestrebte einfache und kompakte Bauweise kann darüber hinaus noch weiter dadurch gefördert werden, daß die Führungshülse in einer in der Bohrung sitzenden Lagerhülse aus elektrisch isolierendem Material geführt ist, an deren äußerer Umfangsfläche der in einer radialen Erweiterung der Bohrung angeordnete Halleffekt-Sensor befestigt ist. Zweckmäßigerweise wird er durch Ausgießen des die Erweiterung der Bohrung bildenden Hohlraums mit Kunstharz darin eingeschlossen und geschützt.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, einer Schweißschiene mit einer Einrichtung zur Messung der Dehnung eines an der Schweißschiene befestigten Heizbandes;
  • 2 eine Endansicht der Schweißschiene nach 1;
  • 3 eine Teil-Draufsicht der Schweißschiene nach 1 und
  • 4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Regeln der Temperatur des Heizbandes der Schweißschiene nach 1 bis 3.
  • Die in 1 bis 3 dargestellte Schweißschiene 10 trägt auf einer Heizbandunterlage 12 ein Heizband 14. Letzeres ist mittels eines am rechten Ende der Schweißschiene angebrachten Spannkopfes 16 an seinem rechten Ende fest mit der Schweißschiene 10 verbunden. Das mit Bezug auf 1 linke Ende des Heizbandes 14 ist an einem weiteren Spannkopf 18 festgeklemmt, der relativ zum Hauptkörper der Schweißschiene 10 in Längsrichtung verschieblich geführt ist. Zu diesem Zweck ist der Spannkopf 18 mit einer Führungshülse 20 fest verbunden, die in einer elektrisch isolierenden Lagerhülse 22 gleitet, die ihrerseits in einer Bohrung 24 in der linken Endfläche des Hauptkörpers der Schweißschiene 10 sitzt. Während der Innendurchmesser der Lagerhülse 22 zum Außendurchmesser der Führungshüle 20 paßt, ist der Außendurchmesser der Lagerhülse 22 passend zum Innendurchmesser der Bohrung 24 gewählt.
  • Im Innenraum der Führungshülse 20 ist eine Druckfeder 26 aufgenommen, die sich mit ihrem linken Ende an einer stufenförmigen Sitzfläche im Innenraum der Führungshülse 20 und mit ihrem rechten Ende, gegebenenfalls über einen Einsatz 28, am Grund der Bohrung 24 abstützt. Die unter einer bestimmten Vorspannung stehende Feder 26 hat das Bestreben, die aus dem Spannkopf 18 und der Führungshülse 20 bestehende Einheit mit Bezug auf 1 nach links, vom Hauptkörper der Führungsschiene weg zu drücken und übt dadurch auf das Heizband 14 eine Zugspannung aus.
  • Ein zusätzlicher Zapfen 30 am Spannkopf 18 sitzt in einer weiteren passenden Bohrung in der linken Endfläche des Hauptkörpers der Schweißschiene 10 und verhindert eine Drehbewegung des Spannkopfs 18 um die Mittellängsachse der Führungshülse 20.
  • An den Spannköpfen 16 und 18 befinden sich nicht nur Schrauben zum Festklemmen des Heizbandes 14, sondern auch dessen elektrische Anschlußklemmen.
  • Die Führungshülse 20 ist mittels einer Schraube 32 mit dem Spannkopf 18 verschraubt. Die Schraube 32 spannt dabei gleichzeitig einen Stabmagneten 34 und ein Distanzstück 36 aus Messing zwischen der ebenfalls aus Messing bestehenden Führungshülse 20 und dem Spannkopf 18 ein. Der Stabmagnet ist mit seinen Polen mit Bezug auf die Führungshülse 20 axial ausgerichtet. In einer ausgefrästen Erweiterung 38 des hinteren Bereichs der Bohrung 24 ist auf der äußeren Umfangsfläche der isolierenden Lagerhülse 22 ein Halleffekt-Sensor 40 angeklebt, der nach der Verbindung seiner Anschlüsse für Betriebsspannung und die Ausgangsspannung an nach außen aus der Schweißschiene 10 herausgeführte Verbindungsleitungen 42 von einer die Erweiterung 38 der Bohrung 24 ausfüllenden Vergußmasse, z.B. aus Kunstharz, umschlossen wird.
  • 4 verdeutlicht noch einmal das Prinzip der Temperaturregelung der Heizbands 14 durch Erfassung von dessen Dehnung. Es ist lediglich statt der Druckfeder 16 eine Zugfeder 27 gezeigt, welche über den fest mit dem Spannkopf 18 verbundenen Magneten 34 eine Zugspannung auf das Heizband 14 ausübt.
  • Gemäß 4 liegt das Heizband 14 im Stromkreis 42 der Sekundärspule eines Transformators 44, dessen Primärspule über einen Regler 46 an eine Stromversorgung 48 angeschlossen ist. Durch einen Sollwertgeber 50 kann eine bestimmte maximale Temperatur, entsprechend einer bestimmten Dehnung des Heizbandes 14, in den Regler eingegeben werden. Der Sollwert wird in eine entsprechende elektrische Spannung umgesetzt und diese im Regler mit der den Istwert darstellenden Ausgangsspannung des Halleffekt-Sensors 40 verglichen. Wenn die Istwert-Spannung die Spannung des Sollwertgebers 50 übersteigt, reduziert der Regler 46 die über den Transformator 44 dem Heizband 14 zugeführte Heizleistung, so daß dort die Soll-Temperatur eingehalten wird.
  • Das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip läßt sich auch in der Weise realisieren, daß zusätzlich zu dem Heizband, mit dem beim Schweißen gearbeitet wird, ein weiteres Heizband vorhanden ist, welches nur der Temperaturmessung und -regelung dient. Wenn letzteres vom gleichen Strom durchflossen ist, indem z.B. beide Heizbänder in einem Stromkreis in Serie liegen, kommt es durch einen bestimmten Stromimpuls in beiden Fällen zu derselben Dehnung infolge Erwärmung. Bei unterschiedlichen Parametern der beiden Heizbänder, z.B. unterschiedlicher Länge, läßt sich ein bestimmtes Verhältnis der jeweiligen Dehnung registrieren und bei der Regelung der Heizbandtemperatur berücksichtigen.
  • Die Benutzung von zwei Heizbändern, von denen das eine als Arbeitsband und das andere als Meßband dient, bietet den Vorteil, daß die Regelung auch dann genau arbeitet, wenn der Schweißdruck so hoch ist, daß eine Dehnung nach beiden Seiten stattfindet. In einem solchen Fall könnte ein zum Schweißen benutztes Heizband mit einer Dehnungs-Meßeinrichtung nur an einem Bandende zu falschen Meßergebnissen kommen. Außerdem bietet die Aufteilung der Funktionen Schweißen und Messen den weiteren Vorteil, daß das zum Schweißen benutzte Heizband auch die Form eines Ringes haben kann, dessen Wärmedehnung sich nicht oder nur sehr schwer messen läßt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines an einer Schweißschiene befestigten Heizbandes (14) beim Schweißen von thermoplastischen Folien durch Wärme-Impulsschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Heizbandes (14) an der Schweißschiene (10) festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt wird, und daß die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor (40) in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt wird, das den Stromimpuls während einer bestimmten Impulsdauer derart regelt, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten Temperatur, des Heizbandes 14 nicht überschritten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längsbeweglich geführte Ende des Heizbandes (14) mit einem Magneten (34) verbunden und dessen Bewegung von einem Halleffekt-Sensor (40) in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt wird.
  3. Schweißschiene mit einem daran befestigten Heizband (14) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Schweißen von thermoplastischen Folien durch Wärme-Impulsschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Heizbandes (14) an der Schweißschiene (10) festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt ist, und daß die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor (40) in ein wegabhängiges elektri sches Signal umsetzbar ist, durch welches der Stromimpuls für die Länge einer bestimmten Impulsdauer derart regelbar ist, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten maximalen Temperatur, des Heizbandes (14) nicht überschritten wird.
  4. Schweißschiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das längsbeweglich geführte Ende des Heizbandes (14) mit einem Magneten (34) verbunden ist, der in Wirknähe eines Halleffekt-Sensors (40) geführt ist, durch dessen Ausgangssignal der Stromimpuls regelbar ist.
  5. Schweißschiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizband (14) mit seinem einen Ende an einem Spannkopf (18) befestigt ist, der an der Schweißschiene (10) längsbeweglich geführt und fest mit dem Magneten (34) verbunden ist, während der Halleffekt-Sensor (40) fest mit der Schweißschiene (10) verbunden ist.
  6. Schweißschiene nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkopf (18) mit wenigstens einem sich in Längsrichtung der Schweißschiene (10) erstreckenden Führungselement (20) versehen ist, das mit einem im Querschnitt passenden Führungsorgan (22, 24) in oder an der Schweißschiene (10) in Eingriff ist, und der Magnet (40) in das Führungselement (20) integriert ist.
  7. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizband (14) durch eine Feder (26) mit einer Zugspannung beaufschlagt ist.
  8. Schweißschiene nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (20, 34, 36) eine Führungshülse (20) aufweist, die in einer das Führungsorgan bildenden Bohrung (24) in einer Endfläche der Schweißschiene (10) geführt ist und in ihrem Innenraum eine einerseits an einer Sitzfläche und andererseits am Grund der Bohrung (24) abgestützte Druckfeder (26) aufnimmt.
  9. Schweißschiene nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (34) ein mit dem hinteren Ende der aus einem nicht magnetisierbaren Material bestehenden Führungshülse (20) verbundener Stabmagnet (34) mit im wesentlichen demselben Außendurchmesser wie diese und mit axialer Ausrichtung der Pole ist.
  10. Schweißschiene nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungshülse (20) in einer in der Bohrung (24) sitzenden Lagerhülse (22) aus elektrisch isolierendem Material geführt ist, an deren äußeren Umfangsfläche der in einer radialen Erweiterung (38) der Bohrung (24) angeordnete Halleffekt-Sensor (40) befestigt ist.
  11. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Form und die Bewegungsbahn des Magneten (40) relativ zum Halleffekt-Sensor so gewählt sind, daß dessen Ausgangsspannung im wesentlichen proportional dem Weg des Magneten ist.
  12. Verfahren zur Begrenzung der maximalen Temperatur eines an einer Schweißschiene befestigten Heizbandes beim Schweißen von thermoplastischen Folien durch Wärme- Impulsschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem gleichen elektrischen Stromimpuls ein zweites Heizband erhitzt wird, dessen eines Ende festgelegt und das andere Ende längsbeweglich geführt und mit einer Zugspannung beaufschlagt wird, und daß die Bewegung des längsbeweglich geführten Endes während eines Stromimpulses durch einen Sensor in ein wegabhängiges elektrisches Signal umgesetzt wird, das den Stromimpuls während einer bestimmten Impulsdauer derart regelt, daß eine bestimmte maximale Dehnung, entsprechend einer bestimmten Temperatur, des zweiten Heizbandes nicht überschritten wird.
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EP2497621A2 (de) 2011-03-09 2012-09-12 Rische + Herfurth GmbH Verfahren zum Betreiben einer Schweißvorrichtung, insbesondere eines wärmeimpulsgesteuerten und/oder dauerbeheizten Folienschweiß- und/oder Heißsiegelgerätes mit vorwählbarer elektronischer, prozessorgesteuerter Anpreßdruck- und Temperaturregelung und Vorrichtung hierzu

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