DE1056294B

DE1056294B - Waermeimpulsgeraet zum Schweissen thermoplastischer Kunststoffe

Info

Publication number: DE1056294B
Application number: DEZ5422A
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Laubmeyer; Dr Marius Smits
Original assignee: Zeva Elek Zitaets Ges Smits &
Current assignee: Zeva Elek Zitaets Ges Smits &
Priority date: 1956-02-29
Filing date: 1956-02-29
Publication date: 1959-04-30

Description

Das Wärmeimpulsverfahren wird vorzugsweise zum Schweißen thermoplastischer Folien für Verpackungen angewendet. NacQi diesem Verfahren werden zwei oder mehr Folien, die man verschweißen will, zwischen zwei kalte Backen gepreßt, von denen eine oder gegebenenfalls beide Backen ein Heizband tragen, das während des Druckvorganges mit einem Stromstoß auf ■ eine Temperatur oberhalb des Beginnes der thermoplastischen Erweichung ganz kurz erhitzt wird. Dadurch wird das Material, das unter Druck steht, miteinander verschmolzen und durch die kalte Bacloe sofort wieder abgekühlt, worauf die fertige Schweißung nach Öffnen der Backen im festen Zustand herausgenommen wird. Im Sinne einer schnellen Arbeitsweise liegt es begründet, daß man das Heizband mit einem Stromstoß hoher Amperezalhl mit niedrigen Spannungen beschickt, damit innerhalb der Schweißzeit von beispielsweise einer Sekunde die notwendige Temperatur des Heizbandes erreicht wird. Da das Heizband außerdem mit Trennsubstanzen, z. B. Tetraüuorpolyäthylen oder mit Silikongummi getränkten Glasseiden od. dgl. bedeckt ist, um ein Ankleben zu verhindern, muß das Heizband, da die Abdeckung eine wärmehemmende Schicht darstellt, sehr schnell auf eine höhere Temperatur gebracht werden, als der Temperatur des thermoplastischen Erweichungsbeginns der zu verschweißenden Folie entspricht. Die Charakteristik im Temperatur-Zeit-Diagramm des Heizbandes muß beim Stromstoß also sehr steil sein. Das setzt voraus, daß ein genau arbeitender, verhältnismäßig verwickelter Zeitmomentschalter zur Innehaltung der kurzen Schweißzeiten vorhanden sein muß und daß ein verhältnismäßig großer Transformator von größenmäßig etwa 1 kw einzusetzen ist, um das Heizband kurzzeitig in dieser gewünschten steilen Charakteristik erhitzen zu können. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei länger dauerndem Betrieb das Heizband die Preßbacke allmählich wärmt, was zu Störungen der richtigen Schweißung führt. Um nach Möglichkeit gleichbleibende Verhältnisse für den Schweißvorgang zu schaffen, hat man die Preßbacke mit einer Wasserdurchlaufkühlung versehen.

Die Erfindung geht völlig andere Wege und bringt erhebliche Vorteile für eine wirklich gleichbleibende Qualität der Schweißung mit wesentlich einfacheren und billigeren Mitteln, Die Erfindung ermöglicht es, auf die besonders steile Charakteristik der Erwärmung des Heizbandes im Temperatur-Zeit-Diagramm zu, verzichten, indem man den Beginn des Heizens des Bandes nicht bei Raumtemperatur setzt, sondern bei wenigen Grad Celsius unter dem thermoplastischen Erweichungspunkt des zu verschweißenden Kunststoffes.

Demgemäß besteht die Erfindung darin, daß die das Wärmeimpulsgerät zum Schweißen
thermoplastischer Kunststoffe

Anmelder:
Zeva Elektrizitäts-Ges.
Smits & Laubmeyer K. G.,
Arolsen (Kr. Waldeck), Bahnhofstr. 73

Dr. Günther Laubmeyer und Dr. Marius Smits,
Arolsen (Kr. Waldeck),
sind als Erfinder genannt worden

Heizband tragende Preßbacke unabhängig von der Erhitzung des Heizbandes geheizt und diese Heizung der Preßbacke durch einen selbsttätigen Wärmeregler oder andere Maßnahmen so gesteuert wird, daß die Temperatur der beheizten Preßbacke mehr oder weniger, abhängig von den Eigenschaften des zu verschweißenden Materials, unter der Temperatur des Beginns des thermoplastischen Schweißbereiches des zu verarbeitenden Materials liegt.

Im Gegensatz zu dem bisherigen Impulsschweißverfahren wird also nach der Erfindung eine geheizte Backe verwendet. Vorzugsweise erfolgt die Beheizung der Backe in normaler Widerstandsheizung. Die Oberfläche und damit die Wärmeabstrahlung der beheizten Backe sind so gewählt, daß die Temperatur dauernd konstant unter der Temperatur gehalten werden kann, die zur einwandfreien Schweißverbindung des jeweiligen Kunststoffes erforderlich ist. Der Wärmeregler kann somit verhindern, daß die Temperatur der Preßbacke auch bei schnellster Arbeit durch die zusätzliche Erwärmung vom Heizband aus überschritten wird.

Es ist einleuchtend, daß bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wärmeimpulsgerätes der Stroms-toß zur Erhitzung des Heizbandes wesentlich kleiner sein kann und daß damit auch die Charakteristik im Temperatur-Zeit-Diagramm, bezogen auf gleiche Schweißzeiten wie bei den bisherigen Geräten, viel weniger steil zu sein braucht als bei den bekannten Wärmeimpulsgeräten, da nur noch eine zusätzliche geringe Erwärmung von wenigen Graden erforderlich ist. Durch die Erfindung ist also ein Wärmeimpulsgerät geschaffen, bei dem man ohne weiteres auf einen genau einstellbaren Zeitmomentschalter verzichten

909 508/365

Claims

kann, ohne die Schneliigkeit der Schweißung zu verringern. Auch das Wärmeimpulsgerät nach der Erfindung kann mittels eines Zeitschalters völlig unabhängig, gemacht werden von der Geschicklichkeit der Bedienungsperson. Es genügt dann aber ein Zeitschalter einfachster Bauart, da es auf Grund des flachen Temperatur-Zeit-Diagramms im Heizband auf Vio Sekunde gar nicht mehr ankommt. Außerdem benötigt das Wärmeimpulsgerät mit AusgleicShsheizung nach der Erfindung nur einen sehr kleinen Transformator, der etwa nur ein Zehntel so groß zu sein braucht wie die üblicherweise bei den Wärmeimpulsschweißmaschinen angewandten Transformatoren. Beim Verschweißen von Kunststoffen in einem elektrischen Hochfrequenzfeld ist es bekannt, die miteinander zu verschweißenden Gegenstände im Schweißbereich unabhängig von der durch das Hochfrequenzfeld erzeugten Wärme zusätzlich· zu erwärmen, indem ■ mindestens eine der an den Hochfrequenzgenerator angeschlossenen Schweißelektroden z. B. durch eine elektrische Widerstandsheizung aufgeheizt wird. Dieses Vorwärmen der Schweißelektroden geschieht, um den dielektrischen Verlustfaktor zu steigern und dadurch den Kunststoff in einen für die Sdhweißung günstigen Wärmebereich zu bringen. Es genügen dann zum Verschweißen Hochfrequenzgeneratoren mit verhältnismäßig niedriger Spannung und niedriger Leistung. Die Erfindung geht grundlegend von anderen Voraussetzungen aus, weil bisher beim Impulsschweißen mit kalten Schweißbacken gearbeitet wurde. Es ist auch nicht beabsichtigt, den zu verschweißenden Kunststoff zu erwärmen, sondern das Impulsband, das den Impulsstrom bei der Schweißung aufnimmt, soll vorgewärmt sein, und zwar dadurch, daß die das Heizband tragende Preßbacke unabhängig von der beim Schweißvorgang eintretenden Erhitzung des Heizbandes geheizt wird. Wird die Preßbacke auf 'einer Temperatur gehalten, die etwa 10 bis 20° C niedriger liegt, als dem Beginn der thermoplastischen Erweichung des zu verschweißenden Kunststoffes entspricht, so- ist die nach erfolgter Schweißung erforderliche Abkühlungszeit praktisch gleich wie beim Impulsschweißen mit kalten Preßbacken, da bei einer kalten Backe das Impulsband auf eine höhere Temperatur gebracht werden muß. Die Impulsschweißgeräte nach der Erfindung befreien den Benutzer von den bei bekannten Geräten laufend auftretenden Störungen durch hohen Verbrauch an Impulsbändern und Abdeckgeweben. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel mit einer geheizten Preßbacke vereinfacht mit Schaltschema dargestellt. Mit 1 und 2 sind die beiden Preßbacken des Gerätes bezeichnet. Die Backe 2 trägt das Impulsheizband 3 und wird selbst durch eine Widerstandsheizspirale 4 geheizt. In dem Heizstromkreis liegt der einstellbare selbsttätige Wärmeregler 5. Das Heizband 3 erhält die Stromimpulse über einen Trans- formator 6, ■ dessen Primärleitung mit 7 und dessen Sekundärleitung mit 8 bezeichnet ist. In der Primärleitung liegt ein z. B. durch Fußhebel bedienbarer Schalter 9 sowie gegebenenfalls der einfache Zeitschalter 10. Der Wärmeregler 5 und der Schalter 9 sind in Offenstellung dargestellt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, an Stelle der elektrischen Widerstandsheizung der das Impulsband tragenden Heizbacke auch eine Beheizung durch Heißwasser, Dampf oder ein· anderes Heizmedium vorzusehen. Es ist auch eine Ausführung der beheizten Preßbacke möglich, bei der die Backe eine Füllung mit eimer niedrigsiedenden Flüssigkeit, z. B. einem Siedepunlit von 90° C enthält. Dadurch wird in ähnlicher Weise wie mit einer entsprechend bemessenen Abstrahlungsnache und Steuerung durch einen Wärmeregler erreicht, daß die Preßbacke eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet. Patentansprüche:

1. Wärmeimpulsgerät zum Schweißen thermoplastischer Kunststoffe, vorzugsweise Folien, zwischen zwei Preßbacken, von denen eine oder beide ein Heizband trägt oder tragen, das während des Druckvorganges mit einem Stromstoß kurzzeitig auf eine Temperatur wenig oberhalb des Beginns der thermoplastischen Erweichung erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die das Heizband (3) tragende Preßbacke (2) unabhängig von der Erhitzung des Heizbandes geheizt und diese Heizung der Preßbacke durch einen selbsttätigen Wärmeregler oder andere Maßnahmen so gesteuert wird, daß die Temperatur der beheizten Preßbacke unter der Temperatur des Beginns des thermoplastischen Schweißbereiches des zu verarbeitenden Materials liegt.

2. Wärmeimpulsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geheizte Preßbacke, die das Wärmeimpulsbeizband trägt, eine so große Oberfläche und damit Abstrahlungsflache hat, daß die Stromstöße im Heizband auch bei schnellster Arbeitsweise die Heizbacke selbst nie über die Temperatur erhitzen können, auf die der selbsttätige Wärmeregler eingestellt, ist.

3. Wärmeimpulsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängige Heizung der Preßbacke auch durch Gas, Dampf oder jede andere Heizungsart erfolgen kann, wenn sie auf eine Temperatur, die nur gering unter dem Beginn des thermoplastischen Bereiches der zu verschweißenden Folien liegt, gesteuert wird oder — z. B. durch eine Art Verdampfungskühlung — gehalten werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 833 986, 801 041;
deutsche Patentanmeldung N 4172 VIII a/21 h
(bekanntgemacht am 26. 2. 1953).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen