DE1106064B

DE1106064B - Beheiztes Werkzeug zum Bearbeiten thermoplastischer Stoffe

Info

Publication number: DE1106064B
Application number: DEP18935A
Authority: DE
Original assignee: Package Machinery Co
Current assignee: Package Machinery Co
Priority date: 1956-12-13
Filing date: 1957-07-18
Publication date: 1961-05-04

Description

Beheiztes Werkzeug lastischer Stoffe ; ^ fhormod zum Bearbeiten thermoplastischer Stoffe Bei der Bearbeitung thermoplastischer Stoffe ist es oft erforderlich, daß das Material auf eine verhältnismäßig hohe Temperatur erhitzt wird. Hierzu wird gewöhnlich das thermoplastische Material in direkte Berührung mit dem beheizten Werkzeug gebracht. So wird z. B. thermoplastischer Stoff dadurch zerteilt, daß man ihn in Berührung mit einem erhitzten Draht bringt.
Eine Schweißung von solchem Material wird im allgemeinen dadurch ausgeführt, daß man zwei oder mehrere Materiallagen zwischen erhitzte Werkzeuge bringt, um ein Verkleben derselben herbeizuführen.
Auch hat man schon erhitzte Faltglieder benutzt. um z. B. die Endlappen einer Verpackung zu verkleben.
Bei all diesen Verwendungszwecken muß auf die Erhitzung des thermoplastischen Materials und insbesondere auf die Geschwindigkeit Rücksicht genommen werden, mit welcher diese erfolgen muß.
Um nun die Arbeitsgeschwindigkeit zu beschleunigen, werden die Werkzeuge zur Bearbeitung des thermoplastischen Materials vorteilhaft auf solche Arbeitstemperaturen gebracht, die bedeutend höher sind als die Schmelztemperaturen des thermoplastischen Materials. Hierdurch können zwar die Arbeitsgeschwindigkeiten gesteigert werden, aber dies muß meist mit einer Schädigung des thermoplastischen Materials erkauft werden.
Verwendet man blanke metallene Werkzeuge, die meist über die Schmelztemperatur des thermoplastischein Stoffs erhitzt werden müssen, so hat dies ein Schmelzen der Oberflächenschicht des Werkstücks zur Folge, was seinerseits ein Ankleben des Werkzeugs am Werkstück nach sich zieht.
Hierdurch wird nicht nur die Oberfläche des Werkstücks beschädigt, sondern die abgeschmolzene Masse auch auf die glatten Oberflächen später zu bearbeitender Werkstücke übertragen, welche dadurch minderwertig werden und Ausschuß ergeben.
Das Problem der Beschädigung des Werkstücks tritt-besonders dann auf, wenn dieses in gleitender Berührung mit einem erhitzten Werkzeug kommt. Anscheinend wirken hierbei auch die entstehenden höheren Reibungskräfte nachteilig mit.
Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, um diese Probleme zu beseitigen. Bei einem solchen Versuch wird ein Teflonüberzug (Polytetrafluoräthylen) an dem Behandlungswerkzeug oder die Zwischenschaltung einesTeflonteiles benutzt. Die hierdurch erzielte »Schlich«-Oberfläche verhindert in wirksamer Weise die Tendenz, daß die das Werkstück behandelnde Fläche verschmutzt wird, wenn thermoplastische Stoffe bei der erwünschten erhöhten Temperatur bearbeitet werden. Der Teflonüberzug ist verhältnismäßig teuer und hat eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer; von größerer Wichtigkeit ist aber die Tatsache, daß er bei einer verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeit der Wärmeleitfähigkeit als Isolator wirkt und die Ubertragung einer WärmeanschweIlung verhindert, wie dies notwendig ist, um das in Betracht kommende Problem zu überwinden. Andere Methoden zur Überwindung der erwähnten Probleme schließen die Verwendung erhitzter metallener Werkzeuge ein, die sich jedesmal schnell abkühlen, wenn sie außer Berührung mit den Werkstücken kommen, was aber eine verhältnismäßig komplizierte und teure Technik ist. Auch hat man bereits erhitzte Werkzeuge mit einer nicht schmutzenden Mischung überzogen, indem man diese auf die Oberfläche des Werkzeuges streicht. Ein solches Hilfsmittel, welches zur Zeit am besten ist, gestattet nur schwer selbsttätige Maschinenarbeit.
Es ist ferner beim Heißkleben von Packungen, Beuteln u. dgl. schon bekannt, die zu verklebenden thermoplastischen Folien von den beheizten Metallwerkzeugen - hier Klebebacken - durch dünne Gewebebahnen zu trennen, welche ein Ankleben der Werkzeuge verhindern. Die Erfindung vereinfacht diese Lösung, indem sie die das Ankleben hindernden Gewebeschichten wegläßt und dafür das Werkzeug selber als Träger der Klebisolierung benutzt.
Ferner ist eine Presse für Tabletten aus körnigem Material bekanntgeworden, an welcher das Anhaften der Tablettenpreßlinge in der zylindrischen Preßform vermieden werden soll. Hierzu ist die Preßform aus gesintertem Baustoff hergestellt, und eine Schmierflüssigkeit wird in sie hineingepreßt, welche die Außen- fläche der Tablettenpreßlinge beim Ausdrücken durch einen der Preßstempel schmiert. An eine Beheizung der Preßwerkzeuge ist hierbei nicht gedacht.
Die Erfindung nun hat als Ziel ein beheiztes Werkzeug zum Bearbeiten thermoplastischer Stoffe, bei welchem ein Ankleben dieser Stoffe an das Werkzeug durch Schmiermittel verhindert ist.
Erfindungsgemäß ist daher das Werkzeug in an sich lsekannter Weise aus porösem Metall hergestellt und mit einem Schmiermittel getränkt. Vorteilhaft wird als solch poröses Metall gesinterte Bronze verwendet, welche mit Silikonöl getränkt wird. Die Porosität des Werkzeugs ist vornehmlich derart gewählt, daß der Gesamtquerschnitt der in die Arbeitsfläche einmündenden Poren kleiner ist als der Ouerschnitt der übrigen glatten Metallarbeitsfläche.
Das Werkzeug kann, wenn es z. B. Verpackungell zu schweißen soll, die Form einer flachen Schiene haben. es kann aber auch als NIesser ausgebildet sein, das selbstverständlich einen entsprechenden Querschnitt hat. Es kann aber auch als Kombinationswerkzeug gestaltet sein. indem es erfindungsgemäß die Form eines Prismas mit trapezförmigem Querschnitt aufweist, so daß es gleichzeitig beim Schneiden des thermoplastischen Materials die Ranten desselben verschweißt. Das Werkzeug kann auch einen zylindrischen Querschnitt aufweisen und aus einem Paar zylindrischer Rollen bestehen, zwischen denen die Verschweißung thermoplastischer Folien vor sich geht.
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 zwei gemäß der Erfindung hergestellte Elemente für einen Wärmeverschluß für das Ende eines mit einer Verstärkung versehenen Sackes; Fig. 2 ist eine Endansicht eines Abtrennwerkzeuges; Fig. 3 veranschaulicht ein kombiniertes Wärmeverschluß- und Abtrennwerkzeug; Fig. 4 veranschaulicht ein Ävärmeverschlußglied in gleitender Berührung mit einem Werkstück, und Fig. 5 veranschaulicht ein Rollenpaar zur Herstellung eines durch Wärme zu verschließenden Saumes.
Das nicht verschmutzbare Werkzeug oder Element, welches auf eine Temperatur erhitzt wird, die mindestens bis zur Schmelztemperatur und manchmal sogar über diese des besonderen thermoplastischen Stoffes reicht, welches zu bearbeiten ist, gilt für alle dargestellten Werkzeuge der Zeichnungen. Dieses Erfordernis gilt sowohl für ein Werkzeug, das mit dem Arbeitsstück in direkte Berührung (Fig. 1) tritt, sowie für die gleitende Berührung gemäß Fig. 4 der Zeichnungen oder die rollende Berührung, die in Fig. 5 dargestellt ist.
Die dargestellten Werkzeuge sollen aus einem porösen oder durchlöcherten Metall gebildet werden.
Solche Metalle werden im Handel als gesinterte Metalle bezeichnet, und wenn auch eine große Mannigfaltigkeit von Legierungen mit veränderlichen Porositätsgraden in diesem gesinterten Zustand hergestellt werden kann, so hat sich herausgestellt, daß gesinterte Bronze infolge ihrer hohen Geschwindigkeit der Wärmeübertragung und der verhältnismäßig hohen Festigkeit vorzuziehen ist. Es ist gleichfalls vorzuziehen. die Fläche der Poren in der mit dem Werkstück in Eingriff kommenden Fläche kleiner als die Metallfläche zu halten, welche die erwähnte Oberfläche begrenzt.
Man ist in der Lage, für die verschiedenen dargestellten Werkzeuge sowie auch für andere eine Oberfläche vorzusehen. welche durch die thermoplastischen Stoffe nicht verschmutzt wird, wenn das Werkzeug auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes und oft über die Schmelztemperatur der genannten Stoffe erhitzt wird oder wenn es in Berührung mit thermoplastischen Stoffen gebracht wird, welche auf eine Temperatur erhitzt worden sind, bei der sie schmelzen können. Dies wird dadurch erreicht, daß man in die Poren des gesinterten Metalls eine nicht schmutzende Mischung einführt oder die Poren damit imprägniert. Beispielsweise soll erwähnt werden, daß ein sehr gutes nicht schmutzendes Gemisch ein Siliziumöl ist, wie ein solches beispielsweise von der Dow Corning Corporation in Midland, Michigan, unter der Bezeichnung »Dow Corning Nr. 710« verkauft wird. Die Poren in den gesinterten Metallteilen haben eine Größe, welche, wenn das fragliche Metall auf seine Arbeitstemperatur erhitzt wird, jede Tendenz der nicht schmutzenden Mischung, unter der Einwirkung der Schwerkraft abzutropfen, verhindert. aber dennoch ermöglicht, daß die nicht schmutzende Mischung davon abgezogen werden kann, um eine nicht schmutzende Oberfläche an der mit dem Werkstück in Berührung kommenden Fläche des Werkzeuges zu bilden. Wenn dies auch allgemein als Kapillarwirkung bezeichnet werden kann, so ist es doch das funktionale Ergebnis der Entdeckung gemäß der Erfindung. Dasselbe gilt für die Prinzipien der Oberflächenspannung, die zweifellos zu der Art beitragen, in der ein zusammenhängender und ununterbrochener Film des nicht schmutzenden Gemisches auf der mit dem Werkstück in Eingriff tretenden Fläche des Werkzeuges gebildet wird.
Durch Schaffung eines aus gesinterter Bronze bestehenden Metallgliedes, welches mit Siliziumöl imprägniert ist, kann man verschiedene neue Formen von das Werkstück behandelnden Werkzeugen für thermoplastische Werkstücke fabrizieren. In Fig. 1 ist ein Backenpaar 10 dargestellt, welches in Berührung mit darüberliegenden Schichten eines thermoplastischen Materials, wie beispielsweise das dargestellte Sackende, hin und her bewegt werden kann.
Infolge der direkten Berührung des Metalls mit dem durch Wärme verschließbaren Material ist es möglich, Verbindungen über eine größere Anzahl von Schichten herzustellen, als dies bisher mit praktischen Arbeitsgeschwindigkeiten möglich war. Dies führt beispielsweise zu einer praktischen Einrichtung zum Verschließen eines verstärkten Sackendes, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Metallglieder können bei Temperaturen arbeiten, die höher als die Schmelztemperaturen der zu behandelnden Materialien sind. und können dennoch unmittelbar von dem plastischen Material zurückgezogen werden, ohne letzteres oder die Verbindung, die gebildet wurde, zu beschädigen oder ohne daß plastisches Material an dem Werkzeug verbleibt. Zu erwähnen ist, daß auch einer der in Fig. 1 dargestellten Teile unerhitzt bleiben und von irgendeinem gewünschten Material sein kann.
In Fig. 2 ist ein Abtrennwerkzeug 12 dargestellt. welches wiederum aus gesintertem Metall besteht; die Relativbewegung zwischen diesem Werkzeug und einer gespannten Tafel aus plastischem Material wird zur Folge haben. daß letzteres längs des Berührungspunktes mit dem Scheitel des Werkzeuges sauber getrennt wird. Neben dem Werkzeug können Greifer 11 oder andere Mittel zum Spannen des Materials vorgesehen sein. Beim Arbeiten sucht das plastische Material nicht an dem Werkzeug anzuhaften, so daß kein wesentlicher Rückstand auf einen nachfolgenden Teil der abzutrennenden Bahn übertragen wird.
In Fig. 3 ist ein kombiniertes Abtrenn- und Wärmeverschlußwerkzeug 14 dargestellt, welches zum Abschneiden eines Stückes von rohrförmigem Material und zu derselben Zeit zur Herstellung eines Verschlusses für das Rohr selbst verwendet werden kann.
Auch hier trägt die nicht schmutzende Oberfläche des Äverkzeuges wenigstens für die meisten plastischen Materialien für seine praktische Verwendbarkeit bei.
Fig. 4 veranschaulicht eine mittels Wärme zu verschließende Stange 16 derjenigen Art, die gewöhnlich zum Verschließen der Lappennähte von verpackten Gegenständen, wie beispielsweise Brot, dient. Hierbei tritt eine besondere Komplikation auf, indem eine gleitende Berührung zwischen dem erhitzten Werkzeug und dem zu verschließenden Material vorhanden ist (man arbeitet hierbei mit einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des zu verschließenden Materials). Es ist dann die Neigung vorhanden, die Oberfläche in blattartiger Form in Berührung mit dem Verschlußglied zu verschieben. Im Gegensatz zu den verschiedenen Lösungen für das in Frage stehende Problem, welches die Einführung eines dünnen Metallbandes oder eines Polytetrafluoräthylenbandes einschließt, um den Gegenstand zuerst über das erhitzte Werkzeug und dann über einen abkühlenden Teil zu führen, ist die erfindungsgemäße Lösung äußerst einfach. Sie faßt ins Auge, den Teil 16 mit einer glatten mit dem Werkstück in Eingriff kommenden Oberfläche zu versehen, die aus gesinterter Bronze gebildet ist, welche, wie oben erläutert, mit einem Siliziumöl imprägniert ist. Ein solches Werkzeug hat nicht nur eine nicht schmutzende Oberfläche, sondern auch eine solche von sehr niedrigem Reibungskoeffizienten, wie dies durch den Mangel irgendeiner merkbaren Neigung verwiesen wird, die Arbeitsstücke zu zerstören, welche über seine Oberfläche unter normalen Arbeitsbedingungen verschoben werden.
In Fig. 5 sind zwei Rollen 18 dargestellt, die zur Bildung einer Naht in durch Wärme verschließbaren Tafeln verwendet werden. Diese Rollen sind aus einem gesinterten Bronzematerial hergestellt, welches wieder mit Siliziumöl imprägniert ist. Diese neuen Rollen veranschaulichen beispielsweise eine Verschlußnaht von Polyäthylen, welche einen bedeutend größeren Arbeitsaufwand und Ausrüstungen bei den bisherigen Ausführungen erforderten. Diese Rollen können auch eine größere Breite haben und werden verwendet, um zwei oder mehrere Schichten einer Tafel aus thermoplastischem Material zu strecken oder auszuwalzen.
Die oben beschriebenen verschiedenen Werkzeuge arbeiten nicht verschmutzend, so daß ihre Oberfläche bei einer Arbeitstemperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Materials durch ein Stück dieses Materials selbst abgewischt werden kann.
Ein weiterer Vorteil, der aus der Benutzung des Siliziumöles als Imprägnierungsmittel folgt, ist der, daß es die Neigung hat, sich auszudehnen, wenn es von der üblichen Raumtemperatur auf die Arl>eitstemperatur erhitzt wird, und wenn es sich ausdehnt, so wird eine geringe Menge aus den Poren des Elementes ausfließen, wodurch ein fortlaufender Film auf seiner Oberfläche entsteht, wobei dieser Film ständig durch den Flüssigkeitsvorrat in den Poren erneuert wird. Wenn anderseits einmal eine gegebene Arbeitstemperatur erreicht ist, wird das Ol fest. Das am meisten wichtige Merkmal einer solchen nicht schmut- zenden Oberfläche ist, daß Werkstücke, die mit ihr in Berührung kommen, keinen merkbaren Niederschlag von der übertragenen nicht schmutzenden Mischung haben. So kann man beispielsweise ein Materialstück, welches durch solche Werkzeuge mittels Wärme abgeschlossen wurde, gegen das Licht halten, ohne daß man einen Ölniederschlag mit den Augen an der Stelle entdecken kann, an der es in Berührung mit dem betreffenden Werkzeug gekommen ist. Dies bedeutet, daß die Lebensdauer solcher Elemente außerordentlich groß ist. Natürlich ist auch beabsichtigt, einige Mittel für eine selbsttätige Erneuerung des nicht schmutzenden Mittels bei den erwähnten Materialien vorzusehen, ohne sie aus der Maschine zu entfernen, in die sie eingeführt worden sind. Dies kann beispielsweise durch Schaffung eines Ölbehälters erfolgen, welcher in Berührung mit der Oberfläche des Werkzeuges an einer Stelle steht, die entfernt von der mit dem Arbeitsstück in Eingriff tretenden Oberfläche ist.
Wenn auch in der obigen Beschreibung auf thermoplastische Stoffe verwiesen wurde, so ist zu erwähnen, daß auch andere Materialien, wie überzogene Stoffe oder ein plastisches Hybridmaterial, welches technisch als ein in der Wärme fest werdendes Material angesehen werden kann, mit den verbesserten Weil,zeugen bearbeitet werden können, wenn ihre Beschaffenheit Probleme derselben allgemeinen Art lösen, wie solche beim Bearbeiten von thermoplastischen Stoffen- áuftreten.
PATENTANSPROCHE: 1. Beheiztes Werkzeug zum Bearbeiten thennoplastischer Stoffe, bei welchem ein Ankleben derselben an das Werkzeug durch Schmiermittel verhindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug in an sich bekannter Weise aus porösem Metall besteht und mit einem Schmiermittel getränkt ist.

Claims

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus gesinterter Bronze besteht und mit Silikonöl getränkt ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der Poren in der Arbeitsfläche des Werkzeuges kleiner ist als der Querschnitt der verbleibenden Metallfläche.

4. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug die Form einer flachen Schiene (16) hat.

5. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug als Messer (12) ausgebildet ist.

6. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug die Form eines Prismas mit trapezfärmigem Querschnitt (14) aufweist.

7. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen zylindrischen Querschnitt (18) hat 8. Werkzeug nach Anspruch 1 bis 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug aus einem Paar zylindrischer Rollen besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 863 256; britische Patentschrift Nr. 580 825.