DE1158238B

DE1158238B - Trennschweissverfahren fuer Kunststoff-Folien und Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE1158238B
Application number: DESCH19202A
Authority: DE
Inventors: August Schwarzkopf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-12-08
Filing date: 1955-12-08
Publication date: 1963-11-28

Description

Trenns chweißverfahren für Kunststoff-Folien und Vorrichtung dazu Die Erfindung behandelt ein Trennschweißverfahren für Kunststoff-Folien, bei dem eine oder mehrere Folien zugleich geschnitten und durch eine Naht miteinander verschweißt werden. Dieses Verfahren hat Bedeutung besonders bei der Herstellung von Beuteln und Tüten und anderen Verpackungen. Zum Trennschweißen ist es bereits bekannt, die flach aufeinandergelegten Folien zwischen gegenüber der Folienschmelztemperatur verhältnismäßig kühlen Klemmbacken zu fassen, dann einen Wärmeträger, z. B. einen elektrisch beheizten Widerstandsdraht, an die Folien heranzuführen und die Folien damit durch Aufschmelzen zu trennen und längs des Schnittrands miteinander zu verschweißen.
Eine bekannte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens arbeitet z. B. mit einer Einspannvorrichtung mit geschlitzten Backen. Im Schlitz ist der bewegliche Wärmeträger in Gestalt eines Metalldrahts oder Blechstreifens geführt. Dabei werden zwar die Folien durchschnitten und die gewonnenen Folienabschnitte an den Schnittkanten verschweißt, man kann jedoch in der Regel damit keine ganz gleichmäßigen Schweißnähte erzielen, weil das Folienmaterial in seiner Struktur nicht immer gleichmäßig ist.
Die Schweißnähte fühlen sich dann rauh und gezackt an und haben unter Umständen nicht die erforderliche Zugfestigkeit.
Zur Begrenzung der Breite der Schweißnaht wurde deshalb bei einem anderen bekannten Verfahren der Durchtrittsschlitz für den Wärmeträger quer über die Druckfläche der Klemmbacken in etwa der doppelten Breite einer einzelnen Schweißnaht zu einer Hohlkehle erweitert. In dieser Hohlkehle bilden sich dann beiderseits des auf den Auflagetisch herangeführten Wärmeträgers die Schweißnähte. Die Schweißnähte werden dabei zwar gleich breit, können sich aber hinsichtlich ihrer Dichte und Höhe mangels genauer Begrenzung während des Abkühlens je nach Materialstruktur beliebig entwickeln.
Zur Egalisierung von Schweißnähten ist es beim Stumpfschweißen von bereits zugeschnittenen Folien schließlich auch noch bekannt, die über die Klemmbacken vorstehenden und miteinander verschweißten Schnittränder unter Öffnen der Klemmbacken zurückzuziehen und durch erneutes Schließen der Klemmbacken zu pressen. Diese Behandlung läßt sich durch die komplizierten Bewegungsvorgänge von Klemmbacken und Folien aber nicht ohne weiteres beim Trennschweißen anwenden und kann auch keine geraden und gleichmäßig breite Schweißnähte bereitstellen, weil eine genaue Flächenbegrenzung des Klemmbackendrucks fehlt. Außerdem leiden die noch weichen Schweißnähte unter dem Zug beim Verschieben.
Das Verfahren nach der Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten dadurch, daß die über die geschlossenen Klemmbacken vorstehenden Schmelzwülste, gegebenenfalls bei abgeschalteter Beheizung des Wärmeträgers, verdichtet werden. Bei diesem Verfahren bleibt zwischen der Trennstelle und den benachbarten kühlen Klemmbacken eine exakt begrenzte Fläche, innerhalb derer die geschnittenen Folienränder erweichen und miteinander verschmelzen. Nach dem Verschmelzen wird diese erweichte Fläche bei weiter geschlossenen Klemmbacken festgestellt und ist keinerlei Zug ausgesetzt.
Die noch weichen Nähte können sich gleichmäßig verfestigen. Schmelz- und Verfestigungszeit lassen sich je nach Folienart abstimmen, da die Verdichtung der Schweißnaht durch die den festen Klemmbacken nachlaufenden Preßflächen räumlich genau begrenzt und auch zeitlich nach Einsatz und Dauer wählbar ist.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung erreicht man deshalb eine sehr schmale und homogene und trotzdem reißfeste und flüssigkeitsdichte Schweißnaht.
Das Verfahren eignet sich besonders zur vollmechanischen Herstellung von Tüten und Beuteln vom Kunststoffschlauch, wobei sich mit jedem Arbeitsgang immer zwei Tütenböden herstellen lassen.
Bearbeitet man nur eine Folie nach diesem Verfahren, dann läßt sich die Folie damit schneiden und zugleich auch am Rand verstärken. Solche Folienverstärkungen vermeiden die Gefahr des Einreißens bei dünnen Folien. Das Verfahren und die später dazu beschriebene Vorrichtung eignen sich weiter mit den gleichen Vorteilen auch zum Kurveuschnitt und in sich geschlossenen Schnitten und entsprechenden Schweißnähten und damit zum geschlossenen Verpacken von Körpern beliebigen Umrisses.
Die Preßbacken können bei der Erfindung in bekannter Weise durch ein umiaufendes Kühlmittel, z. B. Wasser oder Preßluft, gekühlt sein, damit sie sich bei längeren Schweißarbeiten durch die Nähe des Heizelements nicht allmählich erwärmen. Die kühlen Klemm- und Preßflächen sorgen dann durch den Wärmesprung von der Schmelzfläche zur ungeschmolzenen Folienfläche für eine scharfe Abgrenzung der Schweißnaht.
Als Wärmeträger kann in bekannter Art ein elektrisch beheizter Widerstandsdraht dienen, der für gerade Schweißnähte zum Ausgleich von Längenänderungen geradlinig zwischen zwei federnden Aufhängepunkten, z. B. zwei abgefederten Spreizhebeln, gespannt ist. Zum Schweißen von Konturen wird der Widerstandsdraht nach der weiteren Erfindung besser fortlaufend zu Stütz- und quer dazu liegenden Heizstegen von vorzugsweise gleicher Länge gebogen, wobei die Stützen durch Verdrillen oder Schweißen oder Überschieben einer Metallhülse kurzgeschlossen sind und dadurch bei Strombelastung verhältnismäßig kühl bleiben, während die aneinandergereihten, dünnen Stege als linienförmiger Wärmeträger wirken.
Ein solcher Wärmeträger läßt sich der Länge nach bebeliebig biegen oder in sich schließen und sich damit der jeweils verlangten Kontur anpassen. Der Wärmeträger wird mit seinen Stegen zweckmäßig zwischen zwei wärmefesten, flachen Isolierstreifen festgeklemmt. Diese Isolierstreifen sollen aus verformbarem Material sein, damit man sie der Kontur des Wärmeträgers anpassen kann. Bei diesem Wärmeträger können sich die Heizstege einzeln verlagern.
Ihre Verlagerung ist durch die fest eingespannten Stützstege begrenzt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Abstand der Heizstege untereinander zur Aufnahme aller praktisch vorkommenden Wärmeverlagerungen genügt, wodurch der Wärmeträger während des Betriebs formhaltig bleibt.
Man kann den Wärmeträger aber auch derart aus flachem Widerstandsband stanzen, daß dünne Heizstege durch breite Stützstege verbunden sind, so daß die Stützstege die Wärmeausdehnung der Heizstege elastisch aufnehmen. Dieser Bandschnitt läßt sich der Länge nach ebenfalls ohne Schwierigkeiten beliebig biegen und wird, wie der aus Widerstandsdraht gebogene Wärmeträger, zwischen entsprechend geformten wärmefesten Isolierstreifen eingespannt. Man kann beim Stanzen aber auch die Stege an ihrer Basis abwechselnd nach links und rechts abwinkeln. Dadurch bekommt das Widerstandsband T-förmigen Querschnitt. Dieser Wärmeträger kann auswechselbar in einen wärmefesten Isolierstreifen mit einer dem Bandquerschnitt entsprechenden T-Nut eingeschoben sein. Auch diesen Wärmeträger kann man der Länge nach beliebig biegen. Die schmalen Hälse am Übergang von den Heizstegen zu den breiten Stützstegen nehmen H;ormveränderungen der Heizstege bei Er wärmung und Abkühlung elastisch auf.
Die Trennschweißvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren hat in bekannter Art zwei Klemmbacken und einen gegenüber den Klemmbacken verschiebbaren Wärmeträger. Zusätzlich sind jedoch bei der Erfindung noch zwischen dem Wärmeträger und den Klemmbacken dem Wärmeträger nachlaufende Preßbacken zur Verdichtung der beiderseits des Wärmeträgers entstehenden Schmelzwülste vorgesehen. Der Wärmeträger kann am Kopf eines Mittelstempels sitzen. Klemmbacken, Preßbacken und der Wärmeträger können entsprechend der gewünschten Kontur ausgebildet sein, z. B. zum Rundschweißen als geschlossene Ringe. Bei Benutzung von Hohlstempeln als Klemm- und Preßflächen gelingt in überraschend einfacher Weise das Verpacken von dicken Gegenständen, z. B. von dicken Rundlingen in Kunststoff-Folien. Liegen die Klemm- und Preßbacken nur auf einer Seite des Wärmeträgers, dann schneidet ein solches Werkzeug aus der Folie eine bestimmte Kontur und verschweißt zugleich die übereinanderliegenden Folien miteinander, während der Überstand herabfällt. Mit Klemmbacken und Preßbacken beiderseits des Wärmeträgers entstehen nach der Trennung zwei ausgeschnittene, überstehende und gleichmäßig breite Schweißnähte, begrenzte und miteinander verbundene Folienschnitte.
Die Zeichnung bringt einige Ausführungsbeispiele für die Trennschweißvorrichtung und den Wärmeträger. Dabei zeigt Fig. 1 einen Wärmeträger aus zu Stütz- und Heizstegen verformten Widerstandsdraht für winklige oder gebogene Konturen, Fig. 2 eine ähnliche Ausführung des Wärmeträgers wie Fig. 1 mit untereinander verdrillten Stützstegen, Fig. 3 einen aus einem flachen Widerstandsband gestanzten Wärmeträger mit am Fuß abgewinkelten Stützstegen, Fig. 4 einen Schnitt durch den Wärmeträger lt.
Fig. 3 nach der Linie A-B, Fig. 5 die Halterung des Wärmeträgers nach den Fig. 3 und 4 in einem Isolierstück und das dabei entstehende Heizelement, Fig. 6 die Halterung des Wärmeträgers nach den Fig. 3 und 4 in einem Isolierstreifen mit T-Nut, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie C-D der Fig. 6, Fig. 8 eine Trennschweißvorrichtung in schematischer Darstellung mit einem elastisch geradlinig gespannten Widerstandsdraht als Wärmeträger, Fig. 9, 10 und 11 verschiedene Stellungen der Trennschweißvorrichtung nach der Fig. 8 beim Trennen und Schweißen eines flachgelegten Schlauchs, und zwar Fig. 9 die Ruhestellung der Vorrichtung zur Einführung des Schlauchs in das Werkzeug, Fig. 10 die Vorrichtung mit geschlossenen Klemmbacken zum Zeitpunkt des Schmelzbeginns, Fig. 11 die Vorrichtung in der geschlossenen Stellung, wobei neben den Klemmbacken auch die Preßbacken zur Homogenisierung des Schmelzwulstes geschlossen haben und die Vorrichtung ihre Endlage erreicht hat, Fig. 12 eine Vorrichtung zur Fertigung von Rundschnitten mit dem Wärmeträger nach den Fig. 1 bis 7 in Offenstellung, Fig. 13 einen mit dieser Vorrichtung in Kunststoff-Folien eingeschweißten, dicken Rundling.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Widerstandsdraht abwechselnd zu Stützstegen 1 und Heizstegen 2 gebogen. Dabei liegen immer zwei Stützstegabschnitte 1 a und Bb parallel nebeneinander und der Heizsteg 2 als Verbindungssteg quer dazu. Damit die Wärme im wesentlichen von den Heizstegen 2 erzeugt und so die zum sauberen Trennschweißen notwendige, linienförmige Wärmeübertragung erzielt wird, sind die Stützstege la und 1 h miteinander elektrisch kurzgeschlossen, z. B. durch Hartlöten oder Schweißen, wie in Fig. 1, oder durch Verdrillen, wie in Fig. 2. Es empfiehlt sich, auch verdrillte Stegabschnitte zusätzlich zu verlöten, um Widerstandsänderungen durch Verzundern im Betrieb zu verhindern. Zur Sicherheit kann man über die benachbarten Stützstegel a und 1 b in beiden Ausführungen nach Fig. 1 und 2 noch Metallhülsen 3 schieben. Beim Biegen des Widerstandsdrahts sollen an den Übergangsstellen vier Bögen und damit in der Ebene der Heizstege ein gewisser Abstand zwischen den einzelnen Reizstegabschnitten entstehen. Bögen und Abstand erlauben dann bei Längenänderung der Heizstege 2 im Betrieb den nötigen elastischen Ausgleich.
Der Wärmeträger nach den Fig.3 bis 7 ist aus flachem Widerstandsband gestanzt. Dabei sind die dünnen Heizstege 5 durch breite Stegfahnen 6 verbunden. Jede Stegfahne 6 ist am Kopf beiderseits in der Breite etwas geschwächt, um zwei Hälse 7 und 8 zu bilden, die die Heizstege 5 im Betrieb elastisch führen. Dem gleichen Zweck dient die Kopfnut 9 jedes Stützstegs 6. Die Kopfnut 9 kann sich unter dem Zug oder dem Dluck der Heizstege 5 verengen oder erweitern. Es ist auch denkbar, die Stützstege quer zur Länge des Stanzschnitts zum Ausgleich von Wärmespannungen zu fälteln. Bei der Ausführung nach den Fig. 3 und 4 sind die Stützstege 6 am Fuß abwechselnd nach verschiedener Richtung abgewinkelt, so daß, im Schnitt gesehen, nach links und rechts vorspringende Füße 10 und 11 erscheinen.
Im Ausführungsbeispiel nach der Fig.S ist der Wärmeträger nach der Fig. 1 zur Halterung und Befestigung an der Vorrichtung in einen Kunststoffstreifen 12 eingepreßt. Zwischen den einzelnen Stützstegen 1 hat der Isolierstreifen Bohrungen 13 für die Befestigung an der Trennschweißvorrichtung.
In den Fig. 5 und 6 ist der gestanzte Wärmeträger gemäß Fig.3 und 4 in einen wärmefesten Isolierstreifenl4 eingeschoben, der eine dem Schnitt der Fig. 4 entsprechende T-Nut 15 hat. Die Nut 15 sorgt für die allseits sichere Verankerung des Wärmeträgers, gestattet zugleich aber auch sein schnelles Auswechseln. Der Isolierstreifen 14 hat zwischen den Stegfahnen 6 ebenfalls Bohrungen 13 zur Befestigung an der Vorrichtung.
Die Vorrichtung nach den Fig. 8, 9, 10 und 11 benutzt als Wärmeträger einen Widerstands draht und besteht aus einem Oberstempel 16 und einem Unterstempell7. Die Vorrichtung ist für einen geraden Schnitt mit zwei geraden Schweißnähten vorgesehen und hat deshalb längliche Stempel 16 und 17, wobei in der Mitte des Oberstempels 16 gemäß Fig. 6 mit etwas Abstand über der Kopffläche 18 der Widerstandsdraht 19 als Wärmeträger gespannt ist. Dazu trägt der Oberstempel 16 an beiden Enden je einen um den Zapfen 20 in der Spannebene schwenkbaren Hebel 21, zwischen deren unteren Enden der Widerstandsdraht 19 eingespannt ist, während ihre oberen Enden über Federn 22 an Zapfen 23 eingehängt sind. Die Stempel 16 und 17 tragen auf beiden Seiten in der Stempelbewegungsrichtung verschiebbare Klemmbackenpaare 24, 25. Jedes Klemmbackenpaar ist durch Bolzenpaare 25 bzw. 26 verbunden, die in Langlöchern 27 des Oberstempels 16 und in gleichen Langlöchern 28 des Unterstempels 17 gegen den Druck von an den Stempeln 16, 17 befestigten Druckfedern 29 verschiebbar sind. Selbst- verständlich kann man auch einen Stempel stillstehen lassen und nur den anderen Stempel bewegen.
Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Zwischen die Stempel 16 und 17 wird ein Schlauchabschnitt 30 in der doppelten Länge des gewünschten Beutels parallel zur Ebene der Klemmbacken 24, 25 eingeführt. Im ersten Arbeitsgang bewegen sich Ober- und Unterstempel 16, 17 aufeinander zu, bis sich die Klemmbacken 24 und 25 berühren und den Schlauchabschnitt 30 festhalten. Da die Klemmbacken 24, 25 gegenüber den Stempeln 16, 17 verschiebbar sind, nähert sich in der weiteren Bewegung der Heizdraht 19 dem Schlauchabschnitt 30. Nun wird ein in seiner Zeitdauer und Phase zur übrigen Bewegung einstellbarer Stromimpuls auf den Heizdraht 19 gegeben und der Heizdraht 19 dadurch erhitzt, so daß die von ihm ausgestrahlte, linienförmige Wärme den Schlauchabschnitt 30 gemäß Fig. 10 unter Bildung von zwei Schmelzwülsten 31 und 32 aufschmilzt und trennt. Im Lauf der weiteren gegenseitigen Stempelbewegung taucht der Heizdraht 19 schließlich in eine Aussparung 33 des Unterstempels 17, während gleichzeitig die beiden Stempel 16 und 17 mit ihren Kopfflächen 18 und 34 bei geschlossenen Klemmbacken 24, 25 die weichen Schmelzwülste 31 fassen, verdichten, homogenisieren und abkühlen. Die Kopfflächen 18 und 34 bilden dabei die zwischen den Klemmbacken24, 25 und dem Wärmeträger nachlaufenden Preßflächen. Damit hat das Werkzeug die Endstellung nach Fig. 11 erreicht, in der der Schlauch 30 in zwei Hälften 35 und 36 mit je einer Schweißnaht an den gegenüberliegenden Enden aufgetrennt ist. Anschließend öffnen die Stempel 16 und 17 wieder und nehmen ihre Ausgangsstellung gemäß Fig. 9 ein.
Mit der Vorrichtung nach Fig. 12 läßt sich ein dicker Rundling 37 gemäß Fig. 13 zwischen zwei Folien38, 39 dicht einschweißen. Dazu tragen sowohl der Oberstempel 40 als auch der Unterstempel 41 je eine nachgiebig zur Stempelbewegungsrichtung in Bolzen 42 bzw. 43 geführte runde und am Kopf hohle Klemmbacke 44 bzw. 45. Die dem Wärmeträger zum Verdichten des Schmeizwulstes nachlaufenden Preßflächen sind bei dieser Ausführung als selbständige Preßbacken 46, 47 ausgebildet und sitzen als Ringe 48, 49 an den Stempeln 40 und 41. Am Ring 48 des Oberstempels 40 ist ein zu einem Ring 50 geschlossener Wärmeträger befestigt. Nach Einführung der Folien 38 und 39 mit dem dazwischenliegenden Rundling 37 schließen zunächst die Klemmbacken 44 und 45, wobei die Folien 38 und 39 um den Rundling 37 herum geschlossen werden. Anschließend trennt der Wärmeträgerring 50 entsprechend den Fig. 8 bis 11 das Paket aus den Folien heraus und bringt den Folienüberstand über die Klemmbacken 44 und 45 zum Schmelzen. Schließlich fassen die Preßbacken 46 und 47 den Schmelzwulst und verdichten ihn. Damit ist der Schweißvorgang abgeschlossen, und die beiden Stempel 40 und 41 öffnen wieder. Jetzt kann man der Vorrichtung den verpackten Rundling 37 entnehmen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Trennschweißverfahren für zwei oder mehr thermoplastische Kunststoff-Folien mit Hilfe eines Wärmeträgers, wobei die Folien zunächst längs der Trennlinie zwischen gegenüber der Folienschmelztemperatur kühlen Klemmbacken gefaßt und dann durch den herangeführten Wärmeträger getrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die über die geschlossenen Klemmbacken vorstehenden Schmelzwülste anschließend gegebenenfalls bei abgeschalteter Beheizung des Wärmeträgers verdichtet werden.
2. Trennschweißvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit zwei Klemmbacken und einem gegenüber den Klemmbacken verschiebbaren Wärmeträger, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärmeträger und den lklemmbacken (17) dem Wärmeträger nachlaufende Preßbacken (34) vorgesehen sind.
3. Trennschweißvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßbacken (34) in an sich bekannter Weise durch ein umlaufendes Kühlmittel gekühlt sind.
4. Trennschweißvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 mit einem elektrisch beheizten Widerstandsdraht fortlaufend abwechselnd zu Heiz- (2) und Stützstegen(1) von vorzugsweise gleicher Länge gebogen ist, wobei die sich berührenden Stützstege (1 a, 1 b) mechanisch und elektrisch z. B. durch Verschweißen oder aber schieben einer Metallhülse (3) kurzgeschlossen sind.
5. Trennschweißvorrichtung nach den Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger ein flaches Widerstandsband ist, aus dem dünne Heizstege 15) mit breiten Stützstegen (6) ausgestanzt sind, so daß die Stützstege (6) die Wärmeausdehnung der Heizstege (5) elastisch aufnehmen.
6. Trennschweißvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Heizstegen gegenüberliegenden Enden der Stützstege wechselseitig zur Bandfläche abgewinkelt sind.
7. Trennschweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger auswechselbar in einen Isolierstreifen (14) mit einer dem Bandquerschnitt entsprechenden T-Nut eingeschoben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 884 101, 910958, 966 703, 872 400; französische Patentschriften Nr. 1 112515, 1 086 782, 1031672; britische Patentschrift Nr. 658 258; USA.-Patentschriften Nr 2618 814, 2679469.