DE1159629B - Waermekontakt-Schweissvorrichtung zum Verschweissen von aufeinanderliegenden Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Waermekontakt-Schweissvorrichtung zum Verschweissen von aufeinanderliegenden Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen

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DE1159629B
DE1159629B DEB63935A DEB0063935A DE1159629B DE 1159629 B DE1159629 B DE 1159629B DE B63935 A DEB63935 A DE B63935A DE B0063935 A DEB0063935 A DE B0063935A DE 1159629 B DE1159629 B DE 1159629B
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cooling
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Gerd Mueller
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Bebo Plastik GmbH and Co Kg
Hoechst AG
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Bebo Plastik GmbH and Co Kg
Hoechst AG
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Description

Gegenstand eines älteren Rechts ist eine Wärmekontakt-Schweißvorrichtung zum Verschweißen von übereinandergelegten Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen, bei der als Schweißorgan eine dünne Membran aus wenig leitfähigem Material dient, welche beheizbar ist und mit einem Anpreß- und Kühlorgan und einem Widerlager zusammenwirkt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine neue und besonders zweckmäßige Gestaltung einer solchen Wärmekontakt-Schweißvorrichtung, die ganz allgemein zum Verschweißen übereinanderliegender Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen, besonders aber für das Verschließen von mit einem Füllgut befüllten Kunststoffbehältern in Dosen-, Schalen- oder Becherform durch Aufschweißen von Deckeln oder Scheiben aus Kunststoffen geeignet ist, wobei auch Folien mit Heißsiegelschichten verwendbar sind.
Die Wärmekontakt-Schweißvorrichtung der Erfindung mit dem mebranförmigen, wärmeleitfähigen Schweißorgan ist dadurch gekennzeichnet, daß das membranförmige Schweißorgan an einem mit Kühlraum ausgestatteten Stempel befestigt und zwischen einem unabhängig vom Kühlstempel axial verschiebbaren Wärmeübertragungsblock und einem dem Kühlstempel gegenüberstehenden elastischen Gegenlager angeordnet ist, welches gleichzeitig als Tragfläche für die zu verschweißenden Kunststoffschichten gestaltet ist.
Der ebenfalls axial verschiebliche Kühlstempel besteht aus einem senkrechten Stempelhals, der mit achsparallelen Bohrungen als Leitungen für ein Kühlmedium ausgestattet ist, und einem mit diesem durch Verschraubung od. dgl. verbundenen breiteren Stempelkopf, der in seinem Inneren einen mit den Bohrungen im Stempelhals in Verbindung stehenden Hohlraum zur Aufnahme und zum Durchfluß eines Kühlmediums enthält.
Der Wärmeübertragungsblock ist konzentrisch um den Kühlstempel oberhalb und seitlich von diesem Kopf selbständig axial verschiebbar angeordnet. Er besteht zweckmäßig aus einem Metall hoher Wärmekapazität, z. B. Kupfer, Bronzelegierungen u. dgl., und wird mittels eines Heizblockes beheizt, der zweckmäßig konzentrisch oberhalb des Wärmeübertragungsblocks angeordnet ist und beispielsweise aus Leichtmetall mit eingebauten elektrischen Heizspiralen bestehen kann. Wenn der Heizblock den Kühlstempelhals konzentrisch umgibt, werden zwischen seiner Innenwandung und dem Umfang des Kühlstempelhalses zweckmäßig Führungsschienen oder eine Führungsbuchse vorgesehen, in denen der Stempelhals gleiten kann.
Wärmekontakt-Schweißvorrichtung
zum Verschweißen von aufeinanderliegenden Schichten aus thermoplastischen
Kunststoffen
Anmelder:
bebo-Plastik G. m. b. H., Bremervörde,
und Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft
vormals Meister Lucius & Brüning,
Frankfurt/M.
Detta Borgardt und Gerd Müller, Bremervörde,
sind als Erfinder genannt worden
In einer axialen Durchbohrung des Kühlstempels ist selbständig verschiebbar eine Stange angeordnet, die mit ihrem unteren Ende über die Unterseite des Kühlstempels hinausragt und einen scheiben- oder gitterförmigen Niederhalter trägt, mit dessen Hilfe ein abwärts gerichteter Druck auf die unterhalb des Kühlstempels verlaufenden Kunststoffschichten ausgeübt werden kann, welche miteinander verschweißt werden sollen. Eine periodische senkrechte Verschiebung der Niederhalterstange und die Zurückbewegung in eine oberste Stellung wird durch eine auf das obere Ende der Stange wirkende geeignete Antriebseinrichtung, beispielsweise eine Nockenwelle oder Exzenterscheibe, bewirkt.
Das elastische Gegenlager ist in einer für das Verschließen von befüllten Kunststoffdosen und vergleichbaren Behältern bestimmten Ausführungsform auf oder in der Oberkante eines Rahmens angeordnet, der in Richtung der Längsachse des Kühlstempels eine solche Höhe aufweist und im übrigen so gestaltet ist, daß auf seinen Oberkanten die mit einer Kunststoff-Folie oder einem gezogenen Kunststoffdeckel zu verschließende Dose mit den Unterseiten ihres Randflansches auf die Oberseite des elastischen Gegenlagers aufgelegt und somit innerhalb des Rahmens aufgehängt werden kann.
Um dabei ein Durchbiegen des Dosenflansches unter dem Gewicht der Dosenfüllung zu vermeiden, wird zweckmäßig unterhalb des Rahmens und der
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von diesem getragenen Dose eine Unterstützungs- steht. In diesem Fall besteht also der feststehende fläche vorgesehen, auf welcher die Dose mit ihrem Vorrichtungsteil aus dem aus Heizblock, Wärmeüber-Boden aufsitzen kann. Der Abstand dieser Unter- tragungsblock, Kühlstempel und Niederhalter gebilstützungsfläche von der Rahmen-Oberkante muß da- deten Aggregat und der federnden Gegenplatte, und bei so gewählt werden, daß der Flansch der in den 5 zwischen letzterer und der Niederhalterplatte wird die Rahmen eingehängten Dose möglichst vollständig Kette der Gegenlagerrahmen bzw. Dosenaufhängungs-
vom Dosengewicht entlastet ist. rahmen intermittierend hindurchbewegt.
Die Vorrichtung der Erfindung mit der beschrie- Die Zeichnungen stellen bevorzugte Ausführungsbenen Anordnung des das membranförmige Schweiß- formen der Schweißvorrichtung der Erfindung dar. element tragenden Kühlstempels, des Wärmeüber- 10 Fig. 1 zeigt eine Einzelvorrichtung mit Schweißtragungsblockes und des elastischen Gegenlagers hat aggregat, Dosenaufhängungsrahmen und federnder den Zweck, die Schweißmembran, sobald sie in Kon- Gegenplatte im senkrechten Schnitt durch die Mitteltakt mit der zu verschließenden Kunststoff-Fläche ebene bzw. in teilweiser Seitenansicht. Fig. 2 zeigt in tritt, möglichst rasch auf die erforderliche Wärme Längsseitenansicht schematisch eine kontinuierlich aufzuheizen, sie aber auch möglichst rasch und wirk- 15 arbeitende Vorrichtung mit einer Mehrzahl von sam wieder abzukühlen, sobald die Schweißung voll- Dosenaufhängerahmen. Fig. 3 zeigt schematisch in zogen ist und die Schweißmembran noch ihren Druck Aufsicht die Anordnung der Dosenaufhängerahmen auf die erkaltende Schweißnahtzone ausübt. Um dies innerhalb von mehreren solche Dosenrahmen zusamzu erreichen, ist die Schweißmembran am Kühl- menfassenden Halterungsrahmen,
stempel derart befestigt, daß sie ständig unter der 20 In Fig. 1 ist eine einzelne Schweißstation im senk-Einwirkung des im Stempel zirkulierenden Kühl- rechten Schnitt durch die Achsenebene dargestellt, mediums steht und nur rntermittierend und auf einem Dabei sind an sich sämtliche Vorrichtungsteile geTeil ihrer Flächenausdehnung von dem Wärmeüber- schnitten. Um aber die Zeichnung nicht unübersichttragungsblock aufgeheizt wird. Die der Schweiß- lieh werden zu lassen, sind nur die wichtigsten Teile membran auf diese Weise zugeführte Wärmemenge 25 der Vorrichtung im Schnitt gezeichnet, während die wird zum größeren Teil an die zu verschweißenden übrigen Teile so wiedergegeben sind, wie sie in Seiten-Kunststoff-Flächen abgegeben, gegen welche die ansicht von einer außerhalb der Vorrichtung parallel Schweißmembran gepreßt wird, und zum geringeren zur Schnittebene liegenden Betrachtungsebene aus Teil durch die Einwirkung des im Kühlstempel zirku- erscheinen würden.
lierenden Kühlmediums weggeführt. Auf diese Weise 30 Der Kühlstempel besteht aus dem Kühlstempel-
wird die Schweißmembran nach jedem Aufheizungs- kopf 3 und dem Kühlstempelhals 20, die gegebenen-
takt in kürzester Zeit wieder zum Erkalten gebracht falls aus mehreren Einzelstücken gebildet sein kön-
und kann infolgedessen auch noch das Erkalten und nen, wobei sämtliche Teile durch ein Schrauben-
Wiedererstarren der Kunststoff-Schweißzone be- gewinde 21 oder vergleichbare Mittel fest mitein-
schleunigen, mit der sie noch in Berührung steht. 35 ander verbunden sind. Der Stempelhals 20 enthält
Die bisher beschriebene Schweißvorrichtung achsparallele Bohrungen 18, die am oberen Ende des arbeitet diskontinuierlich und ist für solche Betriebe Stempelhalses mit einer nicht dargestellten Zufühgeeignet, die geringe Stückzahlen in größeren Zeit- rungs- und Abführungsleitung für ein strömendes abständen herzustellen haben. Eine Ausführungsform Kühlmittel verbunden sind und am unteren Ende des der Schweißvorrichtung für kontinuierlichen Betrieb 40 Stempelhalses in einen im Stempelkolben vorgesehe- und hohe Stückzahlen ist dadurch gekennzeichnet, nen Hohlraum 22 münden, der von dem Kühlmittel daß einem einzigen, aus Wärmeübertragungsblock, durchströmt wird. Der Kühlstempelhals gleitet ver-Heizblock, Kühlstempel und Niederhalter bestehen- schiebbar in einer Führungsbuchse 17.
den Aggregat eine Mehrzahl von Rahmen mit Gegen- In einer axialen Durchbohrung des Kühlstempellager gegenüberbestellt ist, die unter dem Aggregat 45 halses gleitet verschiebbar die eine Niederhaltein einem endlosen Umlaufweg paternosterartig vor- scheibe 4 tragende Niederhaltestange 23, welche beigeführt und jeweils für den Zeitraum einer durch eine schematisch dargestellte Nockenwelle oder Schweißoperation angehalten werden, sobald sie mit Exzenterscheibe 11 nach abwärts und nach aufwärts ihrer Mittelachse senkrecht unterhalb der Mittelachse verschiebbar ist.
des genannten Aggregats angekommen sind. Die 50 An und in dem Kühlstempelkopf 3 ist eine ring-Gegenlagerrahmen bzw. Dosenaufhängungsrahmen förmige Schweißmembran 1 eingelassen und befestigt, können dabei ihrerseits einzeln oder in Reihen in welche nach Art einer Hutkrempe seitlich aus dem Halterungsrahmen eingespannt sein, welche ihrerseits Kühlstempelkopf herausragt. Wie die Zeichnung in gleichmäßigen Abständen zwischen zwei endlosen erkennen läßt, steht eine Zone der im Kühlstempel-Ketten aufgehängt sind, die um je zwei Zahnradpaare 55 kopf eingespannten Schweißmembran unmittelbar mit umlaufen, von denen sie angetrieben werden. dem im Kühlstempel zirkulierenden Kühlmittel in
Wenn diese Vorrichtung zum Verschließen von Berührung, in dem sie die Bodenfläche des Kühl-Dosen mit Dosen-Aufhängerahmen eingerichtet ist, mittelraums im Kühlstempelkopf bildet,
kann eine einzige, zur Stütze der Dosenböden be- Konzentrisch oberhalb und seitlich des Kühlstimmte, elastisch nachgiebige Gegenplatte senkrecht 60 Stempelkopfes ist der Wärmeübertragungsblock 2 anunter dem erwähnten Aggregat und unterhalb des geordnet. Er kann beispielsweise aus Kupfer beoberen Trums der endlosen Kette feststehend derart stehen, ebenso wie die Schweißmembran aus einem angeordnet sein, daß der Dosenaufhängerahmen, der Kupferblech, beispielsweise aus einer runden Kupferjeweils senkrecht unterhalb des Schweißaggregats scheibe kalt gedruckt, gefertigt sein kann. Der steht, und in ihm die darin aufgehängte Dose sich 65 Wärmeübertragungsblock ist so gestaltet und angemit der Rahmen-Unterkante bzw. dem Dosenboden ordnet, daß er in jeder gegenseitigen Stellung allseitig auf der federnden Gegenplatte abstützen, wenn das durch Luftraum vom Umfang des Kühlstempelkopfes Schweißaggregat in Schweiß- und Abkühlstellung getrennt ist und nur mit dem außerhalb des Kühl-
stempeis befindlichen Flächenteil der Schweißmembran in körperliche Berührung treten kann.
Dem Wärmeübertragungsblock 2 wird die benötigte Wärme von einem beispielsweise oberhalb angeordneten Heizblock 19 zugeführt, dessen Ausgestaltung im einzelnen in bekannter Weise getroffen sein kann.
Senkrecht unterhalb des beschriebenen eigentlichen Schweißaggregats befindet sich das elastische Gegenlager 5, welches beispielsweise aus einem Strang aus Silikongummi bestehen kann, der auf bzw. in der Oberkante eines Dosenaufhängerahmens 7 angebracht sein kann. In diesen Rahmen wird die zu verschließende Kunststoffdose 15 eingehängt, auf welche der aufzuschweißende Kunststoffdeckel 16 aufgelegt ist, der im Beispiel ebenfalls tiefgezogen ist, aber ebenso die Form eines flachen Zuschnitts aus Kunststoff-Folie oder die Gestalt eines nach oben gewölbten Deckels besitzen kann. Das axiale Profil des Kühlstempelkopfes ist jeweils so zu gestalten, daß er dem jeweils zu verarbeitenden konkaven, planen oder konvexen Deckelprofil angepaßt ist. Senkrecht zur Kühlstempelachse ist der Querschnitt des Stempelkopfes ebenfalls der jeweils zu verarbeitenden Dosenform anzupassen, je nachdem, ob diese kreisrund, elliptisch, quadratisch oder rechteckig ist. Entsprechend bestimmt sich die Form des Dosenaufhängerahmens.
Das Prinzip der Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung einer kreisförmigen, elliptischen oder rechteckigen Verschlußschweißnaht an Dosen beschränkt, sondern auch für das Verschweißen von übereinanderliegenden Kunststoffschichten in größeren, nicht unterbrochenen Flächen geeignet. Für diese Fälle wird die Schweißmembran weiter nach abwärts verlegt und als zusammenhängendes Blech auf der Unterseite des Kühlstempelkopfes befestigt. Je größer dabei die nutzbare Schweißzone der Schweißmembran ist, desto größer muß auch die Fläche des zu deren Kühlung bestimmten Kühlraums 22 im Kühlstempelkopf gewählt werden.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung der Erfindung auch zur Herstellung von Schweißflächen unsymmetrischer und beliebig unregelmäßiger Verschweißungsflächen benutzt werden, indem die Schweißmembran in einer jeweils gewünschten Form ausgeschnitten und am Kühlstempelkopf befestigt wird.
Unterhalb des Gegenlagers 5 bzw. des Gegenlagerrahmens oder Dosenaufhängerahmens 7 ist eine Gegen- oder Abstützplatte 9 angeordnet, die beispielsweise durch ein elastisches, z. B. aus Gummi bestehendes und auf einer Unterplatte 10 angeordnetes Zwischenlager nachgiebig elastisch gestaltet sein kann. Diese Gegenplatte soll ein zuverlässiges aber weiches Arbeiten der Schweißvorrichtung gewährleisten und im Fall der Verarbeitung von zu verschließenden Dosen den Dosenflansch möglichst weitgehend vom Dosengewicht entlasten, indem der Dosenboden sich auf der Gegenplatte 9 abstützen, kann. Der Abstand zwischen Dosenboden und Gegenplatte 9 soll daher nur ganz gering sein. Er ist nur aus zeichnerischen Darstellungsgründen in der Abbildung so groß angegeben.
Zur Ausübung einer Schweißoperation wird, nachdem die gefüllte Dose mit aufgelegtem Dosendeckel in den Dosenaufhängerahmen eingehängt ist, die Niederhaltestange so weit nach unten bewegt, daß die Niederhaltescheibe die Fläche des Dosendeckels berührt. Anschließend wird der Kühlstempel so weit nach abwärts bewegt, bis die Schweißmembran auf dem am nachgiebigen Gegenlager hängenden Dosenflansch bzw. dem auf diesen aufgelegten Deckel aufliegt, und nunmehr wird das aus Wärmeübertragungsblock und Heizungsblock bestehende Aufheizungsaggregat bis zur Berührung der Schweißmembran nach abwärts bewegt. Dabei wird die im Wärmeübertragungsblock erhaltene Wärme an die Schweißmembran abgegeben, die sich sehr rasch erhitzt und ihrerseits die unter ihr liegenden Kunststoffschichten von Dosendeckel und Dosenflansch so weit erweicht, daß Verschweißung stattfindet. Nach erfolgter Verschweißung wird zunächst der Wärmeübertragungsblock nach oben von der Schweißmembran abgehoben, während der Kühlstempel noch in seiner tiefsten Stellung verharrt. In dieser Phase kühlt die Schweißmembran sehr rasch ab, trägt infolgedessen zum raschen Abkühlen und Erstarren der Schweißnaht bei, mit der sie noch in Berührung steht. Infolgedessen löst sich die Schweißmembran beim anschließenden Aufwärtsbewegen des Kühlstempels leicht und sauber von der Schweißnaht ab. Die so hergestellte Schweißnaht ist sehr fest, exakt und fehlerfrei.
Eine zum kontinuierlichen Arbeiten geeignete Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 wiedergegeben. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß Dosenaufhängerahmen 7 mit federndem Gegenlager 5 in mehrfacher Wiederholung auf endlosen Ketten 24 angeordnet sind und intermittierend zwischen dem stationären Schweißaggregat 2, 3, 20 und einer ebenfalls stationär senkrecht darunter angeordneten elastischen Gegenplatte 9,10 hindurchgeführt werden.
Zu diesem Zweck können die einzelnen Dosenaufhängerahmen 5, 7 beispielsweise in Tragrahmen 8 angeordnet werden. Sollen quer zur Fortschaltrichtung eine Mehrzahl von Dosen nebeneinander angeordnet und gleichzeitig bearbeitet werden, so können entsprechend groß gestaltete Tragrahmen 8 mit einer Mehrzahl von Aufnahmeöffnungen für Aufhängerahmen 5, 7 benutzt werden, welche ihrerseits in noch größere Außenrahmen 25 eingehängt werden.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:
1. Wärmekontakt-Schweißvorrichtung zum Verschweißen von aufeinanderliegenden Schichten aus thermoplastischen Kunststoffen mit HiKe eines als dünne Membran aus wärmeleitfähigem Material ausgebildeten Schweißorgans, dadurch gekennzeichnet, daß das membranförmige Schweißorgan (1) an einem mit Kühlraum (22) ausgestatteten Stempel (3) befestigt und zwischen einem unabhängig vom Kühlstempel (3) axial verschiebbaren Wärmeübertragungsblock (2) und einem dem letzteren gegenüberstehenden elastischen Gegenlager (5) angeordnet ist, welches gleichzeitig als Tragfläche für die zu verschweißenden Kunststoffschichten gestaltet ist.
2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlstempel (3) aus einem senkrechten, mit achsparallelen Bohrungen (18) als Leitungen für ein Kühlmedium ausgestatteten hohlen Stempelhals (20) und einem mit diesem durch Verschraubung (21) od. dgl.
verbundenen breiteren mit Hohlraum versehenen Stempelkopf besteht.
3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Wärmeübertragungsblock (2) ein Heizblock (19) angeordnet ist, welcher in einem axialen Zwischenraum Führungsschienen oder eine Führungsbuchse (17) für den Stempelhals (20) des Kühlstempels (3) aufweist.
4. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hohlen Stempelhals (20) verschiebbar eine Niederhaltestange (23) angeordnet ist, welche mit einem Ende den Kühlstempel (3) durchdringt und einen scheiben- oder gitterförmigen Niederhalter (4) trägt und am anderen Ende eine Nockenwelle oder Exzenterscheibe (11) aufweist, durch welche die Stange intermittierend innerhalb des Kühlstempelhalses (20) verschoben werden kann.
5. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Gegenlager (5) auf oder in der Oberkante eines Rahmens (7) angeordnet ist, der eine solche Höhe aufweist und im übrigen so gestaltet ist, daß auf seinen Oberkanten eine mit einer Kunststoff-Folie zu verschließende Kunststoffdose mit den Unterseiten ihres Randflansches auf die Oberseite des elastischen Gegenlagers aufgelegt werden kann.
6. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Rahmen (7) vorgesehen sind, die endlos umlaufen und jeweils für den Zeitraum einer Schweißoperation anhaltbar sind.
7. Schweißvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (7) in jeweils einen Tragrahmen (8) eingespannt sind und daß diese Tragrahmen in gleichmäßigen Abständen zwischen zwei endlosen Ketten (24) aufgehängt sind, welche um je zwei antreibbare Zahnradpaare umlaufen.
8. Schweißvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in Schweißstellung der untere Teil des Rahmens (7) gegen eine elastisch ausgebildete Gegenplatte (9,10) abstützt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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