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Verfahren zum Verkleben von beidseitig mit einer thermoplastischen
Oberflächenschicht versehenen Faltschachtelteilen bzw.
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Zuschnitteilen Die Erfindung betriift ein Verfahren zum Verkleben
von beidseitig mit einer thermoplastischen Oberflächenschicht versehenen Faltschachtelteilen,
bei welchem die einander zugewandten, aber noch durch einen Spalt getrennten Flächenteile
durch einen in den Spalt gerichteten, die thermoplastische Schicht in einen klebrigen
Zustand bringenden Heißluftstrom bewegt werden, worauf die erwärmten Teile zusammengepreßt
werden. Die Erfindung bezieht sich auf das Verkleben von Wandungsteilen aus Pappe,
die eine thermoplastische Beschichtung aufweisen, mittels Wärme und mittels eines
gewissen Druckes. Eine Hauptanwendung des Wärmeklebeverfahrens ist das Verschließen
und Verkleben von gefüllten Pappschachteln, beispielsweise durch ein Verkleben von
Deckelklappen an den entsprechenden Seitenwandungen der Schachtel. Die Erfindung
ist ebenfalls auf das Verkleben von Schachteleckenteilen beim Aufrichten eines flachen
Zuschnittes zu einer Schachtelform geeignet.
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Für die Verpackung von gefrorenen Lebensmitteln werden Pappschachteln
bevorzugt, die auf beiden Seiten mit einer thermoplastischen Beschichtung versehen
sind. Diese Beschichtung kann aus einer Wachszusammensetzung bestehen, die einen
hohen Schmelzpunkt hat. Derartige Zusammensetzungen sind im Handel erhältlich und
werden von allen größeren Erdölßrmen verkauft und haben die Eigenschaft, daß sie
der Pappe einen hohen Widerstand gegen Feuchtigkeit und Dämpfe erteilen und daß
sie die Pappe flüssigkeitsdicht machen. Diese Wachse werden derart aufgetragen,
daß sich eine glänzende und polierte Fläche ergibt, welche das Aussehen der mehrfarbigen
Aufdrucke der Schachtel verbessert.
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Beschichtungen auf einer Kunstharzbasis, wie beispielsweise Polyäthylenbeschichtungen,
ergeben ähnliche Eigenschaften und sind für die gleichen Zwecke geeignet.
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Diese thermoplastischen Schichten sind sehr dünn und können trotz
der geringen Dickenabmessungen eine faserzerreißende Verklebung erzeugen, wenn sie
in geeigneter Weise gehandhabt werden. Um eine Verbindung oder Verklebung zu erzielen,
muß die Schachtelbeschichtung durch Anwendung von Wärme in einen klebrigen Zustand
gebracht werden. Dabei ergeben sich zahlreiche Probleme, wie beispielsweise die
folgenden.
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Die Zuführung von Wärme zu der Seite des Schachtelteils, die verklebt
werden soll, löst üblicherweise auch die Beschichtung auf der gegenüberliegenden
Seite. Dies beschädigt die Obernäche, und zwar dadurch, daß der Glanz der Beschichtung
zerstört
wird, und es wird ein fleckenhaftes und ungleiches Aussehen hervorgerufen.
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Wenn der Klebedruck auf diese gegenüberliegende Seite aufgebracht
wird, nehmen die Druckelemente der Schachtelschließmaschine geschmolzenes Beschichtungsmaterial
in zunehmenden Mengen auf.
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Dies führt zu einem Verschmieren der Schachteln, und es ist erforderlich,
periodisch die Schließmaschine abzustellen, um die Druckeinrichtungen zu säubern.
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Wenn Wärme während einer zu langen Zeitdauer zugeführt wird, wird
die Beschichtung von der Pappe absorbiert. Dies ist ein Problem, welches insbesondere
dann auftritt, wenn die Beschichtung durch Wärmestrahlung erweicht wird.
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Durch die Erfindung werden die im vorstehenden aufgeführten Probleme
ausgeschaltet, und es wird ein Klebeverfahren geschaffen, welches außerordentlich
hohe Produktionsraten ermöglicht.
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Zur Erweichung der thermoplastischen Beschichtung wird Heißluft verwendet.
Die Verwendung von Heißluft zum Erweichen von thermoplastischen
Schachtelbeschichtungen
ist grundsätzlich bekannt, jedoch weicht das erfindungsgemäße Verfahren von den
bekannten Verfahren in einer Anzahl von wesentlichen Punkten ab.
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Die Heißluft wird gegen die Schachtel mit einer Temperatur gerichtet,
die über der Temperatur liegt, bei der die Pappe versengt, und die Heißluft wird
lediglich während einer außerordentlich kurzen Zeitdauer gegen die Pappe gerichtet.
Diese Zeitdauer ist so kurz, daß sich keine wesentlichen Wärmemengen in der Pappe
ansammeln können und daß keine wesentlichen Wärmemengen durch die Pappe hindurchgehen
können. Dadurch werden mehrere Vorteile erzielt.
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Zuerst wird die Beschichtung auf der gegenüberliegenden Seite nicht
geschmolzen und demzufolge nicht durch den Kontakt mit den Andruckeinrichtungen,
wie beispielsweise Schienen oder Rollen, die den Klebedruck aufbringen, beschädigt.
Eine weitere Folge ist, daß sich kein Beschichtungsmaterial an den den Klebedruck
aufbringenden Einrichtungen ansammelt.
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Zweitens wird keine wesentliche Wärmemenge von der Pappe absorbiert,
die dann abgeleitet werden müßte, ehe die Verklebung abbindet.
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Drittens kann die Wärmekapazität der Pappe in vorteilhafter Weise
verwendet werden, um die relativ geringe Wärmemenge abzuführen, die in die Beschichtung
eingebracht wurde. Demzufolge kann die Druckperiode außerordentlich kurz sein. Dies
trägt weiterhin zur hohen Produktionsrate bei, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzielt werden kann.
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Beispielsweise können Schachteln mit einer Rate von 120 bis zu 210
Schachteln pro Minute und mit höheren Raten verklebt werden, während sich die Schachteln
mit Lineargeschwindigkeiten von 45 bis zu 75 cm/sec und mehr bewegen.
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Ein Verfahren zum Verkleben von beidseitig mit einer thermoplastischen
Oberflächenschicht versehenen Faltschachtelteilen bzw. Zuschnitteilen, bei welchen
die einander zugewandten, aber noch durch einen Spalt getrennten Flächenteile durch
einen in den Spalt gerichteten, die thermoplastische Schicht in einen klebrigen
Zustand bringenden Heißluftstrom bewegt werden, worauf die erwärmten Teile zusammengepreßt
werden, wird gemäß der Erfindung dadurch verbessert, daß die Heißlufttemperatur
über der Temperatur liegt, bei der die Pappe versengt, und daß die Vorschubgeschwindigkeit
der Schachtel durch den Heißluftstrom so groß gewählt ist, daß die durch die Pappe
hindurchgehende Wärmemenge zu klein verbleibt, um die auf der anderen Seite liegende
abgewandte Schicht klebrig zu machen.
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Zweckmäßigerweise werden die beheizten, aus dem Heißluftstrom austretenden
Flächenteile innerhalb eines Zeitraums zusammengepreßt, der kleiner ist als der
Zeitraum, in welchem ein jedes Flächenelement dem Heißluftstrom ausgesetzt ist.
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Vorteilhafterweise werden die zu verklebenden Schachtelteile bzw.
Zuschnitteile zunächst in Form eines kopfstehenden V vorgefaltet, und der Heißluftstrom
wird in zwei Teilströme geteilt, die die Flächen etwa normal beaufschlagen.
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Vorzugsweise wird der Zeitraum, in dem ein jedes Flächenelement dem
Heißluftstrom ausgesetzt ist, kleiner als 2/o Sekunden gehalten.
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Infolge der hohen Lufttemperatur und der äußerst kurzen Einwirkungen
der Heißluft auf die Teile ist es
möglich und praktisch, daß die Kühlung der miteinander
verklebten thermoplastischen Schichten lediglich durch Absorption der Wärme durch
die Pappe erfolgt, so daß keinerlei Kühleinrichtungen erforderlich sind.
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Die Erfindung soll an Hand der Figuren der Zeichnungen erläutert
werden. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Förderstrecke, längs
welcher sich Schachteln, die verklebt werden sollen, zum Betrachter hin bewegen,
und zwar in einer Betriebsphase vor der Aufbringung der Wärme auf die Schachteln,
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Förderstrecke in einem späteren Zeitpunkt,
in welchem Wärme der ersten Schachtel zugeleitet wird, F i g. 3 eine perspektivische
Ansicht der Förderstrecke in der Förderrichtung gesehen, wobei die Schachtel in
der Betriebsphase gezeigt ist, in der diese die Wärmezuleiteinrichtung verläßt und
in eine Falt-und Druckvorrichtung eintritt, F i g. 4 eine Ansicht der gleichen Förderstrecke
wie F i g. 3 in einem späteren Zeitpunkt, in welchem die rechte Schachtel in die
Druckeinrichtung eingetreten ist und in welchem sich die linke Schachtel in die
Heizvorrichtung bewegt, F i g. 5 eine perspektivische Ansicht der in den F i g.
1 bis 4 dargestellten Vorrichtung, wobei der Betrachter gegenüber der in F i g.
4 eingenommenen Stellung einen Schritt zurückgetreten ist, wobei bei dieser Darstellung
ein obenliegender Förderer, der zur Freilegung der in den F i g. I bis 4 dargestellten
Vorrichtung aus dem Bild herausgeschwenkt war, in die Stellung zurückgeschwenkt
ist, in der dieser Förderer die Schachteln nach rechts fördert, und F i g. 6 eine
perspektivische Ansicht der Heizeinrichtung der Vorrichtung.
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Der Maschinenabschnitt, der in den Figuren der Zeichnung dargestellt
ist, bildet einen Teil einer längeren Packstraße, in der Schachteln aus flachen
Zuschnitten geformt werden und dann mit einem Produkt gefüllt werden, wonach der
Schachteldeckel nach unten über den Schachtelinhalt gefaltet wird und die Deckelklappen
an den Schachtelkörper angeklebt werden. Alle diese Vorgänge ereignen sich in einer
gradlinigen Straße.
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Die Schachtel weist einen Schachtelkörper auf, der aus einer Bodenwandung,
zwei Endwandungen und einer Vorderwand und einer Hinterwand besteht. Die Wandungen
sind an den Ecken in einer beliebigen Weise miteinander verbunden, beispielsweise
durch Eckenklappen an bestimmten Wandungen, die in Schlitze an anderen Wandungen
eingesetzt werden.
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Der Deckel ist an der hinteren Schachtelwandung angelenkt und weist
eine vordere Klappe und zwei Seitenklappen auf.
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Um die Schachtel zu verschließen, können die Deckelseitenklappen
erst nach unten über die Schachtelseitenwandungen gefaltet und an diesen festgeklebt
werden, wonach die Schachtel um 90° um eine senkrechte Achse gedreht wird, damit
eine ähnliche Faltung und Verklebung der vorderen Deckelklappe durchgeführt werden
kann, die mit der Schachtelvorderwand verklebt wird.
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Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Wärmeverklebungsverfahrens
soll lediglich die Verklebung der Deckelseitenklappen betrachtet werden, und es
sei bemerkt, daß die Vorderklappe in ähnlicher Weise verklebt wird.
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Die Pappe, aus der die Zuschnitte zugeschnitten werden, kann irgendeine
übliche Pappe, beispielsweise Sulphitpappe sein, die durch ein photolithographisches
Verfahren mehrfarbig bedruckt wird und die dann beschichtet wird, um diese gegen
Feuchtigkeit oder Flüssigkeit widerstandsfähig zu machen.
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Es ist üblich, die Dicke der Beschichtung in Gewichtseinheiten der
Beschichtung auszudrücken, die auf eine Flächeneinheit der Pappe aufgebracht ist.
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Eine typische Sulphitpappe, die bei den weiter unten aufgeführten
Versuchen verwendet wurde, hatte eine stark glänzende Wachsbeschichtung aus einem
Wachs mit einem hohen Schmelzpunkt, wobei die Beschichtung 3,4 kg pro 100 m2 betrug,
wobei 2 kg auf die Seite der Pappe aufgetragen wurden, die die Schachtelinnenseite
wird, und 1,4 kg auf die gegenüberliegende Pappenobernäche, welche die Außenseite
bildet.
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Es wurde gefunden, daß die Temperatur, bei der die Pappe versengt,
etwa bei 260° C liegt. Wenn die Pappe einer derartigen Temperatur ausgesetzt wurde,
so wurde die Pappe erst braun und begann dann zu rauchen.
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In der in F i g. 1 dargestellten Betriebsphase treten gefüllte Schachteln
Bs, B2 und Bs unter einem Schachteldeckelschließförderer 11 hervor und bewegen sich
in einer Bahn auf den Betrachter zu, in der die Schachteln zuerst auf den Schienen
12 und dann auf Rollen 13 laufen. Die Schachteln werden seitlich durch geeignete
Führungen geführt, wobei eine dieser Führungen, eine Platte, bei 14 sichtbar ist.
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Die Schachteln bewegen sich in Richtung des Pfeiles D, wobei das
Deckelscharnier 15 vorn liegt.
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Die Deckelseitenklappen 16 und 17 sind über die Schachtelenden umgefaltet
und sind noch nicht angeklebt und stehen etwas seitlich ab und bilden bezüglich
der Schachtelendwandungen, über denen sie liegen, ein umgekehrtes V.
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Die Schachteln werden durch einen obenliegenden Förderer mit einer
gleichförmigen kontinuierlichen Geschwindigkeit vorwärts bewegt. Bei der Darstellung
in den Fig. 1 bis 4 wurde der Förderer herausgeschwenkt, um die Laufbahn und die
Erhitzungs-und Verschließelemente freizulegen. Der obenliegende Förderer ist am
besten in F i g. 5 zu erkennen, und dieser Förderer weist Winkelprofilel8 auf, welche
die Deckel der Schachteln nach unten halten und welche die Schachteln dadurch antreiben,
daß diese Winkelprofile hinter die hintere Schachtelwandung greifen. Das in F i
g. 5 am weitesten links liegende Winkelprofil ist gerade dabei, eine Schachtel zu
erfassen, und das am weitesten rechts liegende Winkelprofil ist leer. In der entsprechenden
Stellung war keine Schachtel vorhanden, als die Aufnahme gemacht wurde, aus der
dann die Zeichnung erstellt wurde.
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Der obenliegende Förderer ist ein endloser Förderer. Die Winkelprofile
bewegen sich in die Schachtelbahn an der linken Seite der F i g. 5 und werden aus
der Schachtelbahn in der Nähe der rechten Seite der F i g. 5 herausgezogen. An dieser
Stelle übernimmt ein Kettenförderer 19 die weitere Förderung der Schachteln.
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Es sei wieder auf F i g. 1 Bezug genommen. Zwei Luftdüsenköpfe 20,21
sind kurz vor der Schachtel Bt zu erkennen. Die Köpfe sind derart ausgebildet, daß
ein horizontaler Querschnitt die Form eines Trag-$achenprofils hat, und die senkrechten
Wandungen
der Köpfe weisen auf beiden Seiten Öffnungen auf, und zwar auf der Seite,
die zur Schachtel hinweist, die bei 22 dargestellten Offiaungen und auf der Seite,
die zur Deckelseitenklappe hinweist, die bei 23 gezeigten Offnungen.
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Heißluft wird den Köpfen 20 und 21 unter Druck zugeführt. Die Austrittstemperatur
der Luft liegt oberhalb der Temperatur, bei der die Pappe versengt.
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Beispielsweise hat ein Thermoelement, welches in eine der Austrittsdüsen
eingesetzt war, eine Temperatur von 465° C registriert.
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Jeder Kopf 20 und 21 wird von einer Distanzrippe verschlossen, die
etwa 1,6 mm über die Oberflächen der Kopfwandungen, in denen die Austrittsdüsen
ausgebildet sind, ragt. Die Distanzrippen 24 sichern einen wichtigen und gleichförmigen
Abstand der Schachtel-und der Deckelseitenklappen von den Luftaustrittsdüsen, und
dadurch werden gleichmäßige Temperaturen aufrechterhalten. Zu diesem Zweck sind
weiterhin zwei Fiihrungsplatten 25, 26 vorgesehen, deren untere Kanten gegen die
Deckelklappen anliegen und diese zu den Distanzrippen an den Köpfen hin drücken.
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Die Zuleitung der Luft zu den Düsenköpfen ist am besten aus Fig.
6 zu erkennen. Es ist eine flexible Luftleitung 27 dargestellt, die von einem nicht
gezeigten Kompressor zur Eintrittsleitung 28 eines im allgemeinen zylindrischen
Wärmeaustauschers 29 führt, der ein elektrisches Widerstandselement aufweist, an
welchem die Luft vorbeiströmt. Kabel 30 und 31 führen vom Widerstandselement zu
einem Transformator 32, der Agriffe aufweist, die es ermöglichen, daß die Wärmeabgabe
des Heizelementes durch eine entsprechende Anderung der dem Element zugeführten
Spannung erhöht oder verringert wird. Der Transformator weist beim dargestellten
Ausführungsbeispiel Abgriffe für Spannungen von 65,67,5,70,72,5 Volt usw. auf.
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In F i g. 6 ist ein servobetätigter Mechanismus dargestellt, mit
dem die Luftdüsenköpfe aus der Schachtelbahn herausbewegt werden können, falls die
Förderer angehalten werden. Es genügt zu sagen, daß der Wärmeaustauscher um einen
horizontalen Schwenkbolzen 33 schwenkbar gelagert ist. Dieser Bolzen 33 ist in F
i g. 6 teilweise verdeckt und ist am besten in Fig. 1 zu sehen. Ein Servoarbeitskolben
34, der mit dem Wärmeaustauscher bei 35'verbunden ist, verschwenkt den Wärmeaustauscher
in Uhrzeigerrichtung, falls die Förderer angehalten werden.
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In einem derartigen Fall werden die Köpfe 20,21 (F i g. 2) nach unten
zurückgezogen.
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F i g. 2 zeigt die Schachtel Bt in der Betriebsphase, in der die
Heißluft gegen die Schachtel geblasen wird. Es sind im wesentlichen zwei Luftströme
vorhanden. Ein Luftstrom wird durch die Düsen 22 erzeugt und wird horizontal gegen
die Schachtel gerichtet und ein zweiter Luftstrom wird durch die Düsen 23 erzeugt
und wird nach oben gerichtet, um auf die nach außen gespreizten Deckelseitenklappen
im wesentlichen unter rechten Winkeln aufzutreffen.
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Fig. 3 zeigt, daß der hintere Teil der Deckelseitenklappen noch erhitzt
wird, während der vordere Teil nach unten in Anlage gegen die Schachtelendwandung
gefaltet wird. Dies wird mittels der Krümmung der unteren Kante der Führungsplatte
25 bewerkstelligt, welche die Klappen in Anlage gegen seitliche Druckschienen 35,
36 führt. Diese sind am besten in F i g. 4 an der Hinterseite der Schachtel B,
zu
erkennen. Obere Rollen 37,38 stellen sicher, daß der Deckel in richtiger Weise nach
unten gefaltet ist, wenn die Schachtel zwischen die Druckschienen mit jeder Deckelklappe
eintritt.
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Es sei bemerkt, daß in den F i g. 1 und 2 die obere Rolle 37 fortgelassen
ist, da diese sonst den Düsenkopf 20 verdeckt hätte.
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Beispiel 1 Förderergeschwindigkeit.. 45 cm/Sek.
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Schachtelabstand...... 22,5 cm Schachteln pro Minute...... 120 Länge
des Düsenkopfes 70 mm Zeit, während der ein Ober-; Rächenteil der Wärme ausgesetzt
war.......... 0,13 Sekunden Zeit zwischen der letzten Erhitzung eines Oberflächenelementes
und der Herstellung des Klebekontaktes.. weniger als 0,1 Sekunden Warmeeingang...........
4500 Watt Luftvolumen............... 47 l/Min.
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Luftaustrittstemperatur (gemessen in einer Düse).. 465° C Temperatur
der ausgetretenen Luft 1,6 mm von der Düse entfernt (diese Temperatur wurde gemessen,
um den Wärmeverlust durch die Expansionskühlung zu bestimmen)................ 355°
C Ergebnis : Es wurde an allen Schachteln eine sehr gute Verklebung erzielt.
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Beispiel 2 Förderergeschwindigkeit.... 60 cm/Sek.
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Schachtelabstand........... 22,5 cm Schachteln pro Minute... 160
Länge des Düsenkopfes... 70 mm Zeit, in der ein Oberflachenteil der Wärme ausgesetzt
war.... 0,1 Sekunde Zeit von der letzten Erhitzung eines Oberflächenelementes bis
zur Herstellung des Klebekontaktes.......... wenigerals 0, 08 Sekunden Wärmeeingang..
4500 Watt Luftvolumen 74 l/Min.
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Luftaustrittstemperatur...... 465° C Ergebnis : Das gleiche wie bei
Beispiel 1.
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Beispiel 3 Förderergeschwindigkeit.. 75 cm/Sek.
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Schachtelabstand. 22,5 cm Schachteln pro Minute... 210 Länge des
Düsenkopfes. 70 mm Zeit, in der ein Oberflächenteil der Wärme ausgesetzt war..............
0,08 Sekunden Zeit zwischen der letzten Erhitzung eines Oberflächenelementes und
der Herstellung des Klebekontaktes.. wenigerals 0, 06 Sekunden Wärmeeingang....
4700 Watt Luftvolumen.......... 74 l/Min.
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Luftaustrittstemperatur.. 480° C Ergebnis : Es wurde bei allen Schachteln
eine sichere, komerziell annehmbare Verklebung erzielt.
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Die vorstehenden Untersuchungen rechtfertigen den Schluß, daß auch
höhere Förderergeschwindigkeit und ein entsprechend höherer Schachtelausstoß erzielt
werden kann, und zwar insbesondere, weil es möglich war, die Luftaustrittstemperatur
über 480° C dadurch zu erhöhen, daß ein höherer Spannungsabgrifl des Transformators
für das Heizelement verwendet wurde. Da jedoch die Schachtelherstellungsanlage nicht
für eine höhere Geschwindigkeit ausgelegt war, wurden die entsprechenden Versuche
nicht durchgeführt.
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Es wurden zusätzliche Untersuchungen durchgeführt, um die Einwirkung
der verzögerten Faltung der erhitzten Schachtelteile in den Klebekontakt festzustellen.
Es wurde gefunden, daß eine Zeitverzögerung, die einer Strecke, die größer ist als
der Abstand der Stelle, an der Wandung gegen Wandung anliegt, vom Ende des Düsenkopfes
äquivalent ist oder eine Zeitverzögerung, die größer ist als die Zeit, in der irgendein
gegebenes Oberflächenelement der Schachtelteile der Wärme ausgesetzt ist, zu schlechteren
Ergebnissen führt, da mehr als 2°/o der erzeugten Verklebungen eine geringere Festigkeit
als die zulässige Festigkeit hatten.