DE1479770B2

DE1479770B2 - Vorrichtung zum waermeimpulsschweissen von uebereinander liegenden folien aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE1479770B2
Application number: DE1965T0027912
Authority: DE
Inventors: Henry David; Kopito Louis; Brookline; Altman Gerald Newton Centre; Mass. Swartz (V.StA.)
Original assignee: Summerhayes Holdings Ltd., Brantford, Ontario (Kanada)
Priority date: 1961-06-16
Filing date: 1965-02-02
Publication date: 1971-10-28
Also published as: GB1086641A; DE1479770A1; FR1431038A; US3198685A; NL6500823A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung einer besonderen Ausführungsform der Erfin-

zum Wärmeimpulsschweißen von übereinander- dung;

liegenden Folien aus thermoplastischem Kunststoff, F i g. 4 zeigt eine automatische Anlage gemäß der

bei der das Heizelement auf einem mit Kautschuk Erfindung;

belegten Schweißstempel aufliegt und gegen einen 5 F i g. 5 zeigt einzelne Stufen bei der Bildung eines elastischen Gegenhalter gedrückt wird, um ein Er- mit der Anlage gemäß F i g. 4 hergestellten Erzeugzeugnis zu schaffen, das aus Teilen der beiden nisses.

thermoplastischen Folien innerhalb des Umrisses Die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Ergebildet ist. findung umfaßt allgemein folgende Stufen:

Ein Beispiel eines solchen Erzeugnisses ist ein io Zusammendrücken von sich überlappenden Folien Behälter in der Form eines Beutels, ein Handschuh, 10, 11 einer gefalteten aus thermoplastischem Mateein Regenhut od. dgl., deren Umriß teilweise durch rial bestehenden Bahn und eines auf diese gelegten Zusammenschweißen von Teilen zweier thermo- drahtähnlichen elektrischen Heizelementes 12 bei plastischer Folien zu einer Naht, und teilweise aus verhältnismäßig niedriger Temperatur zwischen zwei nicht verschweißten Teilen der Folien gebildet wird, 15 elastischen Auflagen 13, 14, die mit starren Unterdie als Mundstück oder Öffnung dienen. Beim Her- lagen nämlich dem Schweißstempel 15 und dem stellen von solchen Nähten haben sich Schwierig- Gegenhalter 16 verbunden sind [Fig. 1 (a)],
keiten ergeben. Insbesondere haben sich Schwierig- Leiten eines Stromstoßes durch das Heizelement keiten ergeben bei Verwendung von Bahnen aus 12, wodurch die aneinanderliegenden sich in Aus-Polyolefinen, beispielsweise aus Polyäthylen oder 20 richtung mit dem Heizelement 12 befindenden Teile Polypropylen, die zufolge ihrer besonderen poly- der thermoplastischen Bahn zusammengeschweißt meren Struktur allgemein schwierig miteinander zu werden [F i g. 1 (b)] und
verschweißen sind. Voneinanderweg-Bewegen der elastischen Auf-

Die Schwierigkeiten bestehen vor allem dann, lagen 13 und 14 und damit des Heizelementes 12 von

wenn ein gleichmäßiges Aussehen und eine gleich- 25 den verschweißten Folien 10, 11 [Fig. l(c)].

mäßige Festigkeit von solchen Nähten verlangt Wenn der Druck angelegt wird," werden die ela-

werden. stischen Auflagen 13, 14 und die gegenüberliegenden

Es wurde nun gefunden, daß Folien aus thermo- Teile der thermoplastischen Folien 10, 11 gemäß

plastischem Material aufeinander und mit Bezug auf der Darstellung in F i g. 1 (b) verformt, und bei Auf-

die Auflageflächen, mit denen sie während des 30 hebung des Drucks [Fig. 1 (c)] hat die elastische

Schweißvorganges in Berührung kommen, einen sehr Auflage 13 das Bestreben, von den gegenüberliegen-

kleinen Reibungskoeffizienten haben, so daß die den Teilen der thermoplastischen Folien 10, 11 weg-

Gefahr des Verrutschens der verschiedenen Mate- zuspringen, wogegen die elastische Auflage 14 das

rialien groß ist. Bestreben hat, an den gegenüberliegenden Teilen

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- 35 der thermoplastischen Folien 10,11 anzuhaften,

steht also darin, ein solches Rutschen zu verhindern, Das Heizelement 12 kann z. B. aus irgendeinem

weil es sonst außerordentlich schwierig ist, den Vor- metallischen oder metallartigen Material hohen

schub der beiden miteinander zu verschweißenden Widerstandes bestehen, beispielsweise aus einer

Folien exakt zu steuern. Das aber ist unerläßlich, um binären Nickelchromlegierung, welche folgende Zu-

ein gleichmäßiges Aussehen und eine gleichmäßige 40 sammensetzung mit Bezug auf das Gesamtgewicht

Festigkeit der Nähte zu erzielen. hat: 80% Nickel, 19,5% Chrom, maximal 2,5%

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Mangan, 1% Silicium und 0,25% Kohlenstoff. Die

Gegenhalter eine Arbeitsfläche aus Kautschuk auf- mit dem Schweißstempel 15 verbundene elastische

weist, dessen Erweichungspunkt niedriger liegt als Auflage 13, an welcher das Heizelement 12 anliegt,

der Erweichungspunkt des Kautschuks auf dem 45 besteht aus Kautschuk oder vorzugsweise aus einem

Schweißstempel. Siliconelastomer, das allgemein abwechselnde Atome

Das hat den Vorteil, daß infolge des Schweiß- aus Silicium und Sauerstoff aufweist mit Substivorganges die verschweißten Bereiche der thermo- tuenten an den Siliciumatomen, um den elastomeren plastischen Folien zeitweilig an der Arbeitsfläche des Charakter hervorzurufen. Siliconelastomere sind Gegenhalters anhaften. Dieser Vorteil wirkt sich 50 speziell Zusammensetzungen, die lineares Siliconbesonders bei Maschinenschweißung aus, bei der polymerisat mit hohem Molekulargewicht, fein vernach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die teiltes Siliciumdioxyd als Füllstoff und ein Peroxyd-Arbeitsfläche von einem intermittierend über den Härtemittel enthalten. Die elastische Auflage 14, d. h. Gegenhalter bewegten, endlosen Förderband gebildet die Arbeitsfläche des Gegenhalters 16, an welcher die ist. 55 thermoplastischen Folien 10, 11 anliegen, besteht

Ferner kann zwecks zusätzlicher Unterstützung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung allder angestrebten Wirkung die Arbeitsfläche aus ver- gemein aus einem natürlichen Kautschuk, beispielshältnismäßig klebrigem Material und die Unterlage weise einem cis-l,4-Polyisopropylen oder einem des Heizelementes aus einem Siliconkautschuk ge- synthetischen Kautschuk, beispielsweise Butadienbildet sein. 60 styrol, Neopren, Butylkautschuk, Nitrilkautschuk,

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Polysulfidkautschuk, chlorsulfoniertes Polyäthylen,

nachfolgenden Beschreibung hervor, in welcher Aus- Polyurethan, 4-Polybutadien und Adduktkautschuk.

führungsformen der Erfindung an Hand der Zeich- Gegebenenfalls können bei verschiedenen Anwen-

nung beispielshalber erläutert sind. düngen die elastischen Auflagen 13, 14 umgekehrt

F i g. 1 zeigt das Prinzip der Erfindung; 65 angeordnet bzw. verwendet werden.

F i g. 2 zeigt einen Teil einer Vorrichtung gemäß Das Heizelement 12 wird im allgemeinen von ander Erfindung; fänglicher Raumtemperatur auf eine Schweißtem-

Fig. 3 zeigt einen Teil einer Vorrichtung gemäß peratur in dem Bereich von 200 bis 1500⁰C und

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vorzugsweise auf etwa 1000° C erhitzt, und zwar Schweißstation 60 durchläuft. Die Anlage weist ein

während eines Zeitraumes von 0,1 bis 6 Sekunden, Gestell 62 auf, an welchem die Arbeitsteile ange-

vorzugsweise 1 Sekunde. ordnet sind.

Der Druck zwischen der Kautschuk-Auflage 13 Die gefaltete Bahn 50 wird in die Schweißstation und der Arbeitsfläche 14 des Gegenhalters 16 kann 5 60 auf einem Förderriemen bzw. einem Förderband innerhalb weiter Grenzen geändert werden. Ein be- 63 geführt, das aus einem verhältnismäßig harten vorzugter Druck liegt in dem Bereich von 0,357 bis Kautschuk der vorbeschriebenen Art zusammen-3,57 kg je cm und beträgt vorzugsweise etwa 1,79 kg gesetzt ist. Das Förderband 63 bewegt sich nahe je cm Schweißnaht. Allgemein liegt die an einem einem starren Gegenhalter 64. Ein Schweißstempel Härteprüfgerät gemessene Shore-Härte der Silicon- io ist entlang einer senkrechten Achse hin- und herplatten in einem Bereich von 15 bis 100. Vorzugs- bewegbar angeordnet. Er weist einen starren Träger weise liegt die Härte der in größerem Ausmaß ela- 66 und eine elastische Auflage 68 in Form von stischen Auflage beispielsweise der elastischen Auf- Querstreifen auf, die aus verhältnismäßig weichem lage 13, in dem Bereich von 15 bis weniger als 70, Siliconkautschuk zusammengesetzt sind. Quer über und die Shore-Härte der in geringerem Ausmaß 15 die Auflage 68 ist eine Mehrzahl von Drähten 70 derelastischen Auflage beispielsweise der aus natür- jenigen Art, wie sie in F i g. 3 bei 42 wiedergegeben lichem oder synthetischem Kautschuk bestehenden ist, angeordnet. Der Träger 66 ist mit zwei nach oben Arbeitsfläche 14 in dem Bereich von 70 bis 100. stehenden Schäften 72 und 74 verbunden, die sich Zwischen den elastischen Auflagen 13, 14 und den in zweckentsprechenden Führungen 76 und 78 hin-Teilen der thermoplastischen Folien 10, 11 können 20 und herbewegen. In der Mitte des Trägers 66 ist ein zusätzliche elastische Schichten für verschiedene Schaft 80 vorgesehen, der durch gesteuerten Druck Zwecke angeordnet werden. Wenn beispielsweise die in einem Kolbenzylinder Aggregat 82 hin- und herthermoplastischen Folien bedruckt sind, ist es er- bewegt wird. Das Förderband 63 wird von einem wünscht, zwischen dem Heizelement 12 und den Motor 84 über ein zweckentsprechendes Getriebe 86, thermoplastischen Folien 10, 11 eine Entlastungs- 25 einen Riemen 88 und ein Antriebsrad 90 angetrieschicht anzuordnen, die beispielsweise aus Pergament ben. Ein zwangläufiger Vorschub der gefalteten Bahn oder gewachstem Papier besteht. 50 ist durch eine leerlaufende Druckrolle 92 gewährin den F i g. 2 und 3 sind Teile von zwei Vorrich- leistet. Die Arbeitsweise des Förderbandes 63 und tungen zum Ausüben verschiedener Funktionen in der Druckrolle 92 sowie des Antriebs der Vorrats-Übereinstimmung mit der Erfindung wiedergegeben. 30 rolle 56 und der Aufnahmerolle 58 werden nach-Der in F i g. 2 gezeigte Vorrichtungsteil hat die Form stehend im einzelnen beschrieben,
einer starren Unterlage 26, auf welcher eine aus Die gefaltete Bahn 50 verläuft von der Vorrats-Siliconkautschuk bestehende Auflage 28 und ein ge- rolle 56 über eine erste Laufrolle 94, eine zweite bogenes Heizelement 30 angeordnet sind, das an den Laufrolle 96 und eine dritte Laufrolle 98. Die Lauf-Stellen 32, 34 und 36 durch dünne Metallfäden an 35 rollen 94 und 96 sind an gegenüberliegenden Enden der Auflage 28 gehalten ist. Alternativ kann das ge- eines in der Mitte angelenkten Querstücks 100 drehbogene Heizelement 30 durch ein druckempfindliches bar gelagert. Das Querstück 100 ist bei 102 an dem Klebband an der Auflage 28 befestigt werden, bei- Gestell 62 schwenkbar angeordnet. Die Laufrolle 96 spielsweise durch ein Polytetrafluoräthylen- oder ist an dem Gestell 62 an einer Stelle gelagert, die Glasstoffband, das mit einer Unterschicht aus einem 40 von der durch den Schwenkpunkt 102 hindurchwärmehärtenden teilweise polymerisierten synthe- gehenden Senkrechten in einem Abstand liegt. Zwei tischen Kunststoff versehen ist. Der in F i g. 2 wie- Federn 104 und 106 haben das Bestreben, das Querdergegebene Vorrichtungsteil wird in Verbindung stück 100 waagerecht zu halten. Die Anordnung ist mit einem Gegenhalter 16 mit Arbeitsfläche 14 ge- derart, daß beim Vorschub der gefalteten Bahn 50 maß F i g. 1 verwendet. Der in F i g. 3 wiedergege- 45 die an dem Querstück 100 angreifenden Vektorbene Vorrichtungsteil hat die Form einer starren kräfte dieses (gemäß Fig. 4) in Uhrzeigerrichtung Unterlage 38, die an ihrer Vorderseite eine aus SiIi- drehen. Dadurch wird ein Mikroschalter 108 betäconkautschuk bestehende Auflage 40 aufweist. An im tigt, und eine Kupplung 110 schließt einen Motor 112 Abstand voneinander befindlichen Stellen entlang der an, der über ein Getriebe 114 und einen Riemen 116 Auflage 40 sind Drähte 42 angeordnet, die zwischen 50 die Vorratsrolle 56 antreibt. Die Aufnahmerolle 58 Anschlüsse 44 und 46 entlang gegenüberliegender wird durch einen zweckentsprechenden Riemen 118 Flächen der starren Unterlage 38 gespannt sind. Aus- von einer Förderbandrolle 120 angetrieben, wenn gewählte Anschlüsse 44 und 46 können mittels Ver- das Förderband 63 durch den Motor 84 bewegt bindungsdrähten 48 an eine zweckentsprechende wird.

Energiezufuhreinrichtung angeschlossen werden, um 55 Die Steuereinrichtung für die vorgenannten Arverschiedene Arbeitsabstände zwischen den Drähten beitsteile wird durch einen Handschalter 121 in 42 bilden zu können. Betrieb gesetzt, welcher eine Kupplungsbremse 122 In F i g. 4 ist eine automatisch arbeitende Anlage freigibt und eine Kupplungsplatte 124 betätigt, um wiedergegeben, in welcher eine Vorrichtung gemäß den Motor 84 mit dem Getriebe 86 und damit mit der Erfindung angeordnet ist und zum Verschweißen 60 einer Förderbandrolle arbeitsmäßig zu verbinden, einer gefalteten Bahn dient, wie sin F i g. 5 (a) bei 50 Die Förderbandrolle 126 ist über einen Riemen 128 dargestellt ist. Als Ergebnis wird eine Reihe von Be- mit einem Geschwindigkeitswechselgetriebe 130, 132 haltern erzielt, die in F i g. 5 (b) bei 52 dargestellt arbeitsmäßig verbunden, durch welches ein stufenlos sind und an ihren gegenüberliegenden Kanten 54 änderbares Verhältnis zwischen der Drehzahl am verschweißt und durch zweckentsprechende Einrich- 65 Eingang 130 und am Ausgang 132 erhalten wird, tungen voneinander getrennt sind bzw. werden. Die Diese Ausführung weist beispielsweise zwei Scheigefaltete Bahn 50 wird von einer Vorratsrolle 56 zu ben 134 und 136 auf, die an verschiedenen Stellen in einer Aufnahmerolle 58 geführt, wobei sie durch eine Reibungseingriff miteinander treten, und zwar in

Abhängigkeit von ihrer einstellbaren, relativen Anordnung zueinander. Der Ausgang 132 steuert die Drehung einer Welle 138, die drei Nocken 140, 142 und 144 trägt. Der Nocken 144 wird anfänglich wirksam, um einen gewöhnlich geschlossenen Schalter 146 zu öffnen, wodurch Arbeitsmittel von einer Druckkammer 148 über ein Ventil 150 in einen Zylinder 152 geleitet wird, um die Rolle 92 zwecks zwangläufigen Eingriffs mit der Bahn 50 gegen die Rolle 126 zu drücken. Der Nocken 142 betätigt einen ge- ίο wohnlich offenen Schalter 154, um Energie von einer Quelle 156 an eine Zeitgebereinrichtung 158 und dann an den Zylinder 82 und die Drähte 70 anzulegen. Der Nocken 140 öffnet einen gewöhnlich geschlossenen Schalter 160 und schließt einen gewöhnlieh offenen Schaler 162, um die Kupplungsdruckplatte 124 freizugeben und die Kupplungsbremsplatte 122 zu betätigen. Zu diesem Zeitpunkt schließt der Nocken 144 wiederum den Schalter 146, um die Druckrolle 92 freizugeben, um beispielsweise von Hand eine Änderung der Stellung von Teilen der Bahn 50 zu ermöglichen.

Im Betrieb ist die Arbeitsweise vollständig automatisch, nachdem die Bahn 50 von der Vorratsrolle 56 um die Laufrollen 94, 96 und 98, zwischen den Rollen 92 und 126, in Berührung mit dem Förderband 63 und zu der Aufnahmerolle 58 geführt worden ist. Eine Betätigung des Schalters 121 bewirkt den Beginn des Kreislaufs derart, daß das Förderband 63 und die Druckrolle 92 eine vorbestimmte Länge der Bahn 50 in die Schweißstation 60 vorbewegen. Die in die Schweißstation 60 vorbewegte Materialmenge wird durch die relativen Stellungen der Scheiben 134 und 136 des Geschwindigkeitswechselgetriebes bestimmt. Danach werden die Träger 66 und die Platte 64 mittels des Zylinders 82 gegeneinandergedrückt, und von der Energiequelle 156 wird ein elektrischer Stromstoß durch die Drähte 70 geschickt, wobei die Form des Stromstoßes durch die Zeitgebereinrichtung 158 bestimmt wird. Nach den Arbeiten der Zeitgebervorrichtung 158 betätigt der Nocken 140 die Bremse 122 und bewirkt einen Antrieb der Rolle 126 von dem Motor 84 über das Getriebe 86.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Zwei aus Polyäthylen bestehende Folien, deren jede 0,0254 mm dick war, wurden entlang einer teilweise geraden und teilweise gebogenen Linie in Übereinstimmung mit der an Hand F i g. 1 erläuterten Arbeitsweise in der Anlage gemäß F i g. 4 zusammengeschweißt. Das Heizelement 12 bestand aus einer binären Nickelchromlegierung der vorstehend angegebenen Zusammensetzung, hatte eine Dicke bzw. einen Durchmesser von 0,762 mm und einen Widerstand von 0,0428 Ohm je cm. Die elastische Auflage 13 war aus Siliconkautschuk gebildet mit einem Härtegrad von 30, und die elastische Auflage 14 war aus Neopren mit einem. Härtegrad von 70 gebildet. Der angelegte Druck betrug bei 1,79 kg je cm. Nach Anlegen dieses Druckes wurde der das Heizelement 12 auf eine Temperatur von 538⁰C erhitzt, und zwar für einen Zeitraum von ¹A Sekunde, wonach während 3 Sekunden eine Abkühlung zugelassen wurde. Es wurde eine teilweise gerade und teilweise gebogene scharf abgesetzte Naht ausgezeichneter Gleichförmigkeit und Festigkeit erhalten.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt mit folgenden Abweichungen: Die Auflage 13 bestand aus Polyurethan mit einem Härtegrad von 70, das Heizelement 12 hatte einen Durchmesser von 1,03 mm, zwischen dem Heizelement 12 und den übereinanderliegenden Folien 10, 11 war eine biegsame wärmebeständige Schicht aus Polytetrafluoräthylen mit einer Dicke von 0,0889 mm angeordnet; die Auflage bestand aus Polyurethan mit einem Härtegrad von 20, und zwischen den übereinanderliegenden Folien 10, 11 und der Auflage 14 war eine biegsame wärmebeständige Schicht aus mit Polytetrafluoräthylen imprägniertem Faserglas angeordnet. Es wurde eine ebene, ausreichend breite Naht erhalten.

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß ein Wachspapier (mit Paraffin imprägnierte, verfilzte Cellulosefasern) als Entlastungsschicht zwischen den Folien 10, 11 und dem Heizelement 12 zusammen mit der Auflage 14 angeordnet wurde.

Beispiel4

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß zwischen den Folien 10, 11 und der Auflage 14 ein Wachspapier als Entlastungsschicht angeordnet wurde.-

Es ist gefunden worden, daß unter Verwendung der vorbeschriebenen Vorrichtung Kunststoffschweißungen mit ausgezeichnetem Aussehen und ausgezeichneter Festigkeit gebildet werden können.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Wärmeimpulsschweißen von übereinanderliegenden Folien aus thermoplastischem Kunststoff, bei der das Heizelement auf einem mit Kautschuk belegten Schweißstempel aufliegt und gegen einen elastischen Gegenhalter gedruckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter eine Arbeitsfläche (14) aus Kautschuk aufweist, dessen Erweichungspunkt niedriger liegt als der Erweichungspunkt des Kautschuks (13) auf dem Schweißstempel.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (14) von einem intermittierend über den Gegenhalter bewegten, endlosen Förderband gebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (14) aus verhältnismäßig klebrigem Material und die Unterlage des Heizelements aus einem Siliconkautschuk gebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk (13) auf dem Schweißstempel einen Erweichungspunkt hat, der über der vorbestimmten Schweißtemperatur liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aus

natürlichem oder synthetischem Kautschuk bestehende Material der Förderbandarbeitsfläche (14 bzw. 63) einen Erweichungspunkt hat, der unter der vorbestimmten Schweißtemperatur liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen