DE1704403A1

DE1704403A1 - Verfahren und Vorrichtung fuer die Waermeimpulsschweissung von Kunststoffen

Info

Publication number: DE1704403A1
Application number: DE19671704403
Authority: DE
Inventors: Guenther Krauth; Horst Wilisch
Original assignee: A W WILISCH KG
Current assignee: A W WILISCH KG
Priority date: 1967-09-29
Filing date: 1967-09-29
Publication date: 1971-05-06

Description

"Verfahren und Vorrichtung für die Wärmeimpulsschwei#ung von Kunststoffen" Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung fijr die Wärmeimpulsschwei#ung von Kunststoffen, insbesondere von Kunststoff-Folien vorzugsweise mit Hilfe einer Schwei#maschine, welche im wesentlichen aus schienenförmigen Schwei#elektroden besteht.
Die Erfindung macht sich zur Aufgabe, beim Wärmeimpulsschwei#en das Allfheizen der Schweischiene während des Betriebes der Maschine zu kompensieren. In einer bevorzugten Ausführungsform soll au#erdem eine sich an den Wärmeimpuls anschlie#ende konstante Abkühlzeit @ewäh@leistet werden.
Es ist bekannt, da# Kunststoff-Folien im Trennschwei#verfahren sowohl mit dauerbeheizten Schweißelektroden als auh mit impulsbeheizten Schwei#elektroden verschwei#t werden. Beim Impulsschwei#-verfahren ergibt sich folgendes an sich bekanntes Problems Nach Inbetriebsetzung der Maschine muß die Elektrode von der Raumtemperatur auf die Schwei#temperatur erhitzt werden. Die hierzu @rforderliche Wä@memenge ist natürlich sine größere als bei den nachfolgenden Schwei#vorgänger, bei welchen eine mehr cder weniger uroPe Resttemreratur in der Elektrode enthalten ist.
An diese Erhitzung anschließend mu# in vielen Fällen eine Abkühlzeit folien, welche, meist bei geschlossenem Schwei#baken, das Erstarren der Schweißnaht gewährleistet.
Zur Lösung dieses Problems hat man bereits vorgeschlagen, die LänUendehnung der Schweißelektrode über geeignete mechanische Vorrichtunen zum Dosieren des Schwei#impulses auszunutzen und die Impulsdauer mit einem, durch mechanische Übertragungsmittel angesteuerte Schalter zu beggenzen. Weiterhin ist es bekannt, die sich in vielen Fällen am Wärmeimpuls anschlie#ende Abkühlzeit von einem Zeitglied abhängig zu machen, welches mit Beginn des Schwei#impulses gestartet wird.
Neben den allgemeinen bekannten Nachteilen einer mechanischen Übersetzung für den hier vorliegenden Zweck hat dieses bekannte Verfahren au#erdem noch den Mangel daß die Längendehnung je nach der zu verarbeitender Folienbreite oder nach den physikalischen und chemischen Eigenschaften des zu verarbeitenden Kunststoffs und der dadurch bedingten unterschielichen Wärmeabeabe stets eine andere ist. Es kann daher nur eine sehr grobe und ungenaue Impulsdauerbeeinflussung stattfirden. Au#erdem müssen die Fehlermöglichkeiten der mechanischen Ubertra @ungsglieder mit in Betracht gezogen werden.
Abgesehen von den geschilderten Ungenauigkeiten dieser Me#werterfassung ist die bekannte Schaltungsanordnung mit dem Fehler einer unkonstanten, das heißt größeren oder kleineren Abkühlzeit verbunden.
Gleichzeitig wurde bei bekannten Maschinen beim Schließen des Schalters ein Zeitglied gestartet, welches in jedem Fall einen größeren Zeit bereich aufweist als der in der Länge regelbare Stromstoß, Die Differenz aus der Zeit des Zeitgliedes und der Zeit für den Schwei#stromsto# worde als Abkühlzeit ausgenützt. Eine optimale Maschinenausnützung läßt sich hierdurch nicht erreichens denn das an sich bekannte Zeitglied für die Abkiihlzeit ist Ja so einzustellen, daß auch bei maximaler Impulslänge eine ausreichende Abkühlzeit vorhanden ist. Wird nun die Impulslänge von den Regelgliedern begrenzt, so ergibt dies eine verlangerte Abkühlzeit, welche vom Ver@ahren her nicht benötigt wird, jedoch die Maschinenleistung stark einengt Aus den dargelegtenn Gründen it das beschriebene bekannte Verfahren nur bedingt brauchbar.
Der Erfindung liegt demnach im engeren Sinne die Aufgabe zugrunde, auf wirtschaftlicher Basis eine präzise, dem Temperaturverhalten der Schwei#schiene sowie der Maschine angepasste Regelung zu gewährten.
Ja einer Ausführungsform der Erfindung sollen außer-dem in jedem Fall eine konstante Abkühlzeit und somit kürzere Maschinenseiten eine reelt werden.
Die nachfolgend beschriebene Erfindung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, da# eine fast trägheitslose Temperaturregelung erreicht wird0 Mechanische Mittel zur Steuerung der Schweißzeiten werden nicht mehr benötigt. Bei einmaliger Impulsigebereinstellung kann sowohl kontinuierlich als auch nichtkontinuierlich mit der nachgeschalteten Verpackungsmaschine gearbeitet werden, ohne daß eine Impulsgeberkorrektur vorgenommen werden mu#. Eine unterschiedliche Schwei#elektrodenlänge ist ohne Einfluss auf die Regelgenauigkeit des Tmpulsgebers. Desgleichen ist auch der Eigenwiderstand der Schwei#elektrode ohne Einfluß auf die Regelstrecke. Ein weiterer Vorteil liest darin, daß die Regelung sowohl für Impulageber in Schwachstrombauwe @se als such in Starkst@mbauweise verwendet werden kann.
Die Lösung der eingangs beschriebenen Aufgabenstellungen zusammen mit den genannten Vorteilen werden durch ein Verfahren erzielt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Steuerung in Abhängigkeit vom Temperaturverhalten der Schwei#maschine ein regelbarer Luftstrom benutzt wird, der dem Tetperaturverhalten der Schwei#maschine angepasst wird und ein temperaturabhängiges Vergleichsglied beeinflusst.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens wird nicht - wie bekannt - die Abk'jhleit mit dem Beginn des Wärmeimoulses gesteuert, sondern der Beginn der Abkühlzeit der Schweißnaht bei vorzugsweise geschlossenen Schweißbalken wird durch das Snde des Schwei#impulses gesteuert.
Die Abkühlzeit wird also praktisch sekundär von der automatischen Temperaturregelung mit beeinflusst.
Alp Vorrichtung zur Durchführung deses Verfahrens wird weiterhin eine nahezu trägheitslose Vergleichsmess-Schaltung vorgeschlagen, die in Reihe zur Schweißelektrode bezichungsweise zum Schwei#draht liegt und mittels eines regelberen Gebläses einen, dem Temperaturverhalten der Schweißmaschine angepassten Luftstrom erzeugt, der -wie dargele@t @ ein Vergleichsglied beeinflusst.
Im genannten Vergl@ichsglied werden temperaturabhängige Halbleiter mit vorber bestimmter Kennlinie im Rhythmus der Maschinenleistung aufgeheizt. Sie beeinflussen in Verhindung mit einem einmalig einzustellenden Regelwiderstand die Zeitstufe des vorgeschalteten Impuls@ebers. Hierdurch wird eine stufenlose Anpassung der Schwei#-imp@lslänge an das Temperaturverhalten der Schwei#maschine erzielt.
Eine geeignete Schaltung ist in schematischer Darstellung in beiliegender Figur als Ausführungsbeispiel wiedergegeben und nachfolgend beschrieben.
Beim Impulsschwei#verfahren wird in din meisten Fällen die Schwei#-elektrode 1 beziehungsweise 11, wel@he unterschiedliche Konturen und Formen haben kann, mit einem teflonbeschichteten Giasseideband 21 abgedeckt. Das Glasseideband soll einmal verhindern, daß sich während des Schwei#vorganges Folienrückstände an der Elektrode absetzen und zum anderen ein Verbrennen der Folie während des Schweißens unterbinden.
Die zu ver@chwei#enden Folien 23 werden von einer geeigneten Vorrichtung 2 gegen die Schweißelektrode 1 ;?epresst. Nach Erreichen des Anpressdruckes wird die Elektrode 1 elektrisch, und zwar nech Schließen des Schalters 26 durch einen dosiertent in der Länge regelbaren Stromstoß erhitzt.
Hierbei ergeben sich die oben ausführlich geschilderten Probleme: Beim Zusammenpressen der beiden Folien 23 läuft der Nocken 3 von Nockenschalter 4 ab, wodurch dieser betätigt wird. Über den sich schlie#enden Kontakt 5 wird der Schweißimpuls ausgelöst. Gleichzeitig wird die Relaisspule 7 an Spannung Gelegt und deren Kontakt 8 ebenfalls geschlossen.
Außerdem wird die Primärwicklung des Transformators 9 erregt und somit in der Sekundärwicklung eine Spannung induziert, welche durch den Heizdraht 10 der Meßstrecke sowie durch die Schweißelektrode 11 Strom fließen läßt.
Der Ruhekontakt 12 des Nockenschaltsrs 4 unterbricht len Primärstromkreis des Zeitstufentransformators 13. Hierdurch beginnt die Zeitstufe zu arbeiten. Es findet nun eine Entladung des Elektrolyt Kondensators 14 über dessen Schutzwiderstand 15 statt, Als Verbraucher sind der Vorwiderstand 16 und der einstellbare Widerstand 17, die Spule des Relais 18 sowie der temperaturabhängige Halbleiter 19 mit d in Reihe geschalteten regelbaren Widerstand 20 angeschlossen, Beim Absinken der Kondensatorspannung unter einen vorbestimmten Wert entfällt die Erregung, der Kontakt 24 des Relais 18 öffnet, wobei der Kondensator 25 die Funkenlöschung übernimmt. Der Kontakt 27 des Belais 1 F) 18 schlie#t und startet ein nachgeschaltetes Zeitglied 28, welches die Abkühlzeit bestimmt. Durch das Öffnen des Kontakts 24 des Relais 18 entfällt die Erregung des Transformators 9, somit wird der Schwei#drabt 11 nicht mehr erbitzt. Nach Ablauf der Abkühlzeit öffnet sich das Schwei#schienenpaar, das bei#t die Andruckschiene 2 fährt in Ruhelage zurück, der Nockenschalter 4 wird betätigt und die maschiae befindet sich wieder in Ausgangsstellung.
Bein ersten Einschalten der Maschine ist der Widerstand des temperaturabhängigen Halbleiters so dro#, da# nur ein sehr gerin@er Strom in diesen Regelkreis flie#en kann und die egentliche Entladung des Kondensators 14 hauptsächlich von dem Regelwiderstand 17 bestimmt wird. Derselbe ist so einzustellen, daß eine einwandfreie Schweißung stattfindet. Sobald eine Erwärmung in der Meßstrecke, das heißt am Halbleiter 19 auftritt, verringert derselbe seinen Eigenwiderstand und lä#t einen, von der Temperatur abhängigen mehr oder minder gro#en Strom über den Regelwiderstand 20 und den Kontakt 8 des Relais 7 flie#en. Hierdurch wird dieser Regelkreis bestimmend für die Kondensatorentladung und somit für die eingestellte Impulszeit.
Durch Veränderung des Regelwiderstandes 20 wird die Mindest-impulsdauer den zu verschwei#enden Folien angepasst. Für die Anpassung sind die chemdsche Zusammersetzung, gewisse physikalische Eigenschaften, Grö#e und Stärke der Folien ma#gebend. Unabhäntig von den Maschinen-beziehungsweise Schwei#schienentemperaturen lassen sich bei kontinuierlicher oder nichtkontinaierlicher Arbeitsweise jederzeit brauchbare und technisch einwandfreie Wärmeimpulsschwei#ungen erzielen.

Claims

Patentansp@äch 1. Verfahren für die Wärmeimpulsschwei#ung von Kuststoff, insbesondere von Kunststoff-Folien, vorzugsweise mit Hilfe einer Schwei#maschine, welche eine im wesentlichen schienenföriige Schweißelektrode aufweist, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Steuerung des Impulses und/oder der anschließenden Abkühlzeit in Abhängigkeit vom Temperaturverhalten der Schweißmaschine ein regelbarer Luftstrom benutzt wird, der dem Temperaturverhalten der Schwei#-maschine angepasst wird und ein temperaturabhängiges Vergleichsglied beeinflusst.
2. Verfahren nach ANSpruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , do der Beginn der Abkühlzeit der Schweißnaht bei vorzugsweise geschlossenen Schweißbalken durch das Ende des Schweißiinrulses gesteuert wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine nahezu träghoitslose Vergleichsme#schaltung, die in Reihe zur Schwei#elektrode bezie. hungsweise zum Schweißdraht 11 liegt und mittels eines regolbaren Gebläses 6 einen dem Temperaturverhalten der Schwei#-mæchine angepassten. Euftstrom erzeugt, der ein Vergleichs@lied beeinflusst.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z c i c h -n e t , daß das Vergleichsglied der Me#schaltung aus einer temperaturabhängigen Me#strecke 10 besteht, die im Rhythmus der Schwei#maschinenleistung aufgeheizt wird und ihrerseats die Zeitstufe des vorgeschalteten Impulsgebers und/oder das Zeitglied der zeitlich dem Schwei#wärmeimpuls folgenden Abkühlzeit beeinflussto
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch g e -k e n n z e i c h e t R daß die Meßstrecke 10 aus einem oder mehreren temperaturabhängigen Halbleitern mit vorher bestimmter Kennlinie besteht.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Beeinflussung der Zeitstufe und/oder des Seitlieds durch Hultleiten in Verbindung mit einem einstellbaren Regelwiderstand erfolgt.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-5, dadurch g e k e n n -z e i e h n e t , daß die Zeitstufe einen Zeitstufentransfocmator 13 umfasst, dessen Primärstromkreis durch einen Ruhekontakt 12 eines Schalters 4, der beispi. el. sweise einen mit der Andruckschiene 2 verbundenen Nocken 3 aufweist, unterbrechbar ist, wodurch die Zeitstufe zu arbeiten beginnt und die Entladung eines Elektrolytkondensators 14 vorzugsweise über einen Schutzwiderstanl 15 stattfindet. a.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-7, g e k e n n z e i c h -n e t durch ein Relais 18, das durch die Zeitstufe beeinflusst wird und am Ende der Zeit des Schwei#stromsto#es den Kontakt 24 des Schwei#atroms offnet und den Kontakt, 27 des nachgeschalteten Zeitgliedes 28 für die Abkühlzeit schlie#t.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-6> dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die separate Einstellmöglichkeit Für den maximalen Schwei#impuls wie auch für den minimalen Schwei#impuls vorgesehen ist.
10.Vorrichtung nach den Ansprüchen 2-7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Regelung für den Impulsgeber sowohl in Schwachstrombauweise als auch in Starkstrombauweise ausführbar ist.