DE1909894B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbindungsnahten an thermoplastischen Folien - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Verbindungsnahten an thermoplastischen Folien

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung zum Herstellen von Verbindungsnähten an thermosplastischen Folien, bei dem die Nahtzone einem vorgewählten Preßdruck ausgesetzt wird und mittels mindestens eines elektrischen Heizelements während einer vorbestimmten Zeitdauer eine begrenzte Wärmezufuhr erhält und nachfolgend bei Aufrechterhaltung des Preßdrucks so weit abgekühlt wird, bis eine ausreichende Verfestigung der Verbindungsnaht stattgefunden hat.
Diese Art der Herstellung von Verbindungsnähten an thermoplastischen Folien ist allgemein unter dem Begriff »Impulsschweißen« und »Impulssiegeln« bekannt.
Wegen der beabsichtigten schnellen Abkühlung der Naht ist bei diesem Impulsschweißverfahren die Temperatur des meist bandförmig ausgebildeten Heizelements beim Anpressen an die Folien zu Beginn des Schweißvorgangs wesentlich niedriger als die Plastifizierungstemperatur dieser Folien. Das hat zur Folge, daß zur Erreichung kurzer Schweißzeiten ein sehr steiler Temperaturanstieg des an die Folien angelegten Heizelements notwendig ist. Dieser steile Temperaturanstieg bewirkt aber den schwerwiegenden Nachteil, daß am Heizelement, wenn auch nur kurzzeitig, eine Temperaturspitze vorhanden ist, die nicht nur den Folienwerkstoff schädigen kann, sondern auch die Lebensdauer der Heizelemente eng beerenzt.
Es ist auch schon eine Impulsschweißvorrichtung
ίο bekannt, bei der das Heizelement auf eine vorwahlbare aber unterhalb der Schweißtemperatur liegende Temperatur vorgeheizt wird zu dem Zweck, daß das Schweißwerkzeug auch bei Betriebsunterbrechungen eine sich beim Dauerbetrieb einstellende Ausgangstemperatur beibehält. Aber auch bei dieser Vorrichtung treten die bereits erwähnten nachteiligen Temperaturspitzen an der Folie und am Heizelement auf. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Impulsschweißverfahren zu schaffen, durch das die Le-
bensdauer des Heizelements verlängert und eine Beschädigung der zu verbindenden Folien verhindert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Heizelement schon vor Beginn des An-
pressens an dir. zu verbindenden Folien auf die vorgesehene Schweißtemperatur erhitzt wird.
Bei diesem neuartigen Impulsschweißverfahren wird erreicht, daß das Heizelement nicht über die jeweils erforderliche Schweißtemperatur erhitzt zu werden braucht und damit eine wesentlich höhere Lebensdauer aufweist.
Da bei dickeren Folien die Wärmekapazität des Heizelements nicht mehr ausreichen würde, um eire einwandfreie Schweißung sicherzustellen, wird gemaß einem weiteren Merkmal der Erfindung bei Beginn des Anpressens des Heizelements an die zu verschweissenden Folien ein zusätzlicher Stromstoß von wählbarer Zeitdauer und Stärke an das Heizelement gegeben, der innerhalb dieser Zeitdauer die Wärme-
ableitung von dem Heizelement kompensiert.
Durch diese Maßnahme erreicht man, daß die erforderliche Schweißtemperatur über eine bestimmte Zeitspanne praktisch in gleicher Höhe aufrechterhalten wird, so daß auch bei dicken Folien eine einwandfreie Schweißung sichergestellt ist, ohne daß sich Zonen der überhitzung bilden können.
Um ein schnelles Aufheizen des Heizelements mit geringer Energie zu erzielen, wird bei einer bevorzugten Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens das bandförmige Heizelement derart an einer Preßbacke angeordnet, daß es zu deren Preßfläche einen vorbestimmten Abstand aufweist, der erst beim Schweißvorgang aufgehoben wird.
Hierdurch wird erreicht, daß während des Vorheizens praktisch keine Wärmeableitung vom Heizelement zur Preßbacke stattfindet und somit auch die Preßbacke sich nicht unnötig erwärmt. Dies wiederum hat den Vorteil, daß der techniche Aufwand für eine besondere Einrichtung zum Kühlen der Preßbacke geringer oder gar nicht notwendig ist.
Ein weiterer überraschender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der wesentlich zur Erhöhung der Lebensdauer des Heizbandes beiträgt, besteht darin, daß das Heizband bereits vor dem Anpressen an die Folien seine gesamte Wärmeausdehnung aufweist. Dadurch kann das Heizband zwischen der Preßbacke und den plastisch werdenden Folien keine Wellen mehr bilden. An solchen Wellen findet
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mitunter ein derart mangelhafter Wärmeübergang zur gekühlten Preßbacke statt, daß das Heizband stellenweise aufglüht,
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand von Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Impulsschweißwerkzug während des Vorheizens,
F i g. 2 das Impulsschweißwerkzeug gemäß F i g. 1 während eines Preß- und Schweißvorgangs,
F i g. 3 einen Querschnitt durch das Impulsschweißwerkzeug gemäß F i g. 1 und
Fig.4 einen Querschnitt durch das Impulsschweißwerkzeug gemäß F i g. 2.
Die erfindungsgemäße Vonichtung besteht im wesentlichen aus einer Preßbacke 1, einem in Form eines Heizbandes 2 ausgebildeten Heizelement, an den Enden der Preßbacke 1 schwenkbar mittels Bolzen 4 gelagerten Hebeln 3, an den Hebeln 3 angeordneten Klemmeinrichtungen 5, die zum Befestigen der Enden 6 des Heizbandes 2 an den Hebeln 3 dienen, sowie einer an sich bekannten Gegenbacke 7
Die Preßbacke 1 und die Gegenbacke 7 sind in an sich bekannter Weise mittels nicht dargestellter Mittel taktweise relativ zueinander bewegbar. Die Gegenbacke 7 ist an ihrer Arbeitsfläche 8 vorzugsweise mit einem nicht dargestellten elastischen Belag, beispielsweise aus Silikongummi, versehen und kann gegebenenfalls in an sich bekannter Weise geheizt oder gekühlt werden.
Die schwenkbar gelagerten Hebel 3 sind so angeordnet, daß an ihren Enden 9 vorgesehene Auflageflächen 10, die vorzugsweise bogenförmig gekrümmt sind, um ein vorgewähltes Maß über die Ebene der Preßfläche 11 der Preßbacke 1 vorstehen. Federn 12 sind vorgesehen, mittels denen die Hebel 3 derart belastet werden, daß deren die Auflageflächen 10 aufweisende Enden 9 voneinander weggespreizt werden.
Das mit seinen Enden 6 in den Klemmeinrichtungen 5 befestigte und über die gekrümmten Auflageflächen 10 gespannte Heizband 2 hat, wenn die Preßbacke 1 und die Gegenbacke 7 einen Abstand zueinander aufweisen, zur Preßfläche 11 der Preßbacke 1 einen vorbestimmten Abstand. Dieser Abstand verschwindet schließlich, wenn die Preßbacke 1 und die Gegenbacke 7 gegeneinandergeführt werden.
Zur Vermeidung elektrischer Kurzschlüsse insbesondere während des Schweißvorgangs ist das Heizband 2 zumindest gegen die Preßfläche 11 der Preßbacke 1 elektrisch isoliert. Das Heizband 2 kann auch von der Gegenbacke 7 oder den zu verschweißenden Folien, die eventuell elektrisch leitfähig sind, durch eine weitere elektrische Isolation getrennt sein.
Diese elektrischen Isolationen, die aus bekannten Gründen eine möglichst hohe Wärmedurchgangszahl aufweisen sollen, bestehen vorteilhafterweise aus relativ dünnen Kunststoffbezügen mit guter Hitzebeständigkeit. Als ein solcher Kunststoff ist Polyimid besonders geeignet und wird deshalb in Form von Folienstreifen verwendet, welche als Bezüge 14, 15 U-förmig über die Preßfläche 11 der Preßbacke 1 gelegt und mit Hilfe von Leisten 13 an dieser befestigt sind. Der Bezug 14 isoliert das Heizband 2 gegen die Preßfläche 11 der Preßbacke 1. Der Bezug IS isoliert das Heizband 2 gegen die gegebenenfalls elektrisch leitfähige Gegenbacke 7 oder die zu schweißenden Folien und dient außerdem dazu, ein Anhaften von Folienwerkstoff an dem Heizband 2 zu verhindern. Insbesondere für den letztgenannten Zweck kann der Bezug 15 eine Polytetrafluoräthylenbeschichtung aufweisen. Die elektrische Isolation des Heizbandes 2 gegenüber der Preßbacke 1 kann auch, wenn diese wie im vorliegenden Beispiel aus Aluminium besteht, durch Eloxieren der Preßfläche 11 hergestellt sein.
lü Die Vorrichtung arbeitet nun in der folgenden Weise: Während die Preßbacke 1 und die Gegenbacke? noch einen genügend großen Abstand voneinander haben, wird das frei gespannte Heizband 2 durch Stromzufuhr auf eine vorwählbare Temperatur
'S aufgeheizt.
Wenn die vorgewählte Temperatur erreicht ist. werden die Backen 1 und 7 gegeneinanderbewegt und pressen dabei das vorerwärmte Heizband 2 gegen nicht dargestellte, miteinander zu verbindende Fo-
lien. Möglichst gleichzeitig zu -.-em Zeitpunkt, an dem das Heizband 2 mit der PreßfläV. he 11 in mittel- oder unmittelbaren Kontakt kommt, wird von neuem dem Heizband 2 Strom zugeführt. Der Effektivwert dies« Stromzufuhr ist von solcher Größe, daß die vorgewählte Temperatur trotz der Wärmeableitung in die zu verschweißenden Folien, die Gegenbäcke 7 und die Preßbacke 1 konstant bleibt oder aber sich nur geringfügig ändert.
Die Dauer der Stromzufuhr wird in bekannter Weise derart gewählt, daß die miteinander zu verbindenden Folien in ausreichender Weise erwärmt werden. Zu diesem Zweck ist an der Vorrichtung ein nicht dargestellter einstellbarer Zeitschalter vorgesehen.
Nach Abschaltung des Heizstroms fließt die in der Schweißzone und im Heizband 2 befindliche Wärme im wesentlichen in die Preßbacke 1, aber at oh in die Gegenbacke 7 ab, wobei sich die Schweißzone zunehmend mehr verfestigt, bis schließlich die Backen 1 und 7 voneinander entfernt werden. Zur Verbesserung der Kühlwirkung der Preßbacke 1 kann in diese gegebenenfalls ein Kühlkanal 16 eingearbeitet sein, der von einem Kühlmittel durchflossen wird (s. F ig. 4).
Statt des flachen Heizbandes 2 kann auch ein bandförmiger Heizleiter vorgesehen sein, welcher eine längs verlaufende und zur Gegenbacke 7 hin gerichtete Sicke aufweist. Die Anordnung eines solchen Heizleiters wird dann vorgenommen, wenn Trennähte an den Folien angebracht werden sollen.
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß in denjenigen Fällen, in dsnen entlang der gesamten Länge der herzustellenden Naht die gleiche Anzahl von Folienlagen vorhanden ist, die Gegenbacke 7 auch durch eine zweite Preßbacke 1, vor die ebenfalls ein Heizband 2 gespannt ist, ausgetauscht werden kann. Bei dieser Anordnung sind besonders gestaltete Einspannmittel für die Heizbänder 2 in geeigneter Weise relativ zu den Preßbacken 1 uiid in deren Bewegungsrichtung nachgiebig angeordnet, derart, daß, nachdem die Heizbänder 2 an den miteinander zu verbindenden Folien zur Anlage gekommen sind, die Preßbacken 1 sich relativ zu den Einspannmitteln bewegen können und dann an den Heizbändern 2 angreifen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Verbindungsnähten an thermoplastischen Folien, bei dem die Nahtzone einem vorbestimmten Preßdruck ausgesetzt wird und mittels mindestens eines elektrischen Heizelements während einer vorbestimmten Zeitdauer eine begrenzte Wärmezufuhr erhält und nachfolgend bei Aufrechterhaltung des Preßdrucks wo weit abgekühlt wird, bis eine ausreichende Verfestigung der Verbindungsnaht stattgefunden hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2) schon vor Beginn des Anpressens an die zu verbindenden Folien auf die vorgesehene Schweißtemperatur erhitzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Anpressens des Heizelements (2) an die miteinander zu verschweißenden Folien ein zusätzlicher Stromstoß von wählbarer Zeitdauer und Stärke an das Heizelement (2) gegeben wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (2), welches bandartig ausgebildet ist, derart an einer Preßbacke (1) angeordnet ist, daß es zu deren Preßfläche (11) einen vorbestimmten Abstand aufweist, der erst beim Schweiß Vorgang aufgehoben wird.
4. Vorrichtung nach A sprach 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bandartige Heizelement (2) mit seinen Enden (6) an schwenkbar an der Preßbacke (1) gelagerten und unter der Wirkung von Federn (12) stehenden Hebeln (3) befestigt ist und diese Hebel (3) an ihren freien Enden (9) Auflageflächen (10) für das Heizelement (2) aufweisen, welche über die Preßfläche (11) vorstehen.
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