DE19524630A1

DE19524630A1 - Verfahren zur Erzeugung von Schweißnähten in Kunststoff-Folien, Schweißschiene zur Durchführung des Verfahrens und nach dem Verfahren hergestellte Folienhülle für Schriftgut

Info

Publication number: DE19524630A1
Application number: DE1995124630
Authority: DE
Inventors: Ernst Jans; Steffen Seiffarth
Original assignee: LEITZ LOUIS KG
Current assignee: Esselte Leitz GmbH and Co KG
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1997-01-09

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Schweißnähten in übereinander liegenden Folienlagen aus thermoplastischem, teilkristallinem Kunststoff der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 angegebenen Gattung, eine Schweißschiene zur Durchführung des Verfahrens und eine nach dem Verfahren hergestellte Folienhülle.

Bei der Herstellung von Schutzhüllen oder Prospekthül len aus Kunststoff-Folien müssen zwei Folienlagen an mindestens einer Randkante unter Bildung einer Schweiß naht miteinander verschweißt werden. Polare Kunststof fe, wie Polyvinylchlorid, können durch Hochfrequenz schweißen mit einer Flachnaht versehen werden, die ho hen optischen Ansprüchen genügt. Dies ist nicht der Fall bei unpolaren teilkristallinen Kunststoffen, wie Polypropylen, die nicht mit HF verschweißt werden kön nen, sondern im Fügezonenbereich über eine äußere Wär mequelle erwärmt werden müssen. Bei diesem Schweißver fahren muß die thermische Energie mindestens die obere Folienlage und einen Teil der unteren Folienlage durch dringen und den Bereich der einander zugewandten Anla geflächen aufschmelzen, um unter Druck miteinander ver schweißt werden zu können. Beim anschließenden Erkalten kommt es bei teilkristallinen Kunststoffen zu einer Nachkristallisation der kristallinen Bereiche, die ab hängig von der lokalen Schweißtemperatur zu unterschied lichen Schrumpfungserscheinungen führt. Hierzu kommt es zwischen den verschweißten Folienlagen zu einem Verzug und damit zu unerwünschten Verwellungen entlang der Schweißnaht. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits vorgeschlagen, entlang der Schweißnaht im Ab stand voneinander angeordnete, durch die einander zuge wandten Anlageflächen der Folienlagen durchgeschweißte Fügezonen vorzusehen, die durch nicht verschweißte Zwi schenzonen voneinander getrennt sind und aus denen beim Schweißvorgang plastisches Folienmaterial in den Ober flächenbereich der Zwischenzonen verdrängt wird. Damit wird erreicht, daß die beim Erkalten in den Fügezonen auftretenden Spannungen im Übergangsbereich zu den un verschweißten Zwischenbereichen abgebaut werden, so daß eine bessere Formhaltigkeit mit geringerer Verwellungs neigung gewährleistet ist. Andererseits wird hierbei jedoch in Kauf genommen, daß das beim Schweißvorgang aus dem Fügebereich verdrängte plastische Folienmate rial unkontrolliert in den Bereich der Zwischenzonen gelangt, ohne sich mit deren Oberfläche zu verbinden. Neben dem unschönen Aussehen ergeben sich dadurch im Übergangsbereich zwischen den Füge- und Zwischenzonen Spalte und Sollbruchstellen, die beim bestimmungsge mäßen Gebrauch der Hüllen leicht aufbrechen können. Hinzu kommt, daß bei der Herstellung der bekannten Schweißnähte zwar mit dem Schweißdruck als Einstellpa rameter gearbeitet wird. Wegen der nicht auszuschließen den Temperaturschwankungen in der Schweißschiene und der temperaturabhängigen Viskosität in des zu verdrän genden plastischen Folienmaterials kann es jedoch zu Schwankungen in der Wandstärke der Fügezone bis hin zu einem ungewollten Durchschweißen durch die beiden Fo lienlagen kommen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, das bekannte Verfahren zur Erzeugung von Schweißnähten dahingehend zu verbessern, daß eine un kontrollierte Verdrängung von Folienmaterial aus dem Bereich der Fügezonen vermieden und trotzdem eine op tisch ansprechende Schweißnaht mit geringer Verwellungs neigung erhalten wird. Eine weitere Aufgabe besteht in der Entwicklung einer Schweißschiene zur Durchführung des genannten Verfahrens und einer nach dem Verfahren hergestellten Folienhülle.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Patentan sprüchen 1, 7, 8, 9 und 12 angegebenen Merkmalskombi nationen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß das Folienmaterial mindestens einer der Folienlagen beim Schweißvorgang im Bereich der unverschweißten Zwi schenzonen ohne Verschweißen der einander zugewandten Anlageflächen in diesem Bereich oberflächig plastifi ziert und mit dem dorthin aus dem Bereich der benach barten Fügezonen verdrängten Folienmaterial homogen verschweißt wird.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Folienmaterial im Oberflächenbereich der unver schweißten Zwischenzonen formgebend plastifiziert wird, so daß sich entlang der Schweißnaht ein geschlossenes, an eine Flachnaht angenähertes Schweißbild ergibt.

Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann da durch erzielt werden, daß beim Schweißvorgang aus den Bereichen der Fügezone und der nicht verschweißten Zwi schenzone plastisches Folienmaterial nach den beiden Längsseiten der Schweißnaht unter Bildung zusammenhän gender Seitenränder verdrängt wird. Die Schweißnaht kann dabei einseitig in die Folienlagen durch Wärmekon takt- oder Wärmeimpulsschweißen eingebracht werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Folienlagen zum Einbringen der Schweißnaht zweckmäßig auf der einen Breitseite auf eine ebene, vorzugsweise beheizte Unter lage aufgelegt und von der anderen Breitseite her mit über die Schweißnahtlänge variablem Druck und/oder va riabler Wärmemenge beaufschlagt, so daß sich die Füge zonen und die Zwischenzonen in der gewünschten Weise ausbilden können. Als Einstellparameter kann besser als bisher der Schweißdruck verwendet werden, da auch im Bereich der Zwischenbereiche über das dort zu verfor mende Material ein Druckaufbau erfolgt.

Die Fügezonen und die Zwischenzonen sollten mit einem Längenverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise von etwa 1 : 1 entlang der Schweißnaht eingebracht werden, um eine optisch ansprechende Schweißnaht mit geringer Verwel lungsneigung zu erhalten.

Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schweißnaht durch eine langgestreckte, zusam menhängende, unter Einwirkung von Druck und Wärme durch die einander zugewandten Anlageflächen der Folienlagen durchgeschweißte Fügezone gebildet wird, und daß beim Schweißvorgang im Abstand voneinander angeordnete un verschweißte Zwischenzonen in die Fügezone eingeschlos sen werden, wobei das Folienmaterial an der Oberfläche der Zwischenzonen ohne Verschweißen der Anlagefläche plastifiziert und mit aus der Fügezone verdrängtem Fo lienmaterial homogen verschweißt wird.

Die Schweißschiene oder Schweißelektrode zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine lang gestreckte, gegen die Oberfläche einer der Folienlagen anpreßbare heizbare Kontaktfläche auf, in der mehrere Vertiefungen im Abstand voneinander angeordnet sind, deren Tiefe kleiner als die Wandstärke der zu ver schweißenden Folienlage ist. Die Vertiefungen können sich dabei über die gesamte Breite der Kontaktfläche erstrecken und zu deren Seitenrändern hin offen sein. Alternativ dazu sind nur über einen Teil der Breite der Kontaktfläche sich erstreckende Vertiefungen vorgese hen, die einen geschlossenen Umriß aufweisen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vertiefungen eine dem 0,4- bis 0,8-fachen der Folienwandstärke entsprechende Tiefe und in Längsrich tung der Kontaktfläche eine dem 0,3- bis 3-fachen Ab stand zwischen zwei Vertiefungen entsprechende Weite aufweisen. Weiter können die Vertiefungen einen konkav gekrümmten Querschnitt und/oder einen zumindest teil weise rechteckigen, quadratischen, trapezförmigen, ova len oder kreisförmigen Umriß in der Kontaktfläche auf weisen. Das Abheben der Schweißschiene nach dem Schweiß vorgang wird erleichtert, wenn die Vertiefungen in Rich tung Kontaktfläche divergierende Seitenflanken aufwei sen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich beispiels weise zur Herstellung von Folienhüllen für Schriftgut, die zwei an einander zugewandten Anlageflächen entlang mindestens einer Schweißnaht miteinander verschweißte Folienlagen aus thermoplastischem Kunststoff aufweisen. Die Schweißnaht kann dabei entweder durch eine zusam menhängende oder durch mehrere im Abstand voneinander angeordnete Fügezonen gebildet sein, wobei mehrere ent lang der Schweißnaht angeordnete unverschweißte Zwi schenzonen innerhalb der zusammenhängenden Fügezone oder zwischen den voneinander getrennten Fügezonen an geordnet sein können. Die Folienhülle zeichnet sich er findungsgemäß dadurch aus, daß das Folienmaterial min destens einer der Folienlagen im Bereich der unver schweißten Zwischenzonen oberflächig verformt und mit aus dem Bereich der benachbarten Fügezone(n) verdräng tem Folienmaterial homogen verschweißt ist. Das Folien material im Bereich der Zwischenzonen steht dabei zweck mäßig um das 0,4- bis 0,8-fache der Folienwandstärke über die Folienoberfläche im Bereich der Fügezone über.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1a eine Draufsicht auf eine Folienhülle aus ther moplastischem Folienmaterial mit drei Schweiß nähten;

Fig. 1b einen vergrößerten Ausschnitt aus der Folien hülle nach Fig. 1a;

Fig. 2a bis p eine Draufsicht auf Schweißnähte mit ver schiedenen Konturen der Füge- und Zwischenzo nen;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einer Schweißnaht und ei ner Schweißschiene in teilweise geschnittener Darstellung;

Fig. 4a bis f verschiedene Ausgestaltungen einer Schweißschiene mit seitlich offenen Vertiefun gen in schaubildlicher abgebrochener Darstel lung;

Fig. 5a und b eine ausschnittsweise schaubildliche Dar stellung einer Schweißschiene mit seitlich ge schlossenen Vertiefungen.

Die in der Zeichnung dargestellte Folientasche besteht aus zwei im wesentlichen rechteckigen, flach gegenein ander anliegenden Folienlagen 12, 14, die an einer Falt kante 10 unter Bildung eines geschlossenen Längsseiten rands einstückig miteinander verbunden sind. Am gegen überliegenden Längsseitenrand befindet sich eine Rand leiste 16, die durch eine innere Schweißnaht 18 und ei ne äußere Schweißnaht 20 sowie endseitigen Schweißpunk ten 22 unter Bildung einer geschlossenen Tasche be grenzt ist. Die Tasche enthält einen Versteifungsstrei fen 23 aus Flachmaterial sowie eine Reihe von durchge henden Rundlöchern 24 zum Abheften der Folientasche in einem Ordner oder einem Ringbuch. Am unteren Schmalsei tenrand 26 sind die Folienlagen 12, 14 durch eine Schweiß naht 28 miteinander verbunden, während sie an ihrem oberen Schmalseitenrand 30 unter Bildung einer Ein schuböffnung für Schriftgut nicht miteinander verbunden sind. Die Folienlagen 12, 14 bestehen aus einem thermo plastischen teilkristallinen Kunststoff, beispielsweise aus Polypropylen.

Die Schweißnähte 18, 20, 28 weisen in ihrer Längsrichtung eine fortlaufende Folge von durchgeschweißten Fügezonen 32 und unverschweißten Zwischenzonen 34 auf, die mit einer entsprechend geformten beheizbaren Schweißschiene 36 unter Einwirkung von Druck und Wärme gebildet wer den. Die Schweißschiene 36 weist zu diesem Zweck eine Kontaktfläche 38 auf, in der im Abstand voneinander an geordnete Vertiefungen 40 ausgespart sind. Die Tiefe H der Vertiefungen 40 ist so bemessen, daß beim Schweiß vorgang das aus den Fügezonen 32 verdrängte plastische Folienmaterial aufgenommen und homogen mit dem im Ober flächenbereich der Zwischenzonen 34 plastifizierten Ma terial formgebend verschweißt werden kann. Die Tiefe H entspricht etwa dem 0,4- bis 0,8-fachen der Wandstärke der zu verschweißenden Folienlage 12. Die beheizte Schweißschiene 36 kommt im Bereich der Vertiefungen 40 erst verzögert mit der Folienlage 12 in Kontakt, so daß die Folienlage im Bereich der Zwischenzonen 34 zwar oberflächig, jedoch nicht bis zur Anlagefläche 42 pla stifiziert wird. Die Folienlagen bleiben daher in den Zwischenzonen 34 unverschweißt (vgl. Fig. 3). Das Län genverhältnis b : e zwischen der Fügezone 32 und der Zwi schenzone 34 beträgt bei dem in Fig. 3 gezeigten Aus führungsbeispiel etwa 3 : 1. Dieses Verhältnis ist von Fall zu Fall in optischer Hinsicht und hinsichtlich der auftretenden Welligkeit zu optimieren und kann auch über 1 : 1 bis zu 1 : 3 betragen. Auch die Querschnitts- und Umrißform der Vertiefungen 40 und der damit erzeug ten Zwischenzonen 34 kann den Bedürfnissen entsprechend gewählt und angepaßt werden. In den Fig. 4a bis f sind einige Beispiele von über die gesamte Breite B der Schweißschiene 36 erstreckende, seitlich offene Vertie fungen 40 mit unterschiedlicher Querschnittsgestalt dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5a und b sind in die Kontaktfläche 38 eingebettete Vertie fungen 40 mit geschlossenem Umriß vorgesehen.

Entsprechend unterschiedlich können auch die Anschluß konturen der Fügezonen 32 und der Zwischenzonen 34 auf den Schweißnähten 18, 20, 28 ausgebildet sein, wie aus den Fig. 2a bis p zu ersehen ist. Bei den in den Fig. 2a, b, c, d, f und g gezeigten Ausführungsbeispielen erstrecken sich die Zwischenzonen 34 über die gesamte Breite der Schweißnaht 18, so daß die Fügezonen 32 durch die Zwischenzonen 34 vollständig voneinander ge trennt sind. Bei den Ausführungsbeispielen e und h bis p sind die Zwischenzonen 34 dagegen in eine zusammen hängende Fügezone 32 mit geschlossenem Umriß eingebet tet. In allen Fällen haben die unverschweißten Zwi schenzonen 34 die Aufgabe, die Schweißnaht im Bereich der Fügezonen 32 beim Erkalten so zu stabilisieren, daß längs der Schweißnaht kein Verzug und damit keine un schöne Verwellung auftritt.

Zusammenfassend ist folgendes festzustellen: Die Erfin dung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Schweißnähten bei der Herstellung von aus zwei Folien lagen bestehenden Folientaschen aus thermoplastischem, teilkristallinem Kunststoff. Die Schweißnaht weist im Abstand voneinander angeordnete, unter Einwirkung von Druck und Wärme durch die einander zugewandten Anlage flächen der Folienlagen durchgeschweißte Fügezonen auf, die durch nicht verschweißte Zwischenzonen voneinander getrennt sind. Erfindungsgemäß wird das Folienmaterial mindestens einer der Folienlagen beim Schweißvorgang im Bereich der unverschweißten Zwischenzonen ohne Ver schweißen der Anlageflächen oberflächig plastifiziert und mit dem dorthin aus dem Bereich der benachbarten Fügezonen verdrängten Folienmaterial homogen ver schweißt.

Claims

1. Vefahren zur Erzeugung-von Schweißnähten in über einandergelegten Folienlagen (12, 14) aus thermopla stischem, teilkristallinem Kunststoff, insbesondere für die Herstellung von Folientaschen, bei welchem entlang der Schweißnaht (18, 20, 28) im Abstand von einander angeordnete, unter Einwirkung von Druck und Wärme durch die einander zugewandten Anlageflä chen (42) der Folienlagen (12, 14) durchgeschweißte und durch unverschweißte Zwischenzonen (34) vonein ander getrennte Fügezonen (32) gebildet werden, aus denen beim Schweißvorgang plastisches Folienmate rial in den Oberflächenbereich der Zwischenzonen (34) verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial mindestens einer der Folienlagen (12) beim Schweißvorgang im Bereich der unver schweißten Zwischenzonen (34) ohne Verschweißen der Anlageflächen (42) oberflächig plastifiziert und mit dem dorthin aus dem Bereich der benachbarten Fügezonen (32) verdrängten Folienmaterial homogen verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial im Oberflächenbereich der unverschweißten Zwischenzonen beim Schweißvorgang formgebend plastifiziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Schweißvorgang aus den Bereichen der Fügezonen (32) und der unverschweißten Zwi schenzonen (34) plastisches Folienmaterial nach den beiden Längsseiten der Schweißnaht unter Bildung zusammenhängender Seitenränder verdrängt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügezonen (32) und die Zwi schenzonen (34) mit einem Längenverhältnis (b : e) von 3 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise von etwa 1 : 1 entlang der Schweißnaht (18, 20, 28) eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (18, 20, 28) ein seitig in die Folienlagen (12, 14) durch Wärmekon takt- oder Wärmeimpulsschweißen eingebracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienlagen (12, 14) zum Einbringen der Schweißnaht mit ihrer einen Breit seite auf eine ebene, vorzugsweise beheizte Unter lage aufgelegt und von der anderen Breitseite her mit über die Schweißnahtlänge variablem Druck und/ oder variabler Wärmemenge beaufschlagt werden.

7. Verfahren zur Erzeugung von Schweißnähten (18, 20, 28) in übereinanderliegenden Folienlagen (12, 14) aus thermoplastischem, teilkristallinem Kunststoff, inbesondere zur Herstellung von Folientaschen, bei welchem die Schweißnaht (18, 20, 28) durch eine lang gestreckte, zusammenhängende, unter Einwirkung von Druck und Wärme durch die einander zugewandten An lageflächen (42) der Folienlagen (12, 14) durchge schweißte Fügezone (32) gebildet wird, dadurch ge kennzeichnet, daß beim Schweißvorgang im Abstand voneinander angeordnete unverschweißte Zwischenzo nen (34) in die Fügezone eingeschlossen werden und daß das Folienmaterial an der Oberfläche der Zwi schenzonen (34) ohne Verschweißen der Anlagefläche (42) plastifiziert und mit aus der Fügezone (32) verdrängtem Folienmaterial homogen verschweißt wird.

8. Folientasche, insbesondere für Schriftgut, mit zwei an einander zugewandten Anlageflächen (42) gegen einanderliegenden, entlang mindestens einer Schweiß naht (18, 20, 28) miteinander verschweißten Folienla gen (12, 14) aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Schweißnaht durch eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten, durch die Anlageflächen (42) der Folienlagen (12, 14) durchgeschweißten und durch unverschweißte Zwischenzonen (34) voneinander getrennte Fügezonen (32) gebildet ist, dadurch ge kennzeichnet, daß das Folienmaterial mindestens ei ner der Folienlagen (12) im Bereich der unver schweißten Zwischenzonen (34) oberflächig verformt und mit aus dem Bereich der benachbarten Fügezonen (32) verdrängtem Folienmaterial homogen verschweißt ist.

9. Folientasche, insbesondere für Schriftgut, mit zwei an einander zugewandten Anlageflächen (42) gegen einanderliegenden, entlang mindestens einer Schweiß naht (18, 20, 28) miteinander verschweißten Folienla gen (12, 14) aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Schweißnaht eine zusammenhängende, durch die Anlageflächen (42) der Folienlagen (12, 14) durchge schweißte Fügezone (32) aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß in die Fügezone (32) mehrere im Ab stand voneinander angeordnete unverschweißte Zwi schenzonen (34) eingeschlossen sind.

10. Folientasche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Folienmaterial mindestens einer der Folienlagen (12) im Bereich der unverschweißten Zwischenzonen (34) oberflächig verformt und mit aus dem Bereich der benachbarten Fügezone (32) ver drängtem Folienmaterial homogen verschweißt ist.

11. Folientasche nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß das Folienmaterial im Be reich der Zwischenzonen (34) um das 0,4- bis 0,8-fa che der Folienwandstärke über die Folienoberfläche im Bereich der Fügezone(n) übersteht.

12. Schweißschiene zur Erzeugung von Schweißnähten in übereinanderliegenden Folienlagen (12, 14) aus ther moplastischem, vorzugsweise teilkristallinem Kunst stoff mit einer langgestreckten, gegen die Oberflä che einer der Folienlagen (12) anpreßbaren heizba ren Kontaktfläche (38), gekennzeichnet durch meh rere im Abstand voneinander in der Kontaktfläche (38) angeordnete Vertiefungen (40), deren Tiefe (H) kleiner als die Wandstärke der zu verschweißenden Folienlage (12) ist.

13. Schweißschiene nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefungen (40) sich über die gesamte Breite (B) der Kontaktfläche (38) erstrecken und zu deren Seitenrändern hin offen sind.

14. Schweißschiene nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die Vertiefungen (40) sich über einen Teil der Breite (B) der Kontaktfläche (38) er strecken und einen geschlossenen Umriß aufweisen.

15. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (40) eine dem 0,4- bis 0,8-fachen der Folienwandstärke entsprechende Tiefe (H) aufweisen.

16. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (40) in Längsrichtung der Kontaktfläche (38) eine dem 0,3- bis 3-fachen Abstand (b) zwischen den Vertie fungen entsprechende Weite (e) aufweisen.

17. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (40) in Richtung Kontaktfläche (38) divergierende Sei tenflanken aufweisen.

18. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (40) einen konkav gekrümmten Querschnitt aufweisen.

19. Schweißschiene nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (40) in der Kontaktfläche (38) einen zumindest teilweise rechteckigen, quadratischen, trapezförmigen, ovalen oder kreisförmigen Umriß aufweisen.