DE19737471A1 - Heizeinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, insbesondere für Geräte zum thermischen Bearbeiten von Folien.

Unter dem thermischen Bearbeiten von Folien sind nachfolgend Bearbei­ tungsvorgänge wie das Fügen/Verbinden (z. B. Schweißen, Laminieren, Sie­ geln), das Trennen (z. B. Schneiden, Trennschweißen, Schmelzen) und das Umformen (z. B. Prägen, Ziehen, Kerben) von Folien, insbesondere Kunst­ stoffolien zu verstehen.

Aus der Folien-Schweißtechnik sind Heizeinrichtungen zum Wärme-Impuls­ schweißen bekannt, die einen aus Metall bestehenden Schienenkörper mit einer darüberliegenden Isolationsschicht umfassen. Über die Isolations­ schicht ist ein in Längsrichtung des Schienenkörpers verlaufendes metalli­ sches Heizband gespannt, welches wiederum mit einem hitzebeständigen Antihaftbelag, insbesondere Teflon, bedeckt ist, der ein Ankleben der zu verschweißenden Plastikfolien am Heizband verhindert. Zum Schweißen wird die Schweißschiene fest auf die zu verschweißenden Plastikfolien ge­ drückt und das Heizband wird über einen Impulsgeber mit einem Stromim­ puls beaufschlagt und aufgeheizt. Durch das Aufheizen der Heizbänder wer­ den die Plastikfolien erwärmt und miteinander verschweißt. Nach Beendi­ gung des Stromflusses können das Heizband und die Schweißnaht dadurch wieder abkühlen, daß die angesammelte Wärme durch die Isolationsschicht in den Schienenkörper übergeht. Im Normalfall ist ein Schweißgerät mit zwei aufheizbaren Schienen ausgerüstet und die zum Schweißen erforderli­ che Wärme wird der zu verschweißenden Plastikfolie von zwei Seiten zuge­ führt, so daß das Aufheizen der Schweißstelle schneller als bei einseitiger Wärmezufuhr erfolgt. Durch besondere Ausgestaltungen kann ein gleichzei­ tiges Schweißen und Trennen von Folien erfolgen. Derartige Heiz­ einrichtungen sind beispielsweise aus den Firmenprospekten K1/HD 0591 und K1/Pi 0392 der Firma Joisten & Kettenbaum, Bergisch Gladbach, be­ kannt.

Die bekannten Heizeinrichtungen weisen insbesondere bei der großindus­ triellen Anwendung, wie beispielsweise dem Verschweißen von Verpac­ kungsmaterial bei der Lebensmittelabfüllung, mit der Anforderung sehr ho­ her Taktzahlen Nachteile auf. Dazu gehört, daß sich das Heizband beim Anlegen einer Spannung verformt, d. h. ausdehnt, so daß an den Enden des Schienenkörpers jeweils Nachspannvorrichtungen vorgesehen sein müssen. Für die Nachspannvorrichtungen muß jeweils eine isolierte Aufhängung des Heizbandes vorgesehen werden. Die Heizbandenden müssen zur Verringe­ rung der Heizleistung im Anschlußbereich durch Verkupfern gegenüber der aktiven Heizzone niederohmiger gemacht werden. Da die Heizbänder an sich schon sehr niederohmig sind, sind zur Bestromung große Kabelquer­ schnitte notwendig. Die bei jedem Schweißtakt auftretende Dehnung führt zu einer schnellen Ermüdung des unter Zugspannung stehenden Heizbandes sowie zu einem hohen Verschleiß der Isolationsschicht und des Antihaftbe­ lages in Folge großer Reibungskräfte. In Fällen, in denen abzupackendes Füllgut zwischen die Schienenkörper gelangt, wird das Heizband in der Re­ gel aufgrund der Elastizität der Isolationsschicht plastisch verformt, was zu einem Ausfall des Heizbandes führt. Derartige Heizeinrichtungen sind durch einen hohen Herstellungsaufwand sowie geringe Standzeit und Zuverlässig­ keit gekennzeichnet.

Des weiteren stellen die Metallblöcke der Schienenkörper große Massen dar, deren ständiges Hin- und Herbewegen eine aufwendige Kinematik er­ fordert, so daß höhere Taktzahlen zum Verschweißen nur mit sehr aufwen­ diger Steuerung der Heizeinrichtungen erzielt werden können. Im Betrieb mit hoher Taktfrequenz heizen sich diese Metallblöcke zudem schnell sehr stark auf, wodurch der Abkühlprozeß deutlich verschlechtert und das Her­ stellen einer präzisen Schweißnaht erschwert wird. Durch das Aufheizen der Schienenkörper können auch zugeordnete mechanische Trennmesser er­ wärmt werden, was zu einem Verkleben der Folie mit dem Trennmesser und somit zu einem mangelhaften Trennen der Folie führt. Zur Vermeidung die­ ses Effektes ist ein Mindestabstand des Trennmessers zu den Schienenkör­ pern und/oder eine hohe thermische Isolierung notwendig, wodurch wieder­ um der minimale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schweißnähten begrenzt wird. Bevor aufeinandergelegte Heizbänder nach erfolgtem Schweißen wieder auseinandergefahren werden können, müssen die mitein­ ander verschweißten Folienlagen soweit abgekühlt sein, daß die beiden Foli­ enlagen nicht mehr auseinandergezogen werden können. Dazu ist es be­ kannt, ein den Schienenkörpern zugeordnetes Kühlsystem vorzusehen, bei­ spielsweise in Form von auf die Schweißnaht gerichteter Druckluft. Nach ausreichender Abkühlung wird die verschweißte Folie freigegeben, trans­ portiert und der nächste Schweißvorgang kann erfolgen. Durch diese Maß­ nahme ist jedoch die mögliche Taktfrequenz begrenzt, da nach jedem Schweißen das eine gewisse Zeit erfordernde Kühlen erfolgen muß. Durch die Maßnahme der Gebläsekühlung erfolgt jedoch kein (wesentliches) Ab­ kühlen der massiven Schienenkörper. In dem vorstehend bereits genannten Firmenprospekt K1/HD 0591 wird vorgeschlagen, die Schienenkörper mit einem Durchlauf für Kühlwasser zu versehen. Durch diese Maßnahme wird zwar eine übermäßige Aufheizung der Schienenkörper verhindert, jedoch unter Inkaufnahme eines deutlich höheren Herstellungsaufwandes sowie ei­ nes erhöhten Gewichts und einer erhöhten Unhandlichkeit der Schienenkör­ per, wodurch eine Erhöhung der Taktzahl wiederum erschwert wird.

Zur Erhöhung der Produktionstaktfrequenz wird in der DE 43 33 852 A1 ein Heizelement für Folienschweißgeräte mit einer Dickschichtleiterbahn als Heizleiter auf einem Keramikgrundkörper vorgeschlagen, wobei die Dick­ schichtleiterbahn zumindest teilweise mit einer thermisch und elektrisch iso­ lierenden Schicht unterlegt ist, wodurch die Wärmeausbreitung in den Ke­ ramikgrundkörper gehemmt ist, damit Aufheizen und Abkühlen in unmittel­ barer Nähe der zu verschweißenden Folie schneller vonstatten geht.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbe­ sondere zur Verwendung in industriell eingesetzten Geräten und Maschinen zum thermischen Bearbeiten von Folien geeignete Heizeinrichtung bereitzu­ stellen, die über eine verringerte Masse verlügt, bei der die Zahl der Einzel­ teile deutlich reduziert ist, bei der zur Energieversorgung Kabelleitungen mit kleinerem Querschnitt möglich sind und mit der definierte steile Aufheiz- und Abkühlflanken (Wärmeimpulse) erzeugbar sind und hohe Taktzahlen im Dauerbetrieb ermöglicht werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird somit auf einem Metallsubstrat mit zugeordneter Kühlvorrichtung eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen, bei welcher es sich vorzugsweise um eine gesinterte glas-keramische Schicht oder Emailschicht handeln kann. Auf der elektrisch isolierenden Schicht ist mindestens eine Dickschichtleiterbahn als Heizleiter aufgebracht. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung zeichnet sich durch ei­ nen kompakten und in sich geschlossenen Aufbau aus und gestattet die Er­ zeugung von Wärmeimpulsen mit großer Impulssteilheit. Durch die erfin­ dungsgemäße Anordnung einer Dickschichtleiterbahn auf einem Metall­ substrat, getrennt durch eine elektrisch isolierende dünne Schicht, ist die Wärmeerzeugung geometrisch sehr genau definiert, wodurch die zur Verfü­ gung stehende Wärmeleistung zum gezielten Aufbau eines Wärmeimpulses mit steilen Flanken sowohl beim Erwärmen als auch beim Abkühlen genutzt wird. Eine Wärmeableitung in neben dem Heizleiter liegende Bereiche der Heizeinrichtung tritt somit kaum auf. Zur Beschleunigung des Abkühlens dient das gekühlte Metallsubstrat, das eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist und Wärme somit schnell abführt. Anders als bei dem aus der DE 43 33 852 A1 bekannten Heizelement ist erfindungsgemäß die Wärmeausbreitung in das Substrat kaum gehemmt. Diese Maßnahme stellt in Verbindung mit der Kühlvorrichtung für das Substrat die den Kerngedanken der Erfindung dar­ stellende Grundvoraussetzung für das Erzeugen sehr steiler Wärmeimpulse dar, deren Abkühlungsflanken eine ähnliche Steilheit wie die Aufheizungs­ flanken aufweisen. Erfindungsgemäß werden durch die Ausgestaltung des Heizleiters als Dickschichtleiterbahn auf einem Metallsubstrat die im Takt­ betrieb hin- und herzubewegende Massen der Heizeinrichtung beträchtlich reduziert. Des weiteren tritt das nachteilige Ausdehnen des Heizleiters bei Erwärmung nicht mehr auf, wodurch sich der Aufbau der Heizeinrichtung wesentlich vereinfacht und die Zuverlässigkeit deutlich erhöht wird.

Zur weiteren Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 2 vorgeschlagen.

Demnach wird in Abweichung von der Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1 das Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und die als Heizleiter dienende Dickschichtleiterbahn ist direkt auf das Substrat auf­ gedrückt. Das Substrat aus elektrisch isolierendem Material ist einer Kühl­ vorrichtung zugeordnet, so daß von der Dickschichtleiterbahn auf das Substrat übergehende Wärme direkt abgeführt werden kann. Der Heizein­ richtung gemäß Anspruch 2 liegt derselbe Erfindungsgedanke zugrunde wie der bereits beschriebenen Heizeinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei jedoch auf die elektrisch isolierende Unterschichtung der Dickschichtleiterbahn verzichtet werden kann, da das Substrat selbst bereits aus elektrisch isolie­ rendem Material besteht, womit eine herstellungstechnische Vereinfachung verbunden ist.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein das Substrat tragender und die Kühlvorrichtung beeinhaltender Träger vorgesehen. Da­ durch kann das Substrat besonders dünn ausgeführt werden, da die für den Betrieb notwendige Steifigkeit durch den Träger verliehen wird. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist als Kühlvorrichtung ein in dem Träger zur Aufnahme eines den Träger durchströmenden Kühlmediums aus­ gebildeter Hohlraum vorgesehen. Der Hohlraum ist dabei vorzugsweise der­ art ausgestaltet, daß die Unterseite des Substrats durch das den Hohlraum durchströmende Kühlmedium wenigstens teilweise beaufschlagt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den sich an­ schließenden Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Fig. 3 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung ei­ nes mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung erzielbaren Wärmeimpulses.

Fig. 4 zeigt eine zum Schweißen und/oder Prägen von Folien geeignete Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Fig. 5 zeigt eine zum Trennen und/oder Trennschweißen von Folien geeignete Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrich­ tung.

Fig. 6 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Bearbeiten von Folien in integrierter Bauweise mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrich­ tung.

Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung zum thermischen Bearbeiten von Folien mit drei erfindungsgemäßen Heizeinrichtungen in Modulbauwei­ se.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 10 mit einem bei­ spielsweise aus Edelstahl bestehenden Substrat 12. Auf dem Substrat 12 ist eine elektrisch isolierende Schicht 14 aufgebracht, auf welcher wiederum eine Dickschichtleiterbahn 16 als Heizleiter beispielsweise durch Aufdruc­ ken aufgebracht ist. Die elektrisch isolierende Schicht 14 dient zur elektri­ schen Isolation zwischen dem Substrat 12 aus Metall einerseits und der Dickschichtleiterbahn 16 sowie an den Enden der Dickschichtleiterbahn 16 vorgesehenen niederohmigen Kontaktierungsschichten 18 zum Bestromen der Dickschichtleiterbahn 16 andererseits. Die elektrisch isolierende Schicht kann aus einer einzigen oder auch mehreren Einzelschichten bestehen. Als Materialien für die elektrisch isolierende Schicht werden beispielsweise glas-keramisches Sinterwerkstoffe verwendet. Die Gesamtdicke der elek­ trisch isolierenden Schicht 14 liegt vorzugsweise zwischen 20 und 200 µm. Die Wärmeleitfähigkeit des für die elektrisch isolierende Schicht 14 ver­ wendeten Isolierwerkstoffes wird derart gewählt, daß sie das Erreichen ei­ nes hohen Temperaturgradienten zur Oberflächenumgebung der Dickschicht­ leiterbahn 16 unterstützt. Mit der Wahl der Dicke der isolierenden Schicht 14 wird die Ableitung der Wärmemenge aus dem Substrat 12 in senkrechter Richtung beeinflußt.

Das Substrat 12 ist auf einem länglichen Träger 26 aus Metall, beispielswei­ se Aluminium angeordnet, in welchem ein sich in Längsrichtung des Trägers 26 erstreckender Hohlraum 22 zur Aufnahme eines den Träger 26 durch­ strömenden Kühlmediums ausgebildet ist. Das Kühlmedium wird im Sinne der eingezeichneten Pfeile über einen in der Zeichnung links dargestellten Eingang 24a zugeführt und über einen in der Zeichnung rechts dargestellten Ausgang 24b abgeführt und bildet vorteilhafterweise einen geschlossenen Kühlmittelkreislauf. Der Träger 26 kann jedoch auch aus anderen, insbeson­ dere auch nicht-metallischen Materialien wie beispielsweise Kunststoff be­ stehen.

Durch die unterseitige Beaufschlagung des Substrats 12 mit dem den Hohl­ raum 22 durchströmenden Kühlmedium kann durch die isolierende Schicht 14 zu dem Substrat 12 geflossene Wärme in den Wärmeimpulspausen effizi­ ent abgeleitet werden.

Die Dickschichtleiterbahn 16 kann sehr dünn ausgeführt sein, beispielsweise kleiner 10 µm. Die Werkstoffauswahl für die Dickschichtleiterbahn 16 ist durch die geometrische Dimension ihrer Wirkfläche in Zusammenhang mit den elektrischen leistungstechnischen Komponenten bestimmt.

Die laterale Ausdehnung und Formgebung der Dickschichtleiterbahn 16 kann ohne Herstellungsmehraufwand sehr flexibel gestaltet werden. Da die erfindungsgemäße Heizeinrichtung relativ leicht ist, können auch sehr lange Substrate mit entsprechenden Dickschichtleiterbahnen von 500 mm Länge und mehr realisiert werden. Die Dickschichtleiterbahn selbst kann unter­ schiedliche Formen, wie beispielsweise einfach gerade, doppelt gerade, un­ terbrochen, kreisförmig, mäanderförmig, annehmen oder in Form einer ein­ zuprägenden Schrift oder eines Logos ausgebildet sein.

Zur Bestromung der Dickschichtleiterbahn 16 sind die Kontaktierungs­ schichten 18 vorgesehen, die im Verhältnis zur Dickschichtleiterbahn nie­ derohmiger ausgelegt sind, um deutlich geringere Wärmeleistungsdichten zu erreichen. Die Anschlußkontaktierung erfolgt durch form- und kraftschlüssi­ ges oder stoffschlüssiges Verbinden. Die Kontaktierungsschichten 18 kön­ nen örtlich begrenzt in die Dickschichtleiterbahn 16 integriert werden, d. h. aus mehreren voneinander unabhängigen Teilflächen unterschiedlicher Funktionen bestehen, um so beispielsweise Unterbrechungen oder Prägeef­ fekte in der Schweißbahn zu erreichen.

Wie in Fig. 1 dargestellt, kann gegebenenfalls eine wenigstens die Dick­ schichtleiterbahn 16 bedeckende Schutz- und Antihaftschicht 20 vorgesehen sein. Die Schutz- und Antihaftschicht 20 besteht beispielsweise aus glas­ keramischen und/oder polymeren Werkstoffkomponenten und ist mittels ei­ nes an sich bekannten Verfahrens, vorzugsweise selektiv, aufgebracht, bei­ spielsweise durch Siebdrück-Sintern, Flammspritzen, Laminieren oder Sputtern.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin­ dungsgemäßen Heizeinrichtung. Die dargestellte Heizeinrichtung 110 um­ faßt ebenso wie das vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 beschrie­ bene erste Ausführungsbeispiel einen Träger 126 mit einem darin ausgebil­ deten und sich in Längsrichtung des Trägers 126 erstreckenden Hohlraum 122 zur Aufnahme eines den Träger 126 durchströmenden Kühlmittels, das über einen Eingang 124a in den Hohlraum 122 eingeleitet und durch einen Ausgang 124b wieder abgeführt wird.

Auf dem Träger 126 ist ein den Hohlraum 122 begrenzendes Substrat 112 aufgebracht, das in Abweichung von dem Substrat 12 der Heizeinrichtung 10 der Fig. 1 nicht aus Metall, sondern aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.

Direkt auf dem Substrat 112 ist mittels eines an sich bekannten Verfahrens der Dickschichttechnik eine Dickschichtleiterbahn 116 mit an ihren Enden vorgesehenen Kontaktierungsschichten 118 aufgedrückt. Da das Substrat 112 aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, kann in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel auf eine elektrisch isolierende Schicht zwischen dem Substrat und der aufgedrückten Dickschichtleiterbahn 116 verzichtet werden. Um dennoch eine gute Wärmeableitung von der Dickschichtleiterbahn 116 zu dem kühlmittelbeaufschlagten Hohlraum 122 zu erhalten, ist das Substrat 112 aus elektrisch isolierendem Material vor­ zugsweise dünner ausgebildet, als das Substrat 12 aus Metall des ersten Ausführungsbeispieles.

Fig. 3 veranschaulicht anhand eines Temperatur-Zeit-Diagramms den Ver­ lauf eines mittels einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung erhaltenen Wär­ meimpulses. Dabei ist anzumerken, daß es sich bei dem Diagramm der Fig. 3 um keine maßstäbliche Darstellung handelt.

Fig. 3 zeigt in durchgezogener Linie einen mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung erzielten Wärmeimpuls mit einer bei einer Ausgangstempe­ ratur T₁ beginnenden Aufheizrampe 50, einem flachen Bereich 60, während dem eine Arbeitstemperatur T₂ konstant gehalten wird, und einer sich daran anschließenden Abkühlrampe 70. Zum Vergleich sind in das Diagramm der Fig. 3 strichpunktiert eine Aufheizrampe 50' und eine Abkühlrampe 70' ei­ nes mit einer bekannten Heizeinrichtung erzielten Wärmeimpulses bei glei­ chen Randbedingungen eingezeichnet.

Zur Erzeugung eines definierten, steilen Wärmeimpulses wird die erfin­ dungsgemäße Heizeinrichtung vorzugsweise durch eine dazu geeignete elektronische Einrichtung, wie beispielsweise einem Regler, dergestalt be­ stromt, daß während der Bestromung der sich in Abhängigkeit von der mo­ mentanen Heizleitertemperatur ändernde elektrische Widerstand des Heizlei­ ters gemessen und als Regelgröße für die Bestromung verwendet wird, wo­ bei der Temperaturkoeffizient des Werkstoffes vorteilhafterweise im Bereich von 500 bis 3500 ppm/K liegen sollte. Durch die Verwendung von örtlich begrenzten, hinsichtlich ihres elektrischen Flächenwiderstandes unterschied­ lichen Werkstoffen zur Bildung der Dickschichtleiterbahn können ohne Än­ derung der Breite und/oder Dicke des Dickschichtleiterbahn und mit nur ge­ ringfügigem Mehraufwand unterschiedliche Leistungsdichten im Verhältnis bis zu 1 : 100 zur Einstellung des Temperaturverlaufes realisiert werden.

Während einer der Aufheizrampe 50 zugeordneten Aufheizphase A stellt der Regler eine im Verhältnis zu einer dem konstanten Temperaturbereich 60 zugeordneten Regelphase B höhere Energie zur Verfügung. Erfindungsge­ mäß beträgt die Dauer der Aufheizphase A aufgrund der extrem kleinen Masse einer Dickschichtleiterbahn nur etwa 1/5 bis 1/10 der bei bekannten Heizeinrichtungen benötigten Zeitdauer.

Während der Regelphase B hält der Regler über eine einstellbare Zeit (= Schweißzeit) die eingestellte Temperatur, die typischerweise zwischen 80 und 300°C, vorzugsweise 200°C beträgt, bzw. den eingestellten Tempera­ turverlauf konstant. Nach Beendigung der Regelphase B wird die Stromzu­ fuhr zur Einleitung der sich anschließenden Abkühlphase C unterbrochen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sinkt die Temperatur bei der Abkühlrampe 70 der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung sehr viel schneller als bei der strich­ punktiert eingezeichneten Abkühlrampe 70' einer bekannten Heizeinrich­ tung. Bei geeigneter Abstimmung der in der erfindungsgemäßen Heizeinrich­ tung verwendeten Werkstoffe hinsichtlich ihrer thermischen Eigenschaften und ihrer Dimensionierung kann die Abkühlgeschwindigkeit gegenüber bis­ herigen Heizeinrichtungen um das 10- bis 20-fache erhöht werden, bei einem gleichzeitig ca. 5-fach höheren Temperaturabfall. Dies wird durch die sehr hohe Steilheit der Abkühlrampe 70 veranschaulicht, bei der sich die Tempe­ ratur innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer von der Arbeitstemperatur T₂ wieder bis fast auf die Ausgangstemperatur T₁ abgekühlt hat. Durch diese sehr steilen Aufheiz- und Abkühlrampen und die damit verbundenen kurzen Aufheiz- und Abkühlzeiten können mit einer erfindungsgemäßen Heizein­ richtung Taktzahlen in der industriellen Anwendung von 120 min^-1 und mehr erzielt werden, während mit bekannten Heizeinrichtungen nur Taktzahlen von ca. 90 min^-1, maximal 110 min^-1 erreichbar sind. Die in der DE 43 33 852 A1 genannte thermische Zeitkonstante von ca. 0,5 sec gestattet sogar nur Produktionstaktfrequenzen von ca. 60 min^-1.

Bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung zum Ver­ schweißen von Folien wird die erfindungsgemäße Heizeinrichtung durch eine an einem Halter 40 befestigte gummielastische Gegenlage 42 ergänzt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Die Gegenlage 42 wird auf über die Dick­ schichtleiterbahn 16 gelegte Folienlagen 30 abgesenkt und durch das me­ chanische Zusammenführen der Gegenlage 42 auf die Folienlagen 30 im Sinne der eingezeichneten Pfeile wird der notwendige Arbeitsdruck in den Folienlagen erzeugt. Die Gegenlage 42 besteht beispielsweise aus einem Silikonmaterial. Zum Schweißen und/oder Prägen von Folienlagen ist die Gegenlage 42 vorzugsweise plan ausgebildet (vgl. Fig. 4), zum Trennen und/oder Trennschweißen weist die Gegenlage 42' ein vorzugsweise spitz­ winkliges Profil auf, das beim Beaufschlagen der erhitzten Folien zum Tren­ nen derselben dient (vgl. Fig. 5).

Durch die geringe Dicke und den herstellungstechnisch bedingten abgeflach­ ten Randverlauf der Dickschichtleiterbahn wird eine Kerbwirkung in der Folie vermieden, die zu unerwünschten Materialverdrängungen führen könnte (der flache Randverlauf erscheint in der stark schematischen Darstel­ lung der Fig. 4 bis 7 überhöht). Der sehr hohe laterale Temperaturgra­ dient zwischen der Dickschichtleiterbahn und der angrenzenden Oberfläche des Substrats bzw. der auf dem Substrat aufgebrachten elektrisch isolieren­ den Schicht verhindert ein Fließen der Folie unter Einwirkung des Anpreß­ drucks der gummielastischen Gegenlage und damit die sonst übliche Quer­ schnittsverringerung durch Materialverdrängung im Schweißnahtbereich.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann des weiteren zum Prägen von Schweißnähten verwendet werden. Hierzu wird die gummielastische Gegen­ lage und/oder die Schichtenanordnung auf dem Substrat teilweise erhaben ausgeführt, wodurch beim Warmpressen der Folie die erhabenen Struktur­ elemente eine Prägung in der Folie bewirken.

Werden in Kontakt mit der Dickschichtleiterbahn stehende flächige und nie­ derohmige Schichtbereiche vorgesehen, so können in der Wirkfläche der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung definierte Temperaturgradienten in Fol­ ge unterschiedliche Wärmeleistungsdichten erreicht werden, wodurch bei­ spielsweise eine Herstellung unterbrochener Schweißnähte ermöglicht wird.

Schließlich eignet sich die erfindungsgemäße Heizeinrichtung in besonders vorteilhafter Weise zur Herstellung von Verbundwerkzeugen in integrierter oder auch Modulbauweise. Bei Integral-Verbundwerkzeugen (vgl. Fig. 6) werden auf einem Substrat 12 mehrere voneinander unabhängig oder ab­ hängig bestrombare Dickschichtleiterbahnen 16.1, 16.2, 16.3 vorgesehen, die je nach Anwendung unterschiedliche Gestaltungen oder Formen aufwei­ sen können. So können beispielsweise auf einem Substrat 12 wie dargestellt drei Dickschichtleiterbahnen vorgesehen werden, die als erste Schweißbahn 16.1, Trennbahn 16.2 und zweite Schweißbahn 16.3 mit entsprechend aus­ gestalteter Gegenlage 42'' ausgebildet sind, wobei die Schweißbahnen unter­ schiedliche Gestaltungen erhalten können. Fig. 7 zeigt ein aus drei erfin­ dungsgemäßen Heizeinrichtungen 10.1, 10.2 und 10.3 zusammengesetztes Verbundwerkzeug in Modulbauweise, deren Dickschichtleiterbahnen 16 ebenfalls einzeln oder in Verbindung regelbar sind, mit jeweils zugeordneten Gegenlagen 42, 42'. Die einzelnen Module können auch zur Unterstützung gewünschter Kerbwirkungen vertikal gegeneinander versetzt angeordnet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele be­ schränkt. Vielmehr ist der Fachmann in der Lage, den der Erfindung zugrun­ deliegenden Kerngedanken auch in anderen Ausführungsformen umzuset­ zen. So ist es beispielsweise möglich, Substrat und Träger der Heizeinrich­ tung aus dem gleichen Material und gegebenenfalls sogar einstückig aus­ zubilden. Des weiteren ist es denkbar, die Ein- und Ausgänge des das Kühlmittel aufnehmenden Hohlraumes nicht an den Stirnseiten des Trägers anzuordnen, sondern an dessen Längsseiten.

Darüber hinaus ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung nicht auf das Schweißen von Folien begrenzt, sondern kann sich auch auf Prägen und/oder Trennen von Folien erstrecken. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann jedoch auch in anderen Bereichen als dem Schweißen, Prägen und Trennen von Folien eingesetzt werden, und zwar in vielen Berei­ chen, in denen es darauf ankommt, geometrisch genau definierte Heizflächen mit thermisch und zeitlich definierten Wärmeimpulsen hoher Steilheit zu er­ zeugen. So ist es beispielsweise denkbar, eine erfindungsgemäße Heizein­ richtung zum Beheizen von Lötwerkzeugen in der SMD-Technik einzuset­ zen.

Claims (18)

1. Heizeinrichtung, insbesondere für Geräte zum thermischen Bearbeiten von Folien mit einem einer Kühlvorrichtung zugeordneten Substrat (12) aus Metall, auf dem eine elektrisch isolierende Schicht (14) aufgebracht ist, auf der mindestens eine Dickschichtleiterbahn (16) als Heizleiter aufgebracht ist.

2. Heizeinrichtung, insbesondere für Geräte zum Schweißen, Prägen und Trennen von Folien mit einem einer Kühlvorrichtung zugeordneten Substrat (112) aus elektrisch isolierendem Material, auf dem mindestens eine Dick­ schichtleiterbahn (116) als Heizleiter aufgebracht ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrisch isolierende Schicht (14) eine gesinterte glas-keramische Schicht oder eine Emailschicht ist.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 3, bei der in Kontakt mit der Dickschichtleiterbahn (16) stehende flächige niederohmige Schichtbereiche vorgesehen sind.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, 3 oder 4, bei der das Substrat (12) aus Edelstahl ist.

6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem das Substrat (12, 112) tragenden und die Kühlvorrichtung beinhaltenden Träger (26, 126).

7. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, bei der der Träger (26, 126) aus Metall ist.

8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, bei der der Träger (26, 126) aus Aluminium ist.

9. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der das Substrat (12, 112) und der Träger (26, 126) aus dem gleichen Material bestehen.

10. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, bei der das Substrat (12, 112) und der Träger (26, 126) einstückig ausgebildet sind.

11. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei der als Kühl­ vorrichtung ein in dem Träger (26, 126) zur Aufnahme eines den Träger (26, 126) durchströmenden Kühlmediums ausgebildeter Hohlraum (22, 122) vor­ gesehen ist.

12. Heizeinrichtung nach Anspruch 11, bei der das Kühlmedium wenig­ stens teilweise die Unterseite des Substrats (12, 112) beaufschlägt.

13. Heizeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der sich der Hohlraum (22, 122) im wesentlichen über die Länge der Dickschichtleiterbahn (16, 116) erstreckt.

14. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Dickschichtleiterbahn (16, 116) in einem an sich bekannten Verfahren der Dickschichttechnik aufgebracht ist.

15. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die mindestens eine Dickschichtleiterbahn (16, 116) aus einem Kaltleiterwerk­ stoff besteht.

16. Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der eine die Dickschichtleiterbahn (16, 116) abdeckende Schutz- und Antihaftschicht (20, 120) vorgesehen ist.

17. Heizeinrichtung nach Anspruch 16, bei der die Schutz- und Antihaft­ schicht (20, 120) in einem an sich bekannten Verfahren der Dickschicht­ technik aufgebracht ist.

18. Heizeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutz- und Antihaftschicht (20, 120) und/oder eine zusätzliche Prä­ geschicht teilweise erhaben ausgebildet sind.