DE19750263A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen einer Kunststoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen einer Kunststoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine

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DE19750263A1
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Richard Dr Christ
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen einer Kunststoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine, wobei die Tube auf der Innenwandung örtlich erwärmt wird und die erwärmten Tubenwandungsbereiche miteinander unter Druck verbunden werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens, mit einer Erwärmstation, in der die Tube auf der Innenwandung örtlich erwärmbar ist, und einer Verschlußstation, in der die erwärmten Tubenwandungsbe­ reiche miteinander unter Druck verbindbar sind.
In einer Tubenfüllmaschine werden die Tuben üblicherweise in vertikal aufrechter Stellung durch die einzelnen Bearbeitungsstationen geführt, wobei das hintere Tubenen­ de nach oben weist und zunächst noch unverschlossen ist. Nach Einfüllen eines Produktes wird das hintere Tubenende in einen Heißluftkopf eingeführt und dort auf seiner Innenwandung in einem örtlich begrenzten Bereich über den gesamten Umfang mit Heißluft beaufschlagt, wodurch das die Tubenwandung bildende Kunststoffmaterial oberfläch­ lich soweit erwärmt wird, daß es schweißbar ist. Die auf diese Weise örtlich erwärmte Tube wird dann in eine nachgeschaltete Preßstation befördert, in der die ober­ flächlich erwärmten Tubenwandungsbereiche zusammenge­ drückt und die Tube somit verschlossen wird.
Mit dem Einsatz von Heißluft sind neben sehr hohen Be­ triebs- und Energiekosten einige weitere Nachteile ver­ bunden. Insbesondere ist es sehr schwierig, örtlich genau definierte Erwärmungsbereiche reproduzierbar zu errei­ chen, da der Verlauf der Heißluftströmung von einer Vielzahl von Parametern abhängig ist. Darüber hinaus ist eine Energiesteuerung über die Luftmenge und/oder die Lufttemperatur sehr aufwendig. In der Praxis hat es sich gezeigt, daß darüber hinaus nicht sicherzustellen ist, daß über den Umfang eine gleichförmige Temperaturvertei­ lung gegeben ist.
Der Heißluftkopf muß während des Betriebes häufiger gesäubert werden, da er zur Aufbringung der Heißluft relativ nahe an das Kunststoffmaterial der Tube herange­ führt werden muß und dabei der Gefahr unterliegt, mit diesem in Kontakt zu kommen, wodurch der Kunststoff aufschmilzt und am Heißluftkopf festklebt.
Zur begrenzten Aufbringung der Heißluft muß der Heißluft­ kopf in seinen Abmessungen exakt an die Tubenabmessungen angepaßt sein. Dies bedingt, daß für jedes Tubenformat ein eigener Heißluftkopf hergestellt und vorgehalten werden muß, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenann­ ten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Verschließen einer Kunst­ stoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine zu schaffen, mit der die Tuben mit hoher Genauigkeit und in kostengünsti­ ger Weise verschließbar sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Erwärmung der mitein­ ander zu verbindenden Tubenwandungsbereiche durch Auf­ bringen eines Laserstrahls erfolgt. Damit ist der Vorteil verbunden, daß mit relativ geringen Betriebskosten eine genau definierte Energiemenge auf örtlich eng begrenzte Bereiche der Innenwandung der Tube aufgebracht werden kann, wobei auch die Steuerung der aufgebrachten Energie über die Dauer der Aufbringungszeit bzw. die Geschwindig­ keit, mit der der Laserstrahl auf der Innenwandung der Tube umläuft, exakt beeinflußt werden kann. Darüber hinaus kann mittels des Laserstrahls eine gleichmäßige Erwärmung in Umfangsrichtung und ein jederzeit reprodu­ zierbarer Aufschmelzvorgang sichergestellt werden.
Das Umlaufen des Laserstrahls auf der Innenwandungsfläche der Tube kann entweder dadurch erreicht werden, daß die Tube bei ortsfestem Laserstrahl gedreht wird, vorzugswei­ se ist jedoch vorgesehen, den Laserstrahl auf der Innen­ wandung der Tube entlangwandern zu lassen, was beispiels­ weise dadurch erreicht werden kann, daß der Laserstrahl in Längsrichtung der Tube zugeführt und mittels einer Ablenkvorrichtung, bei der es sich um einen rotierenden Spiegel handeln kann, auf die Innenumfangsfläche der Tube gerichtet wird.
Statt den Laserstrahl auf der Innenwandung der Tube umlaufen zu lassen, kann alternativ auch vorgesehen sein, den Laserstrahl durch ein geeignetes Spiegelprisma, beispielsweise ein Kegelprisma, derart aufzufächern, daß die zu erwärmenden Tubenwandungsbereiche gleichzeitig mit dem Laserstrahl beaufschlagt sind.
Gegebenenfalls kann es notwendig sein, eine Intensitäts­ schwankung durch auftretende Abschattungen beispielsweise infolge von Tragkonstruktionen der Ablenkvorrichtung auszugleichen. Zu diesem Zweck kann die Tube während der Aufbringung des Laserstrahls in Längsrichtung einmalig oder alternierend bewegt werden. Alternativ oder zusätz­ lich dazu kann die Tube während der Aufbringung des Laserstrahls auch eins innig oder alternierend gedreht werden.
In der Regel weisen übliche Tuben an ihrem zu verschlie­ ßenden Ende die Form eines Kreiszylinders auf, so daß der Laserstrahls entlang der Tubeninnenwandung auf einer rotationssymmetrischen Kreisbahn bewegt wird. Es ist jedoch auch bekannt, eine Tube am Ende asymmetrisch auszugestalten, so daß auch die zu erwärmenden Tubenwan­ dungsbereiche asymmetrisch zur Längsachse der Tube ver­ laufen. In diesem Fall kann eine Steuerung vorgesehen sein, die eine rotationsasymmetrische Aufbringung des Laserstrahls ermöglicht, indem beispielsweise der als Ablenkvorrichtung dienende rotierende Spiegel zusätzlich während seiner Drehung eine definierte Schwenkung er­ fährt.
Als Laservorrichtung wird bei Kunststoff-Tuben vorzugs­ weise ein CO2-Laser verwendet, der eine geringe Eindringtiefe in Kunststoff aufweist und somit eine hohe Wärmeumsetzung an der Oberfläche mit sich bringt.
Alternativ kann auch ein kurzwelliger Nd:YAG- oder Dio­ denlaser verwendet werden. Dieser hat jedoch den Nach­ teil, daß sein Laserstrahl Kunststoff sehr leicht durch­ dringt, so daß dafür gesorgt sein muß, daß die Energieum­ wandlung durch Absorption in den gewünschten Bereichen auftritt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß das Tubenmaterial in den zu erwärmenden Tubenwandungsbereichen entsprechend eingefärbt ist oder bei einem Laminataufbau eine energieabsorbierende und/oder pigmentierte Laminatinnenschicht besitzt. Dabei kann in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die zu verbindenden Tubenwandungsbereiche zunächst miteinander in Anlage gebracht werden und daß erst dann der Laserstrahl aufgebracht wird, der in den Tubenwandungsbereichen unter Wärmeentwicklung absorbiert wird. Wenn die Tubenwandungsbereiche mit Hilfe von Kunst­ stoff-Pressbacken gegeneinander gedrückt werden, kann der Laserstrahl auch von außen - beispielsweise horizontal - durch die Pressbacken hindurch auf die absorbierenden Tubenwandungsbereiche einwirken.
Falls das Tubenmaterial in den zu verbindenden Tubenwan­ dungsbereichen nicht absorbierend ausgestaltet sein sollte, kann alternativ auch vorgesehen sein, zwischen den zu verbindenden Tubenwandungsbereichen eine den Laserstrahl absorbierende Zwischenlage einzubringen oder eine bei einer Mehrkammertube vorhandene Trennwand als energieabsorbierende Zwischenlage zu nutzen.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Erwärmstation eine Laser­ vorrichtung umfaßt, deren Laserstrahl mittels einer Ablenkvorrichtung, bei der es sich in genannter Weise um einen rotierenden Spiegel oder auch ein den Laserstrahl auffächerndes Spiegelprisma handeln kann, auf die Innen­ umfangsfläche der Tube gerichtet werden kann. Weiterbil­ dungen der Vorrichtung ergeben sich auch aus der vorge­ nannten Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich, wobei die einzige Figur eine schematische perspektivische Darstel­ lung der Vorrichtung zum Erwärmen einer Kunststoff-Tube in eine Tubenfüllmaschine zeigt.
Die Figur zeigt eine Tube 10, deren hinteres, nach oben weisendes Ende unterhalb einer Erwärmstation 16 angeord­ net ist. Die Erwärmstation 16 weist ein koaxial zur Tube 10 ausgerichtetes Lichtleitrohr 14 auf, das an seinem unteren Ende einen Ablenkspiegel 11 nahe einer seitlichen Austrittsöffnung 15 trägt. Das Lichtleitrohr 14 ist zusammen mit dem Ablenkspiegel 11 um seine vertikale Längsachse rotierbar, wie durch den Pfeil D angedeutet ist.
Innerhalb der Erwärmstation 16 ist eine nicht dargestell­ te Laservorrichtung angeordnet, die einen Laserstrahl 12 abgibt, der in Richtung der Mittel- oder Drehachse des Lichtleitrohrs 14 verläuft, auf die Oberfläche des Ab­ lenkspiegels 11 trifft und anschließend seitlich durch die Austrittsöffnung 15 hindurchtritt.
Um die Tube 10 zu verschließen, wird sie relativ zu dem Lichtleitrohr 14 so ausgerichtet, daß der Laserstrahl 12 auf die Innenwandung 10a der Tube 10 in einem vorbestimm­ ten Bereich auftrifft. Wenn dann das Lichtleitrohr 14 zusammen mit dem Ablenkspiegel 11 gedreht wird, läuft der Laserstrahl 12 auf der Innenwandung 10a der Tube 10 auf einer rotationssymmetrischen Kreisbahn, wodurch das Tuben­ material in einem inneren ringförmigen Bereich 13 örtlich erwärmt und angeschmolzen wird. Um die Breite des erwärm­ ten Bereiches 13 zu vergrößern, kann die Tube 10 während der Aufbringung des Laserstrahls 12 zusätzlich alternie­ rend in Axialrichtung bewegt werden, wie durch den Dop­ pelpfeil H angedeutet ist.

Claims (15)

1. Verfahren zum Verschließen einer Kunststoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine, wobei die Tube (10) auf der Innenwandung (10a) örtlich erwärmt wird und die erwärmten Tubenwandungsbereiche (13) miteinander unter Druck verbunden werden, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erwärmung der Tubenwandungsbereiche (13) durch Aufbringen eines Laserstrahls (12) er­ folgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (12) in Längsrichtung der Tube (10) zugeführt und mittels einer Ablenkvorrichtung (11) auf die Innenumfangsfläche der Tube (10) ge­ richtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung ein rotierender Spiegel (11) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung ein den Laserstrahl auffä­ cherndes Spiegelprisma ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tube (10) während der Auf­ bringung des Laserstrahls in Längsrichtung bewegt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tube (10) während der Auf­ bringung des Laserstrahls gedreht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrichtung (11) zur rotationsasymmetrischen Aufbringung des Laserstrahls (12) bewegungsgesteuert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Tubenwan­ dungsbereiche zunächst miteinander in Anlage ge­ bracht werden und daß dann ein Laserstrahl aufge­ bracht wird, der in den Tubenwandungsbereichen unter Wärmeentwicklung absorbiert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tubenmaterial zumindest in den zu verbindenden Tubenwandungsbereichen energieabsorbierend ausgebildet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verbindenden Tubenwandungsbereichen eine den Laserstrahl absor­ bierende Zwischenlage angeordnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage eine Trennwand der als Mehrkam­ mertube ausgebildeten Tube ist.
12. Vorrichtung zum Verschließen einer Kunststoff-Tube in einer Tubenfüllmaschine, insbesondere zur Durch­ führung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Erwärmstation, in der die Tube auf der Innenwandung örtlich erwärmbar ist, und einer Verschlußstation, in der die erwärmten Tubenwan­ dungsbereiche miteinander unter Druck verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmstation eine Laservorrichtung umfaßt, deren Laserstrahl mittels einer Ablenkvorrichtung auf die Innenum­ fangsfläche der Tube richtbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ablenkvorrichtung ein rotierender Spiegel (11) ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ablenkvorrichtung ein den Laserstrahl auffächerndes Spiegelprisma ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung zur Bewegungssteuerung der Ablenkvorrichtung.
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