DE2100607A1

DE2100607A1 - Einrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen einer thermoplastischen Folienbahn in Verpackungsmaschinen

Info

Publication number: DE2100607A1
Application number: DE19712100607
Authority: DE
Inventors: Wickliffe Cincinnati Ohio Jones (V.StA.)
Original assignee: R.A. Jones and Company, Inc., Covington, Ky. (V.St.A.)
Priority date: 1970-04-13
Filing date: 1971-01-05
Publication date: 1971-10-28
Also published as: FR2086004B3; GB1310300A; US3681173A; JPS4941673B1; FR2086004A3; CA925418A

Description

Patentanwälte Dipi.-ing. Walter Meissner 2 1 006Q7Di_Pi.-ing. Herbert Tischer

1 BERLIN 33, HerbertstraSe 22 _M ." w - u g^J

Fernsprecher: 8 87 72 37 - Drahtwort: Invention Berlin '

Postscheckkonto: W. Meissner, Berlin West 12282 Bankkonto-: W. Meissner, Berliner Bank A.-G., Depka 36, BerilnHa.eeKfütdi30KtN95 716 1 BERLIN 33 (GRUNEWALD), den|

Herbertetraße 22

, , Depka 36,

Beriln-Ha.ensee,Kurfürstendam_mi30,KontoNr.95 716 1 BERLIN 33 (GRUNEWALD) den| 5. JA!!.

Sr 24 319

R,A· Jones and Company Incorporated 2701, Orescent Springs Road, Covington, Kentucky,

(Vereinigte Staaten von Amerika)·

Einrichtungjzum kontinuierlichen Verschweißen einer thermoplastischen Folienbahn in Verpackungsmaschinen«

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Verschweißen von kontinuierlich bewegten thermoplastischen Folienbahnen und betrifft das Einhüllen von Gegenständen in die Folien bei einer kontinuierlich laufenden Verpackungsmaschine·

Beim Verschweißen thermoplastischer Folien wird die Verschweißung meist unter Verhältnissen durchgeführt, in denen die das Verschweißen bedingenden Einflüsse, z_eB. Zeit und Temperatur, sich nicht verändern. Dabei kommt das Schweißelement mit einer unbewegten Folie für eine festgelegte Zeit zur Auflage· Bei anderen Schweißvorgängen erfaßt ein Schweißelement eine fortlaufend mit gleicher Geschwindigkeit bewegte Folie, so daß die Schweißbedingungen gleich bleiben· Bei diesen Vorgängen kann man die geeignete Temperatur des Schweißelements festlegen, weil die Zeit, in der die Folie dem Schweißelement ausgesetzt ist, bekannt ist»

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Die Erfindung bezieht sich auf das "Verschweißen einer kontinuierlich laufenden Folie, deren Geschwindigkeit von Zeit zu Zeit geändert wird. Dies kann ζ·Β. in einer Verpackungsmaschine erforderlich werden, in der eine ebene Folienbahn zu einem Schlauch geformt wird, der fortlaufend bewegte Gegenstände umhüllt und an. seinen sich überlappenden Kanten der Folie verschweißt wird. Es kann sich z_eB, um die Aufgabe handeln, eine Gruppe von 6 Blechdosen mit einer Folie zu umhüllen» um sie zu einer Packung zu vereinigen« Aus besonderen Gründen kann z.B. die Maschine ziemlich langsam laufen, um weniger als 100 Packungen in der Minute herzustellen oder sie kann sehr schnell laufen, um mehr als 200 Packungen in der Minute zu liefern· Infolgedessen ist das Verhältnis der Geschwindigkeiten,der das Schweißelement angepaßt werden muß,größer als 2:1·

Die Erfindung betrifft die Einrichtung zum Verschweißen der sich überlappenden Folienkanten, die diese große Veränderung der Geschwindigkeit ermöglicht;·

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein beheiztes Schweißelement gelöst, das in dem hier behandelten Beispiel als ein Schweißrad ausgebildet ist· Dieses drückt die Folie gegen einen Schweißtisch, über dem eine oder mehrere Bahnen der Folie durch einen Förderer bewegt werden, der mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben wird. Erfindungsgemäß werden Einrichtungen vorgesehen, die automatisch den durch die Schweißeinrichtung auf die Folie ausgeübten Druck entsprechend der Fördergeschwindigkeit verändern.

Als Einrichtung zum Verändern des Drucks auf das Schweißrad wird ein Kolben in einem pneumatischen Druckzylinder sowie eine Steuerung zum Ändern des Luftdrucks im Zylinder abhängig von der Maschinengeschwindigkeit vorgeschlagen· Diese Einrichtung kann ferner mit dem Anlasser der Maschine verbunden werden, so daß das Schweißrad beim Stillstand der

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Maschine vollständig von der Folie abgehoben und wieder zur Auflage gebracht wird, wenn die Maschine anläuft· So wird ein Verbrennen der Folie beim Stillstand und ein Verlust an Folienmaterial beim Anhalten der Maschine verhindert*

Das beheizte Schweißrad kann bei einer Ausführungsform als Gegenhalter einen festen Schweißtisch und bei einer anderen Ausführungsform kleinere federnde Rollen haben· Das Schweißrad hat auf seiner Mantelfläche in einer zu seiner Achse senkrecht liegenden Ebene wenigstens eine harte* beheizte Schweißleiste· Diese drückt bei der ersten Ausführungsform auf die Oberseite der über den Schweißtisch laufenden Folie und bei der zweiten Ausführungsform auf die federnden Mantelflächen der kleineren Rollen, die sich etwas eindrücken und so den Druck über einen breiteren Flächenstreifen der Folie verteilen, als dies bei einem harten Gegenhalter möglich ist· Infolgedessen verhindern die federnden Rollen, daß die Schweißnaht zu dünn und dadurch zu schwach wird·

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Schweißrad zwei Schweißleisten, die mit Abstand voneinander auf dem Mantel des Sehweißrades angeordnet sind· In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind jeder Schweißleiste zwei in Laufrichtung der Folie aufeinander folgende Rollen zugeordnet, deren Abstand so bemessen ist, daß die Länge des unter der Schweißleiste jeweils liegenden Folienteils durch eine bogenförmige Auswölbung zwischen den beiden Rollen vergrößert und so .einer längeren Wärmeeinwirkung ausgesetzt ist«

Die vor bezw· hinter dem Schweißrad liegenden Rollen sind auf einer Achse angeordnet, die um eine in Laufrichtung der Folie liegenden Längsachse schwenkbar sind. So können die Rollenpaare quer zur Laufrichtung unabhängig voneinander kippen und sich. Abweichungen oder Störungen in der Folien-· bahn anpassen und auf jede der Schweißnaht den gleichen Druck ausüben. Dadurch entstehen zwei parallel zueinander

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verlaufende einwandfreie Schweißnähte auf der Folienbahn·

Die weiteren Einzelheiten der Erfindung sollen anhand der ZBichmmg näher beschrieben werden. In dieser zeigt:

Fig· 1 eine perspektivische Ansicht der Verpackungsmaschine in der Ausführungsfonn mit einem starren Schweißtisch,

Fig· 2 eine Seitenansicht der Ausführungsfonn mit Gegenrollen für das Schweißrad,

Fig. 3 eine Aufsicht auf die G-egenrollen nach Fig. 2 und

Fig· 4 ein Schaltechema der pneumatischen Einrichtung
bei der Ausführungsform mit Gegenrollen*

Die Verpackungsmaschine als Ganzes ist in Fig. 1 mit der
Ziff. 10 bezeichnet. Sie dient zum Zusammenpacken von Je« weils sechs Blechdosen 12, die durch ein endloses Förderband 11 der Schweißstelle 13 für die Folienbahn zugeführt werden.

Die Dosen 12 werden zu Je sechs Stück durch eine Einstelleinrichtung geordnet, die an der Stelle 15 der Maschine
liegt, aber nicht dargestellt ist. Zwischen der Einstelleinrichtung und dem Förderband 11 liegt eine Vorratsrolle 16 der Folienbahn 17» an die sich ein Formblech 18 mit
einem horizontalen Schweißtisch 19 anschließt, unter dem
die Dosen 12 auf dem Förderband 11 entlanglaufen. Die als ebene Bahn zugeführte Folie wird bei ihrem Lauf über das
Formblech 18 zu einem Schlauch geformt, der die Dosen umhüllt und dessen Bänder sich auf dem Schweißtisch 19 mit
der Überlappung 20 überdecken. Diese Überlappung wird durch zwei in Längsrichtung verlaufende Schweißnähte 21 und 22
durch die Schweißeinrichtung 13 verbunden·

Die als Schweißrad 55 ausgebildete Schweiß einrichtung wird synchron mit dem Förderband 11 angetrieben» Dazu dient z.B»

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ein auf der Achse 26 des Kettenrades 25 an der Ablaufstelle des Förderbandes 11 angeordnetes Kettenrad 27» dessen Kette zu dem Eingangsrad 29 eines Zahnradgetriebes 30 führt« Sein Ausgangsrad 31 treibt durch eine Kette 32 mit dem Kettenrad 33 eine längs der. Maschine liegende Welle 34- an«,

Von der Welle 34- wird über eine Kette 35 eine pneumatische Einrichtung 36 angetrieben, die in ihrer Austrittsleitung 37 einen Druck einstellt, der der Geschwindigkeit des Förderbandes 26 entspricht. Solche Einrichtungen sind bekannt und sollen hier nicht näher beschrieben werden* ■

Von der Längswelle 34· wird ferner über eine Kette 40 ein Zahnradgetriebe 41 und durch weitere Ketten die Achse 42 des Schweißrades 55 mit einer Geschwindigkeit angetrieben die der des Förderbandes proportional ist*

Die Schweißeinrichtung ist an einem Rahmen 50 mit herabhängenden Platten auf jeder Seite des Förderbandes 11 befestigt und um eine Achse 53 an der Zulaufseite der Maschine schwenkbar.

Auf der Welle 42 liegt ein Schweißrad 55% dessen Durchmesser so bemessen ist, daß seine Umfangsgeschwindigkeit gleich j der geradlinigen Laufgeschwindigkeit der Folie über dem Schweißtisch 19 ist.

Da die Welle 42 auf der Ablaufseite der Schwenkachse 53 des Armes 52 angeordnet ist, kann das Schweißrad 55 gegenüber der Folie 17 schwenken, wie es die Arbeitsbedingungen verlangen. Zugi Steuern des Schweißrades 55 dient eine Abhebevorrichtung 60 und ein Druckzylinder 61. Die Abhebevorrichtung 60 hat einen Zylinder 62, der an dem Rahmen 50 befestigt ist_f sowie eine Kolbenstange 63« die um den Punkt 64 einer Konsole 65 an dem Arm 52 schwenkbar angebracht ist. Diese Kolbenstange 63 wirkt auf der Ablaufseite der Schwenkachse 53 dee Armes 52 ein, so daß die Abhebekraft der Kolbenstange 63

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den Ann 52 entgegen dem Uhrzeigersinn schwenkt und das Schweißrad von dem Schweißtisch 19 abhebt·

Der Zylinder 61 legt sich mit seiner Kolbenstange 69 gegen den Arm 52 und drückt ihn, wenn in ihm. Druckluft wirkt, nach unten. So preßt er das Schweißrad 55 gegen die Folie. Der durch die Kolbenstange 69 auf das Schweißrad ^ wirkende Druck ändert sich unmittelbar proportional der Seschwindigkeit der Folie, die der Geschwindigkeit des Förderbandes entspricht· Dazu können Einrichtungen beliebiger Art dienen· In dem dargestellten Ausführungsbei— spiel erfolgt dies durch eine Feineinstellungseinrichtung 36, die Druckluft durch die Zuleitung 75 erhält und den Druck im Luftauslaß 37 so steuert, daß dieser der Maschinengeschwindigkeit proportional ist. Der Luftauslaß 37 ist mit dem Zylinder 61 verbunden, so daß der Druck im Luftauslaß 37 durch die Kolbenstange 69 auf den Arm 52 wirkt und dementsprechend den Anpreßdruck des Schweißrades 55 proportional der Maschinengeschwindigkeit regelt·

Die beiden Leisten 76 und 77 des Schweißrades 55 werden elektrisch über nicht dargestellte Schleifringe beheizt und verschweißen die Folienkanten unter dem unmittelbar gegen den Schweißtisch 19 wirkenden Druck·

In einer bevorzugten Aisführungsform werden als Gegenhalter für die Schweißleisten zwei Paare federnder Hollen (s»Fig. 2 und 3) benutzt· Wie Fig. 2 zeigt, wölben die Schweißleisten die Folie zwischen dem vorderen Bollenpaar 80 und dem hinteren Rollenpaar 81 nach unten aus und vergrößern dadurch die Länge des Schweißweges· Nach Fig· 3 sind die vorderen beiden Rollen 80 auf einer gemeinsamen Achse und die hinteren beiden Rollen 81 auf einer gemeinsamen Achse 83 gelagert. Die Achse 82 ist an einen Rohr 84- befestigt, das in einer Konsole 85 drehbar ist. Sie Achse 83 ist auf einer Stange 86 befestigt, die in das Bohr

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eingreift und in der Konsole 87 drehbar gelagert ist· So können die Achsen 82 und 83 mit den auf ihnen angeordneten Rollen 80 und 81 unabhängig voneinander schwenken und damit den Druck auf die Schweißleisten durch die Rollen 80,80 bezw. 81,81 stets gleich halten·

Das Schweißrad 55 ist verglichen mit den Rollen 80,81 groß· So hat es z.B. einen Iföujchmesser von etwa 125 mm, während die Rollen einen Durchmess ei« von 18 mm haben» Die Rollen bestehen aus einem federnden Material, z.B. Gummi, * oder haben wenigstens einen entsprechenden federnden Über« " züge Wenn das Schweißrad gegen die Rollen gedrückt wird, drücken sich die Schweißleisten etwas in die Rollen ein und rufen eine vergrößerte Berührungsfläche für die Schweißnaht hervor. Die Auswölbung der Folie zwischen den Rollen vergrößert die Zeit, in der die Hitze auf die Folie einwirkt.

Der in Fig. 4- schematisch dargestellten Steuerung wird Druckluft an der Stelle SO, z.B. unter einem Druck von 6-7 atü zugeführt. Die Luft tritt durch einen Filter 91 und einen Druckregeler 90, der einen konstanten Druck von etwa 5-6 atü an seiner Austrittsstelle einstellt. An der j

Stelle 93 teilt sich die Druckluftleitung. Ein Zweig der Leitung führt zu dem Hebezylinder 60 und der andere über einen Regler 9**·» der einen Austrittsdruck von etwa 0,7 atü für den Geschwindigkeitsfühler 36 einstellt. Eine weitere Zweigleitung führt zu dem Einlaß 75 des Geschwindigkeitsfühlers 36. Der Auslaß 37 des Geschwindigkeitsfühlers ist über Solenoidventil 95 mit dem Druckzylinder 61 verbunden·

Der Zylinder 60 ist mit der Druckluftleitung über ein Solenoidventil 96 verbunden, dessen Betätigung Luft in den Zylinder 60 eintreten läßt, wodurch der Hebelarm 52 mit dem Schweißrad 55 angehoben wird. Das Ventil 96 wird durch einen

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Schalter betätigt, der nicht dargestellt ist. Dieser erregt das Solenoid so, daß das Förderband 11 nur noch etwa 25 mm weiterläuft, (weniger als die Hälfte des Abstandes zwischen den Eollenpaaren 80 und 81), In der Leitung zu . dem Zylinder 60 liegt auch ein durch ein Solenoid betätigtes Entlüftungsventil 97· Wenn die Schweißeinrichtung arbeiten soll, ist das Entlüftungsventil geöffnet, während das Ventil 96 geschlossen ist. Dann schwingt der Hebelarm 52 langsam in Richtung auf die Folie unter dem Druck der Kolbenstange 69» während die Luft aus dem Zylinder 60 durch das Entlüftungsventil 97 entweicht. Die Ventile sind so eingestellt, daß das Förderband 11 sich um etwa 25 mm bewegt (weniger als die Hälfte des Abstandes zwischen den Eollenpaaren 80 und 81), bevor der volle Druck des Schweißrades y? auf die Folie wirksam wird.

Als ein Beispiel sei von einem Polyesterfilm mit 0,o3 nun Dicke ausgegangen. Die Schweißleiste hat eine Stromaufnahme von etwa 1000 Watt und wird auf eine konstante Temperatur von etwa 210°0 gehalten. Die Packungen, die um etwa 260 mm liegen, sollen sich unter dem Schweißrad mit einer Geschwindigkeit bewegen, die durch den Bedienungsmann zwischen weniger als 100 bis über 200 Packungen in der Minute festgelegt werden kann. Bei etwa 200 Packungen in der Minute wird der Druck auf die Achse des Schweißrades bei etwa 37-38 kg lind bei etwa 100 Packungen bei etwa 18-19 kg liegen·

Nach der Erfindung wird die Folienbahn über das Formblech 18 zu einem Schlauch mit sich überlappenden Bändern gezogen, in dem die Gegenstände liegen· Die sich überlappenden Händer laufen zwischen dem Schweißrad 55 und dem Schweißtisch 19 hindurch. Dabei wird die Folie gegen die mit Gummi überzogenen Rollen 80,81 oder unmittelbar gegen den Schweißtisch gedrückt und durch das Schweißrad 3b angepreßt· Der dabei angewendete Druck ist proportional der Maschinengeschwindigkeit, wobei eine gute Verschweißung ohne Ver*·

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brennen der Folie erreicht wird, auch, wenn die Maschine mit einer Geschwindigkeit von 200 Packungen in der Minute oder mit weniger als 100 Packungen in der Minute läuft«

Die Benutzung des von der Geschwindigkeit abhängig betätigten Ventils 96 und des Entlüftungsventils ermöglicht ein Anhalten und Wiederanläufen der Maschine ohne Verlust an Verpackungsmaterial durch Verbrennen der Folie oder durch Ausfall der Schweißnaht in der Folie. Wenn die Maschine stellgesetzt werden soll, drückt das Schweißrad die Folie weiter gegen die Hollen, bis die Maschine beinahe stillsteht. Während das Förderband vor dem Stillstand noch etwa 25 mm weiterläuft, erregt der Schalter des Solenoidventils 97 dieses und betätigt dadurch den Abhebezylinder 60, so daß sich das Schweißrad von der Folie abhebt· Die Folie wird mit dem Schweißrad während eines Teils dieser Bewegung in Berührung bleiben, aber auf jeden Fall ist die Länge der Folie, die nicht dem vollen Anpreßdruck unterworfen ist, kleiner als der Abstand der beiden Hollenpaare·

Wenn die Maschine wieder in Betrieb gesetzt wird, verzögert die allmählich eintretende Entlüftung des Zylinders 60 durch das Entlüftungsventil 97 die Berührung des Schweiß— rades 55 mit der Folie, bis die Anlauf bewegung des FÖrder*- bandes 11 eindeutig begonnen hat· Die volle üruckberührung alt der Folie tritt ein, nachdem die Folie etwa 25 nm weitergelaufen ist, d.h. auf Jeden Fall weniger als der Abstand zwischen den beiden Hollenpaaren*

Auf diese Weise steht das Schweißrad weder beim Stillsetzen noch beim Anlaufen in Berührung mit der stillstehenden Folie· Ferner ist die Folienlänge, die nicht unter vollem Anpreßdruck beim Stillsetzen oder Anlassen der Maschine steht, kleiner als der Abstand zwischen den beiden Roll«npaaren. Wenn über die Maschine roll angelaufen

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ist, steht die Folie unter vollem Anpreßdruck durch das Hollenpaar 81 auf der Ablaufseite der Folie.

Wenn auch die vorstehende Beschreibung im wesentlichen das Verschweißen der Folienbahn auf Gegenrollen behandelt, so kann die Erfindung doch auch bei Bahnen benutzt werden, die auf einem festen Schweißtisch aufliegen·

Claims

Patentansprüche.

IJ Schweißeinrichtung zum kontinuierlichen Verschweißen der Ränder einer thermoplastischen Folienbahn in Verpackungsmaschinen durch ein beheiztes Schweißelement, bei der eine ein- oder mehrlagige Folienbahnaa. über das zu verpackende Gut durch ein Förderband gezogen wird, das mit veränderlicher Geschwindigkeit angetrieben werden kann, gekennzeichnet durch Einrichtungen, die den Anpreßdruck des Schweißelements (55) auf die Folienbahn (17) entsprechend der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes (11) änderno
2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck des Schweißelements (55) proportional der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes (11) ist·
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,. daß als Schweißelement ein Schweißrad (55) dient, dessen Umfangsgeschwindigkeit gleich der Laufgeschwindigkeit des Förderbandes (11) ist·
4·. Einrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißrad (55) auf seiner Mantelfläche fcwei senkrecht zur Eadachse verlaufende ringförmige Schweißleisten (76,77) hat·
5· Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenhalter für die Schweißleisten (76,77) ein von der Zulaufseite sich unter die Folien erstreckender fester Schweißtisch (19) vorgesehen ist·
6· Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenhalter für die Schweißleisten (76,77) eine oder mehrere federnde Rollen (80,81) vorgesehen sind.

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7· Einrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schweißleiste (76,77) des Schweißrades (35) zwei federnde Rollen (80,80 bezw. 81,81) zugeordnet sind, die mit Abstand voneinander in Laufrichtung der Bahn (17) angeordnet sindo
8. Einrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Rollen (80,80 bezw· 81,81) paarweise auf je einer quer zur Laufrichtung liegenden Achse (82 bezw· 8J) angeordnet sind, die beide unabhängig voneinander um eine in der Mitte zwischen den Schweißleisten in Laufrichtung liegende Achse (86) schwenkbar sind.
9· Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißelement (55) an einem Hebelarm (52) befestigt ist, durch den es auf die Folie aufgelegt oder von dieser abgehoben werden kann.
10. Einrichtung nach Anspruch 9 gekennzeichnet durch zwei Zylinder (60,61) mit darin durch Druckluft verschiebbaren, auf den Hebelarm (52) wirkenden Kolben, von denen der eine (61) das Schweißelement gegen die Folie drückt und von denen der andere (60) das Schweißelement von der Folienbahn abheben oder auf &ie auflegen kann.
11. Einrichtung nach Anspruch 9 und 10 gekennzeichnet durch eine automatische Steuerung der Kolben in den Zylindern (60,61) derart, daß sie das Schweißelement von der Folie beim Stillstand des Förderers abheben und beim Anlaufen des Förderers gegen die Folie drücken.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 dadurch ge daß der Anpreßdruck des Schweißelements pr Laufgeschwindigkeit steuerbar ist, die da sitzte

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