DE2135057A1

DE2135057A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Heißluft behandlung von thermoplastischen Oberflachen

Info

Publication number: DE2135057A1
Application number: DE19712135057
Authority: DE
Inventors: Frank Raymond Bridgeport Conn Linda (V St A)
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: International Paper Co
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1971-07-14
Publication date: 1972-01-20
Also published as: FR2099427A3; BE770082A; ES393338A1; FR2099427B3; US3788917A; NL7109789A; CA951232A; AU3094371A

Description

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International Paper Company, New York, N-.Y. V.St-.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Heißluftbehandlung von thermoplastischen Oberflächen.

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung, Vorbereitung und Aktivierung thertnoplasti scher Oberflächen, die miteinander verklebt, verschweißt oder versiegelt werden sollen , iru-dem die Oberflächen einem Strom eines heißen inaktiven Gases unter bestimmten Bedingungen ausgesetzt werden.

Es ist in der Verpackungstechnik bekannt, daß gute Verschweißungen erhalten werden können, wenn man die beiden Oberflächen, die miteinander verschweißt werden sollen, mit einem thermoplastischen Material, z.B. Polyäthylen überzieht und dann das Polyäthylen auf eine Temperatur erhitzt, die so hoch ist, daß es klebrig und haftend wird, worauf die Polyäthylen-Oberflächen in Berührung miteinander unter Druck gebracht werden, um die Versiegelung oder Verschweißung zu erreichen. Der Vorgang der Erwärmung der thermoplastischen Oberfläche zur Vorbereitung für die Verschweißung wird allgemein als Aktivierung der thermoplastischen Oberfläche bezeichnet. Thermoplastische Oberflächen sind auf verschiedene Art aktiviert worden ,z.B., indem die thermoplastische Oberfläche elektrischen Entladungen ausgesetzt wird, oder indem das thermoplastische Material durch Anwendung heißer Gase erhitzt wird , oder auch durch Verwendung von hochfrequenten Schwingungen und

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Einwirkung auf das dielektrische Material- Es ist z.B. bekannt, daß thermoplastische Stoffe mit Hilfe eines Stromes heißer Gase,z.B. von Luft, aktiviert werden kön-. nen. Eine solche Aktivierung hat jedoch nicht die gewünschten Ergebnisse gebracht und wird im allgemeinen auch nicht verwendet. Die geläufigste Methode , um thermoplastische Oberflächen zu aktivieren, besteht darin, die Oberflächen einer brennenden Gasflamme auszusetzen. Diese Gasflammentechnik ist z. B. im Gebrauch "bei der Herstellung von Milchbehältern.

Eine der Schwierigkeiten,die bei der Aktivierung einer thermoplastischen Oberfläche auftreten_s beruht auf der gasförmigen Grenzschicht, die normalerweise mit der Oberfläche ver bunden ist, wenn diese durch die verschiedenen Stationen des Schweißgerätes hindurch bewegt wird. Diese Grenzschicht. bildet eine Sperre für das Eindringen der Wärme in die thermoplastische Oberfläche und es ist daher notwendig, sehr hohe Temperaturen zu verwenden,wenn man die Plammentechnik anwendet, um diese Grenzschicht zu durchdringen und die V/arme auf die darunter liegende thermoplastische Oberfläche zu übertragen, so daß die Oberfläche klebrig und haftend wird und sich verschweißen läßt.

Die Gasflammentechnik hat verschiedene Nachteile. Da die Temperatur der Gasflamme recht hoch ist und z.B. 2000⁰P (1090⁰C) beträgt, besteht die Gefahr, daß die Unterlage unter der thermoplastischen Oberfläche überhitzt wird , wenn die Flamme einmal die Deckgrenzschieht durchdrungen hat. Infolge dieser Überhitzung kameine Blockbildung eintreten, wenn die Behälter versiegelt und in einen Versandkarton zusammen verpackt werden . Die Blockbildung bezieht sich auf das Zusammenkleben der fertigen Kartons an Flächen in der liähe der

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Versiegelung, das dadurch zustandekommt, daß die
überschüssige Erwärmung der Versiegelungsfläche infolge
der hohen Temperatur der Flamme diese Blockbildung bewirkt. Die Wärme wird gewöhnlich in der Unterlage festgehalten und kann Temperaturen in dem thermoplastischen
Katerial he worrufen, welche den Schmelzpunkt des thermoplastischen Materials übersteigen. Da die restliche Wärme von dem thermoplastischen Material vor dem Zusammensetzen und Verschweißen des Kartons und der Verpackung desselben in dem Versandbehälter nicht abgegeben wird, sind die
Versiegelungsflächen des Kartons noch soweit klebrig,
daß sie an den angrenzenden Kartons anhaften, so daß es
schwierig ist, die Kartons bei der Verwendung voneinander zu trennen.

Ein anderer H_achteil der Gasflammentechnik ist der, daß die Gefahr besteht, daß Wasser in der Versiegelungsnaht festgehalten wird , sodaß undichte Stellen in der Naht in dem Eereich des eingeschlossenen Wassers entstehen. Da das
Wasser ein fieaktionsprodukt bei dem Brennen der Flamme ist, nimmt man an, daß meistens das Wasser in die Naht durch
die Flamme selbst eingeführt wird.

Ein weiterer Nachteil des Gasflammenverfahrens ist die verhältnismäßig große Wärmemenge , die in Kalorien ausgedrückt erforderlich ist, um die thermoplastische Oberfläche entsprechend zu aktivieren. Da die Hamme zuerst die Grenz schicht der Oberfläche durchdringen muß, bevor sie die
darunter liegende thermoplastische Schicht/aktivieren kann, ist es gewöhnlich notwendig, die thermoplastischen Ober flächen einer Anzahl von Flammen der Reihe nach auszusetzen, bevor die Grenzschicht durchdrungen werden kann. Wenn

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ferner die Unterlage stark reflektierend ist, wird ein Teil der 'Energie der offenen Gasflamme , die auch als Lichtquelle betrachtet werden kann, von der Oberfläche weg reflektiert, so daß sich eine ungünstige V/är me ausnutzung ergibt. Ein weiterer Nachteil des Gasflammenverfahrens ist der, daß es verhältnismäßig schwierig ist, die Ausdehnung • der thermoplastischen Oberfläche , die erhitzt werden soll, genau zu begrenzen.Die Flamme bestreicht auch benachbarte Flächen, die unter Umständen keinen thermoplastischen Überzug haben,so daß diese versengt werden, oder wenn die benachbarten Flächen einen thermoplastischen Überzug aufweisen, so erhält dieser einen unerwünschten Glanz und es kann auch zu einem Brüchigwerden des plastischen Überzuges kommen, wobei auch die Schutzeigenschaften des plastischen Überzuges vermindert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben , mit der thermoplastische Versiegelungen ohne die oben beschriebenen Nachteile ausgeführt werden können, die die bisher bekannten Aktivierungsverfahren mit sich bringen.

Außerdem sollen undichte Stellen , die durch das Einschließen von Wasserdampf in die Nahtstelle verursacht werden können, verhindert werden. Im Bereich der Nähe der thermoplastischen Naht soll Wasserdampf nicht entstehen können. Außerdem soll die Aktivierung der thermoplastischen Oberfläche mit möglichst geringem Wärmeaufwand und ohne Gefahr der Überhitzung,sowie unter Vermeidung von Blockbildung durchgeführt werden.

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Auch das Versengen von benachbarten Flächenteilen des Kartons soll vermieden werden. Die Grenzschicht, die mit der weiterbewegten Oberfläche aus· thermoplastischem Material zusammenhängt, soll vorzugsweise entfernt ι und nicht, wie bei dem Flammenverfahren, durchbrochen werden .

Bei dem Verfahren zur Verbindung oder Versiegelung von kontinuierlich bewegten thermoplastischen Oberflächen werden gemäß der Erfindung die thermoplastischen Oberflächen, die miteinander verbunden werden sollen , mindestens einem Strom eines heißen inaktiven Gases ausgesetzt und mit diesem in Berührung gebracht. Der Gasstrom trifft auf die sich fortbewegenden Oberflächen ,in einer Richtung auf, die entgegengesetzt zu der Richtung verläuft, in der die thermoplastischen Oberflächen fortbewegt werden. Der Gasstrom trifft ferner auf die sich bewegenden thermoplastischen Oberflächen unter einem Winkel von etwa 10 bis 40° gegenüber der Ebene der thermoplastischen Oberflächen auf. Die mit dem Gasstrom behandelten thermoplastischen Oberflächen werden dann miteinander unter Druck in Berührung gebracht, um die Versiegelung zwischen den Oberflächen zu erreichen.

Ein inaktives Gas ist jedes Gas,weloheakeine nachteiligen physikalischen oder chemischen Wirkungen auf den Oberflächen, die miteinander versiegelt werden sollen, hervorruft und hierzu gehören z.B. Luft, Stickstoff und Argon.

Der Ausdruck "thermoplastisch" soll alle' üblichen thermoplastischen Materialien umfassen, die beim Versiegeln von Karton verwendet werden, z.B. Polyäthylen und Polypropylen. Normalerweise bilden diese thermoplastischen Materialien einen Überzug auf einer Grundlage eines üblichen Verpackungsmaterials·

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Der Strom heißen Gases , der auf die sich fortbewegenden thermoplastischen Oberflächen auftrifft, hat vorzugsweise· die Form eines dünnen flachen Bandes, wobei die iängaausdehnung des Querschnittes des Bandes im wesentlichen parallel zu der Ebene der sich fortbewegenden Oberflächen verläuft und das dünne flache Band des auftreffenden heissen Gasstroms berührt die fortbewegten thermoplastischen Ofcer flächen unter einem Winkel, der wie oben besehrieben, bemessen ist» Dieser Winkel wird gemessen zwischen der Ebene der sich fortbewegenden Oberflächen und der Ebene des flachen dünnen Bandes des Gasstromes . Sine solche Anordnung bildet eine Art Messer, welches die Grenzschicht abhebt, welche mit den weiterwandernden thermoplastischen Oberflächen verbunden ist. Dieses Abheben erfolgt in der Anfangsstufe der Berührung des Gasstroms mit der Oberfläche, worauf die Wärme auf die freigelegten thermoplastischen Oberflächen übertragen wird, um die Oberfläche zur Versiegelung zu aktivieren, wobei diese Aktivierung im letzten Stadium der Berührung des Gasstroms mit der fortschreitenden Oberfläche erfolgt. Die Geschwindigkeit des auftreffenden Gasstroms muß so groß sein, daß praktisch die ganze Grenzschicht von den bewegten thermoplastischen Oberflächen entfernt wird und normalerweise ist sie so bemessen, daß sie die lineare Geschwindigkeit mit der die thermoplastischen Oberflächen bewegt werden, übertrifft.

Da die thermoplastischen Oberflächen von der Berührung mit einer offenen Flamme verschont bleiben, steht kein Wasser mehr in der Hähe der Naht zur Verfügung, so daß die N_aht nicht nachteilig von eingeschlossenem Wasser beeinflusst werden kann. Da ferner der Gasstrom die Grenzschicht entfernt, die zusammen mit den thermoplastischen Oberflächen weiterbewegt werden, ist es nicht mehr notwendig, den Gasstrom auf so hohe Temperaturen zu erhitzen, die die Grenz -

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durchdringen, um die thermoplastischen Oberflächen zu erreichen. Die Oberflächen und ihre Grundschicht werden daher nicht mehr überhitzt und die Gefahr der Blockbildung ist vermieden. Da ferner eine geringere Wärmemenge erforderlich ist, ergibt sich eine wesentliche Ersparnis "bei der Durchführung des Verfahrens. Da der heiße Gasstrom auch kein Licht erzeugt, ist die Reflektion von Wärme von der reflektierenden Unterlage aur ein Minimum herabgesetzt, so daß die Wärme mit gutem Wirkungsgrad ausgenutzt wird.

Die Abmessungen des auftreffenden heißen Gasstromes können sorgfältig gesteuert und bemessen werden, indeca entsprechend geformte Düsen Anwendung finden und die Vorrichtungen entsprechend ausgebildet sind, um sicherzustellen, daß nur die zu versiegelnde Fläche des Kartons der Erwärmung ausgesetzt wird, wodurch die unerwünschten Wirkungen des Brüchigwerdens und der Beeinträchtigung der Deckschicht reicht eintreten können, die sich ergeben, wenn angrenzende Flächen des Kartons unbeabsichtigt zu stark erhitzt werden. Da die Aktivierung mit niedrigeren Temperaturen erfolgt, ist auch die Gefahr einer Versengung der benachbarten Flächenteile des Kartons wesentlich vermindert.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen der thermoplastischen Oberflächen, die bei der Ausführung des obigen Verfahrens benutzt wird.Sie enthält erstens Einrichtungen, die die thermoplastischen Oberflächen, die miteinander vereinigt werden sollen, kontinuierlich vorwärtsbewegeiij zweitens Düsen, die in der Nähe der fortbewegten. Oberflächen, aber in einem vorgegebenen Abstand zu den Oberflächen angeordnet sind

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und die einen Strom eines heißen Gases in einer Richtung die der Vorschubbewegung der Oberflächen entgegengesetzt ist, auf die Oberflächen richten, und zwar unter einem Winkel von etwa 10 bis 40° gegenüber der Ebene der sich fortbewegenden Oberflächen, drittens Einrichtungen zur Zuführung des Gases zu den Düsen, viertens Einrichtungen zur Erwärmung des den Düsen zugeführten Gases auf die erforderliche Temperatur, und fünftens Einrichtungen ,welche die mit dem Gas behandelten und aktivierten thermoplastischen Oberflächen unter Druck miteinander in Berührung bringen, so daß die Versiegelung bewirkt wird.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Blasvorrichtung eine Düse, die als Mündung einen langen dünnen Schlitz aufweist, der geeignet ist, auf die fortschreitenden thermoplastischen Oberflächen einen dünnen flachen Strom oder einen bandartigen Strom eines Gases zu blasen. Die Längsausdehnung des Düsenschlitzes liegt im wesentlichen parallel zu der Ebene der benachbarten bewegten thermoplastischen Oberfläche , so daß das oben erwähnte "Luftmesser" erzeugt wird.

Das Gerät kann eine oder mehrere Düsen aufweisen , und zwar in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Oberflächen an den Düsen vorbeibewegt werden und in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases, das * aus den Düsen austritt.

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform des Gerätes gemäß der Erfindung;

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Pig. 2 ein dchnitt nach der Linie 2-2 der Pig. I, wobei jedoch die übliche Faltvorrichtung der Fig. 1 weggelassen ist;

Fig. 3 ein Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1;

Fig. 4 ein Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1, aber unter Weglassung der Faltvorrichtung;

Fig. 5 nach der Linie 5-5 der Fig. 1;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Düsenanordnung gemäß der Erfindung, und

Fig. 7 eine Endansicht der Düse der Fig. 6 , die die dünne schlitzartige Öffnung der Düse zeigt.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein Karton -Rohling'10 im Beispiel ein Milchkartonformstück mit 4 Seitenwandungen 11, 12, 13 und 14 zwischen zwei stetig bewegten Gummibändern 15 und 16 (Fig. 2) fortbewegt wird, die das Formstück: durch Reibung ergreifen und es in der Pfeil richtung der Fig. 1 durch das Gerät der Fig. 1 bewegen. Die Förderbänder 15 und 16 werden von umlaufenden Zylindern 17 und 18 angetrieben.

wenn das Formstück 10 die Vorrichtung durchläuft, wird es an einer Reihe von Düsen 19 vorbeigeführt, die im //inkel gegenüber den Oberflächen 11 und 14 des Formstücks

10 angeordnet sind, und einen Abstand von den Obevflachen

11 und 14 haben. Bevor das Formstück die Düsenanordnung

19 erreicht, ist es wünschenswert, das Formstück 10 teilweise zu falten, wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht. Es ist

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hier ersichtlich, daß die Wandung 11 mit Hilfe einer üblichen Faltvorrichtung gefaltet worden ist, so daß sie eine im wesentlichen vertikale Lage hat, während die Wandung 14 eine Lage einnimmt, die um 45 zur Horizontalrichtung geneigt ist. Der Zweck dieser vorbereitenden Faltung ist, die Möglichkeit zu schaffen, daß das Kartonformstück sobald als möglich fertig gefaltet wird, nachdem die thermoplastischen Oberflächen durch den heißen Luftstrom aktiviert sind, der die Düsen 19 verläßt.

Das Formstück 10 ist beispielsweise ein mit P&yäthylen beschichteter Milchbehälterkarton, dessen Polyäthylenbeschichtung aktiviert wird, um eine Schweißung entlang dem äußeren Rand 20 der V/andung 11 und dem inneren Rand der Wandung 14" zu ermöglichen.

Das teilweise gefaltete Formstück 10 wird an der Düsengruppe 19 vorbeibewegt, die auf den Rand 20 der V/andung und den Rand 21 der V/andung 14 einen Strom heißer Luft in einer Richtung aufbläst, die entgegengesetzt zur Fortbewegungsrichtung der Formstücke ist und einen Winkel von etwa 10° bis 40° gegenüber der Ebene der thermoplastischen Oberfläche hat, die sich in der iJähe der Düse befindet.

Eine der Düsenanordnungen 30, welche die Düsengruppe 19 bildet, ist in Fig. ο und 7 dargestellt. Die Düsenanordnung 30 enthält ein hohles metallisches Außenrohr 31, das an einem Ende einen verbreiterten Abschnitt 32 aufweist, der eine Düsenöffnung 33 in Form eines dünnen vertikalen Schlitzes enthält. In dem Rohr 31 befindet sich ein Heizelement 34, das vorzugsweise ein Serpentinheizelement ist, wie es z.B. von der Firma Sylvania Electric Products,Ine. geliefert wird. Das Serpentinheizelement 34, das vorzugsweise aus

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einer Eisenlegierung "besteht, wenn Luft als Gas verwendet wird und aus Wolfram , wenn als Gas Stickstoff oder ein anderes säuerstoffreies Gas verwendet wird, befindet sich in einer Quarzhülle J>b , die an beiden Enden offen ist. Die Luft von einer Druckluftquelle 37 (Pig.l) : wird der ^uarzhülle 36 an einem Ende 3oa über eine Leitung 38 augeführt, die mit der Quarzhülle 3ö über eine Kupplung Ϊ9 in Verbindung steht. Das Kupplungsstück 39 ist mit einer Stütze 40 versehen, um die Düsenanordnung 30 gruppenweise wie aus Fig· 1 ersichtlich, anordnen zu können. Das öerpentinheizelement 34 kann elektrisch an eine Sammelschiene 41 (Pig· 1) über ein Kabel 42 angeschlossen werden, wobei die Kabel mit dem Heizfaden 34 über die Kupplung 39 in Verbindung stehen. Wenn die Luft durch das Element 34 erhitzt ist,tritt sie aus der Quarzhülle 36 am Ende 3bb aus und wird durch die Mündung 33 aus der Düsenanordnung 30 geblasen.

Aus Pig. 6 und 7 ist es ersichtlich, daß die dünne vertikale schlitzförmige Ausbildung der Düsenöffnung 33 einen flachen,dünnen Luftstrom erzeugt, der durch das Heizelement 34 auf die gewünschte Temperatur erhitzt ist und die Form eines dünnen flachen Bandes hat. Die Dicke des Bandes entspricht im wesentlichen der Weite der Düsenöffnung 33 mindestens in unmittelbarer Nähe der Mündung 33·

Die Längsausdehnung des Querschnittes des flachen Luft strombandes, das aus der Düse 33 austritt, liegt vorzugsweise im wesentlichen parallel zu der thermoplastischen Oberfläche in der Nähe der Mündung 53 , so daß der Luftstrom auf die thermoplastischen Oberflächen in Form eines Luft-(«essers auftrifft,welches die unerwünschten Grenzschichten abhebt und entfernt, die sich mit den bewegten thermoplasti-

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stisohen Oberflächen zusammen bewegen.

Die Abmessungen -der Düsenöffnung 33 sind nicht sehr kritisch und können je nach dem Verwendungszweck abgeändert werden. Wenn z.B. die Düse 33 dichter an die zu beheizende thermoplastische Oberfläche herangerückt wird, kann die Dicke der •Öffnung 33 fortschreitend größer gemacht werden. Die Dicke wird so gewählt, daß sichergestellt ist, daß der heiße Luftstrom aus der Mündung 33 verhältnismäßigdünn bleibt, so dai der Strom nicht seine Schärfe als luftmesser verliert. Jann andererseits die Düse 33 weiter weg von den thermo plastischen Oberflächen bewegt wird, ist es erwünscht, die Dicke ,d.h. die kleinere.Abmessung der Düse ziemlich schmal zu halten, um ein unerwünschtes Ausbreiten des Gasstromes zu vermeiden, wenn er die Mündung verläßt, wodurch die Schärfe des Luftmessers reduziert würde. Im allgemeinen sind Düsenbreiten zwischen 0,5 und 1 mm (0,02 bis 0,04 Zoll) und vorzugsweise 0,87 bis 0,9 mm (0,035 bis 0,037 Zoll) gut geeignet. Die größere Abmessung der Düse 33 kann zwischen 6 und 37 mm ( l/4 bis 1 1/2 Zoll) schwanken, wobei eine Ausdehnung von 10 bis 15 mm (0,4 bis 0,6 Zoll) vorzuziehen ist.

Die Düse 33 sollte in ziemlicher Nähe der thermoplastischen Oberfläche gehalten v/erden, die beheizt werden soll. Im allgemeinen hat die Düse 33 einen räumlichen Abstand von der thermoplastischen Oberfläche , die aktiviert werden soll, der zwishen 1,63 mm und 4 mm (0,065 und 0,16 Zoll) liegt, wobei das Maß in der Mittellinie des Mündungsschlitzes senkrecht zu der thermoplastischen Oberfläche genommen ist. Vorzugsweise liegt der Abstand bei etwa 2,5 bis 2,6 mm (0,10 bis 0,11 Zoll).

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Die Luft wird der Yerzweigungsleitung 37 über eine Zufuhrungsleitung 50 zugeführt. Die Druckluft wird dann über eine Leitung 38 de.m Serpentinheizelement 34 zugeleitet , das in der Düsenanordnung 30 angeordnet ist, wobei die Luft auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird. Die erhitzte Luft tritt durch die Düse 33 als dünnes flaches Band aus, das gegen die sich fortbewegende thermoplastische Ober fläche trifft, die ihr benachbart ist. Der dünne heiße Luftstrom wirkt anfangs als Luftmesser, um die Grenzschicht zu entfernen, die sich mit den fortschreitenden thermoplastischen Oberflächen weiterbewegt. Wenn diese Grenzschicht entfernt ist, dient sie dazu , um Wärme auf die thermoplastische Oberfläche zu übertragen, um sie für die Versiegelung zu aktivieren.

Die Geschwindigkeit der heißen Luft , die aus der Düsenöffnung 33 austritt, muss genügend groß sein, um mindestens einen wesentlichen Anteil der Grenzschicht zu entfernen, die mit den fortschreitenden thermoplastischen Oberflächen zusammenhängt. Es wurde festgestellt, daß diese Geschwindigkeit vorzugsweise mindestens doppelt so groß ist, als die Lineargeschwindigkeit, mit der die Formstücke 10 durch die Vorrichtung wandern. D^e Luftgeschwindigkeit kann zwischen dem iiwei- bis Zehnfachen der linearen Geschwindigkeit des Formstückes 10 liegen und beträgt vorzugsweise das etwa Sieben- bis Zehnfache der linearen Geschwindigkeit des Formstückes 10. Die Formstücke 10 werden durch das Gerät mit einer Lineargeschwindigkeit von etwa 530 bis 800 m/Min, bewegt.

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Die Luft, die an dem Serpentinheizelement 34 vorbeistreicht, mufS soweit aufgeheizt werden, daß sie die thermoplastische Oberfläche richtig aktiviert. Normalerweise wird die Luft auf eine Temperatur zwischen etwa 650° C bis HOO⁰C ( 1200⁰P bis 2000⁰P) erwärmt und vorzugsweise zwischen 950° und 1020° C (175O⁰P bis 185O⁰P) erwärmt.

Die verwendete Luft stammt vorzugsweise aus der Atmosphäre und enthält daher nur kleine Mengen Wasserdampf. Wenn jedoch die Luft auf die angegebene Temperatur erwärmt wird, wird das darin enthaltene Wasser in übererhitzten trockenen Dampf umgewandelt. Nachdem der heisse Luftstrom auf die fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberflächen aufgetioffen ist, um die Grenzschicht zu entfernen und die Oberflächen für die Versiegelung zu aktivieren, wird der Luftstrom unter etwa dem gleichen Winkel , unter dem er auftritt, reflektiert oder zurückgeworfen und vermischt sich mit der umgebenden Atmosphäre. Die Feuchtigkeit in diesem reflektierten Luftstrom kondensiert nur , wenn . Taupunktbedingungen an einem der den thermoplastischen Oberflächen fernliegenden Punkt angetroffen werden. Die Oberflächen bleiben trocken und schlies· sen praktisch keinen v/a3serdampf ein, wenn sie miteinander versiegelt werden.

Es sind mehrere Düsenanordnungen 30 vorgesehen. Diese Anordnungen liegen hintereinander mit Bezug auf die fort schreitend bewegtai thermoplastischen Oberflächen, so daß diese Oberflächen der Reihe nach mit den heißen Luftströmen aus den Düsen 33 in Berührung kommen. Die· Zahl der

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erforderlichen Düsenanordnungen hängt von verschiedenen Parametern ab, z.B. von der Geschwindigkeit, mit der die Formstücke 10 die Vorrichtung durchlaufen und von der Erwärmung des Gases, das aus den Düsen 33 austritt.

i.'achdem die thermoplastischen Oberflächen 20 und 21 des Formstückes 10 beim Durchlaufen der Düsengruppe 19 mit den Jüsenanordnungen 30, wie in Fig. 1 ersichtlich, aktiviert worden sind, tritt das so behandelte Formstück 10 in eine übliche Faltvorrichtung 50 ein, in der die Wandungen 11 und 14 nach innen gefaltet werden, so daß sie eine Lage einnehmen, die am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Das Formstück 10 tritt dann in eine zweite übliche Faltvorrichtung 61 ein, wobei die aktivierten thermoplastischen Oberflächen 20 der Wand 11 und 21 der W_and 14 miteinander in Berührung gebracht werden, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Sie wandern dann durch Druckrollen 62 ,welche die aktivierten thermoplastischen Oberflächen verschweißen, bezw. versiegeln , um den Vorgang zu beenden.

Die üblichen Faltvorrichtungen 60 und 61 enthalten Le it flächen und Bänder , wie dies an sich bekannt ist.

Der dünne,flache , bandförmige Luftstrom aus den Düsen 33 trifft auf die thermoplastischen Oberflächen des Formstückes 10 unter einem v/inkel von etwa 10 bis 40 auf ,wobei ein günstiger Wert bei 27 bis 33° liegt. Der Winkel wird gemessen zwischen der Ebene der thermoplastischen Fläche und der Ebene des flachen bandförmigen Luftstromes, der auf die Fläche auftrifft . Man hat festgestellt, daß , wenn dieser v/inkel unter einen Wert von 10 fällt, die Grenzschicht, die mit der thermoplastischen Oberfläche zusammen wandert, nicht genügend entfernt werden kann, so daß ein

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Wärmeaustausch mit der darunter liegenden thermoplastischen Fläche nicht in ausreichendem Maße eintritt. Wenn andererseits der Winkel oberhalb von 40° liegt, wird nur der oberste Teil der Grenzschicht entfernt, so daß es' ebenfalls schwierig ist, die Wärmeübertragung durch den noch verbleibenden Teil der Grenzschicht zur darunter liegenden thermoplastischen Oberfläche zu bewirken.

Außer der Gruppe 19 von Düsenanordnungen 30, die in Fig. 1 dargestellt ist, kann eine zweite Gruppe von Düsenanordnungen vertikal unterhalb der Gruppe angeordnet werden,wenn es wünschenswert ist, eine thermoplastische Oberfläche größerer Dicke zu aktivieren.Außerdem können die Düsenanordnungen mit der dünnen schlitzförmigen Düsenöffnung 33 auch durch Düsen ersetzt werden, die eine kreisförmige oder andersgeformte Düsenöffnung haben, vorausgesetzt, daß der heiße Gasstrom , der aus diesen Öffnungen austritt, der Bewegungsrichtung der Oberflächen entgegengesetzt ge richtet ist und auf die Oberflächen unter einem Winkel von etwa 10°bis 40° auftrifft.

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Claims

6733 Patentansprüche .

Verfahren zum Zusammenschweißen von stetig bewegten thermoplastischen Oberflächen ,dadurch gekennze ichnet, daß auf die fortschreitend bewegten Oberflächen mindestens ein Strom eines heißen ,inaktiven Gases gerichtet wird, der auf die Oberflächen in einer Hiehtung auftrifft, die der Portbewegungsrichtung der Oberflächen entgegengesetzt ist und unter einem Winkel gegenüber der Ebene der Flächen von etwa 10° bis 40° und daß die derart behandelten Oberflächen unter Druck miteinander in Berührung gebracht werden, um die Verschweissung der Oberflächen zu bewirken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß der auftreffende heiße Gasstrom die Form eines dünnen flachen Bandes hat.
3- Verfahren nach Anspruch l,da durch gekennzeichnet, daß der Auftreffwinkel des heißen Gasstromes zwischen der Ebene der Oberflächen und der Ebene das flachen dünnen Gasstroms gemessen ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel etwa 27° bis 33° beträgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftreffgeschwindigkeit des heißen Gasstromes zwei- bis zehnmal so groß ist, wie die lineargeschwindigkeit der sich fortbewegenden Oberflächen.

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6.. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Gasstrom eine Temperatur zwischen 65O⁰C und 1090⁰C aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, da durch gekennzeichnet , daß die Geschwindigkeit des auftreffenden Gasstromes das sieben— bis zehnfache der Lineargeschwindigkeit der bewegten Oberflächen beträgt, und daß die Temperatur des Gasstromes zwischen 95O⁰O und 1020⁰C liegt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom ein Luftstrom ist.
9· Verfahren nach einem odermehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastischen Oberflächen aus Polyäthylen bestehen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Polyäthylenoberflächen an den Rändern eines Kartonformstückes angeordnet sind.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ,dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Fortbewegungsgeschwindigkeit der Oberflächen zwischen 530 m und 800 m /Min. liegt.
12. Verfahrennach Ansprüchen 2 und 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längsausdehnung des Querschnittes des im wesentlichen flachen,dünnen Gasstromes im wesentlichen parallel zu der Ebene der thermoplastischen Oberfläche liegt , auf die der Gasstrom auftrifft,

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13· Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 12 , dadurch gekennzeichnet, daß mehrere flache, dünne Gasströme verwendet werden , und daß diese Ströme mit den Oberflächen der Reihe nach "bei der Bewegung der Oberflächen in Berührung kommen.
14· Verfahren nach Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke des flachen,dünnen Gasstromes zwischen 0,5mm und 1 ma liegt , und die Breite zwischen 6mm und 37 mm.
15· Verfahren nach Anspruch 14,dadurch gekennzeichnet ,daß die Dicke des flachen, dünnen Gasstromes zwischen 0,37 mm und 0,9 mm liegt und die Breite zwischen 10mm bis 15 mm .
16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennze ichnet, daß das Formstück ein Milchbehälterkarton ist.
17· Verfahren nach Anspruch 10 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Formstück vorgefaltet ist, bevor die thermoplastischen Oberflächen dem auftreffenden Gasstrom ausgesetzt werden.
18. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen' (15,16) zum kontinuierlichen Vorschub der zu verbindenden Oberflächen vorgesehen sind, daß Düsen (19) in der Diähe der fortschreitend bewegten Oberflächen angeordnet sind , die einen Abstand von dieser Oberfläche haben und einen heißen Gasstrom in einer Richtung, die der Bewegungsrichtung der Oberflächen entgegengesetzt ist, auf diese richten und zwar in einem .vinkel von etwa 10° bis 40° gegenüber der Ebene der fort-

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schreitend bewegten Oberflächen, daß ferner eine Vorrichtung (37,38) zur Zuführung von Gas zu der Düsenanordnung, ferner eine Heizvorrichtung (34) für das Gas und Einrichtungen (50,61) vorgesehen sind, die die so behandelten thermoplastischen Oberflächen unter Druck miteinander in Berührung bringen, um die Versiegelung durchzuführen.
19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düseneinrichtung (30) eine Düse (33) aufweist, deren Mündung einen langen dünnen Schlitz hat, so daß sie auf die fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberflächen (20,21) einen dünnen flachen Gasstrom richtet.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Düsen (33) vorgesehen sind, an denen die fortschreitend bewegten Oberflächen (20,21) der Reihe nach vorbeigeführt werden, und daß die Längsausdehnung des Düsenschlitzes parallel zu der Ebene der fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberfläche liegt.
21. Vorrichtung nach Ansprüchen 19 oder 20, d a d u r c h gekennze ichnet , daß die Düse (33) so angeordnet ist, daß der Gasstrom gegen die fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberflächen (20,21) .unter einem vVinkel von 27° bis 33° auftrifft, wobei dieser Winkel zwischen der Ebene der Oberfläche und der Ebene des dünnen, flachen Gasstromes gemessen ist, der aus dem Schlitz der Düse austritt.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch g e^- k e η η ζ e ichnet, daß der dünne.Schlitz der Düsenmündung (33) eine Dicke von 0,5 mm bis 1 mm und eine Breite von 6 mm bis 37 E^ aufweist, und daß der Abstand zwischen der Düsenmündung und der benachbarten thermoplastischen Oberfläche 1,6 mm bis 4 mm beträgt.

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23· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der dünne Schlitz der Düsenöffnung (33) eine Dicke hat, die zwischen 0,87 mm und 0,9 mm liegt und eine Breite von 10 mm bis 15 mm und daß der Abstand zwischen der Düsenmündung und der benachbarten thermoplastischen Oberfläche etwa 2,5 mm bis 2,6 mm beträgt.
24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 23} dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erhitzen des Gases ein elektrisches Serpentinheizelement (34) aufweist, über das der Gasstrom geleitet wird.
25. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem

der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Antriebsvorrichtung zur stetigen Portbewegung der zu vereinigenden Oberflächen (20,21) aufweist, ferner eine Anzahl von Düsen (33) in der Nähe dieser Oberflächen und an denen die Oberflächen der Reihe nach vorbeigeführt werden, wobei die Düsen (33) je eine lange,dünne Düsenöffnung aufweisen, die einen dünnen,flachen,heißen Gasstrom auf die fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberflächen lenken, wobei die Längsausdehnung der Düsenschlitze im wesentlich parallel zu der Ebene der fortschreitend bewegten thermoplastischen Oberflächen liegen und die Düsen so angeordnet sind, daß sie den dünnen,flachen,heißen Gasstrom gegen die fortschreitend bewegten Oberflächen in einer Richtung lenken, die der Bewegungsrichtung der Oberflächen entgegengesetzt gerichtet ist und unter einem Winkel, der zwischen 10° und 40° gegenüber der Ebene der fortschreitend bewegten Oberflächen liegt, daß ferner Einrichtungen (37,38) zur Zuführung des Gases zu den Düsen, zur Erwärmung des Gases (34) und Einrichtungen (61) vorgesehen sind, welche die vorbehandelten thermoplastischen Oberflächen unter Druck miteinander in Berührung bringen.

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