DE2255762A1 - Vorrichtung zum zusammenfuegen von zwei folien unter druck und waerme - Google Patents

Vorrichtung zum zusammenfuegen von zwei folien unter druck und waerme

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DE2255762A1
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pressure
cavity
pressure medium
jaws
foils
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DE2255762A
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English (en)
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Peter Jakob Dipl Ing Stubbaek
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ELWIS INGF
Original Assignee
ELWIS INGF
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Description

  • Vorrichtung zum Zusammenfügen von zwei Folien unter Druck und Wärme Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Zusammenfügen von zwei Folien, die wenigstens auf ihren einander zugekehrten Flächen aus wärmeversiegelbarem Material bestehen, welche Vorrichtung zwei zueinander- und auseinanderbewegliche Backen umfasst, von denen die eine heizbar ist und die andere mit einer elastisch nachgebenden Gegendruckfläche ausgebildet ist.
  • Beim Zusammenfügen von Folien mit Vorrichtungen der erwähnten Art, z.B. in der Verpackungstechnik, ist es für die gleichbleibende Qualität der Verbindung und damit ihrer Festigkeit von entscheidender Wichtigkeit, dass die sich geg#nüberliegenden Flächen der Backen, mit denen diesé-gegen die Folien anliegen, genau parallel sind, da sonst in derjenigen Periode, in welcher die beiden Folien zusammengefügt werden, stellenweise Abweichungen im Haltedruck auf treten. Wird der Druck zu niedrig, verschmelzen die beiden Folienschichten nicht innig genug, und wird er umgekehrt zu hoch, wird das geschmolzene Material zur Seite herausgedrückt, was ebenfalls die Festigkeit der Verbindung schwächt. Die ständigen Temperaturschwankungen, denen die Backen während des Betriebes der Vorrichtung ausgesetzt sind, können Verwerfungen im Backenprofil bewirken, und selbst kleine Verwerfungen können bei der Verarbeitung dünner Folien für die Qualität der Verbindung verhängnisvoll sein. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass man heutzutage Folien verwendet, deren Stärken zwischen 20 und 100 um lttrager und die in Breiten bis zu 5m liegen, u.a. zum Verpacken von Rohren, Teppichen und anderen langgestreckten Artikeln.
  • Im Hinblick darauf, die hervorgehobenen Schwierigkeiten zu beseitigen, besteht die Erfindung darin, dass die elastisch nachgebende Gegendruckfläche dez Vorrichtung eine dünne, biegsame Membran umfasst, die eine Begrenzungswand für einen Hohlraum bildet, der ein Druckmittel enthält, und dass die Vorrichtung Mittel für eine periodische Steigerung und Minderung des Druckmitteldruckes im Hohlraum hat.
  • Hierdurch wird erreicht, dass der spezifische Druck, mit dem die Folien zusammengeklem werden, unangesehen Verwerfungen oder andererUijgenauigkeitei in der heizbaren Backe über die gesamte Länge der Verbindung konstant ist, da sich die dünne und biegsame Membran der Form der gegenüberliegenden Backe anpassen kann und da sich die Druckänderungen im Hohlraum hinter der Membran so schnell verpflanzen, dass sie selbst bei sehr langen Backen in der Praxis momentan über der gesamten Länge des Hohlraums auftreten. Durch eine Justierung des maximalen Druckmitteldruckes auf die Rückseite der Membran und eventuell des Zeitraumes, in welchem dieser Druck wirksam ist, wird auf einfache Weise eine Anpassung der Funktion der Vorrichtung an verschiedene Parameter, wie beispielsweise das Folienmaterial, die Folienstärke und die Arbeitstemperatur, ermöglicht.
  • Erfindungsgemäss kann die Membran einstückig mit dem Rest der Wand des Hohlraums sein, die eine wesentlich grössere Wandstärke besitzt. Hierdurch wird eine grössere Sicherheit gegen Undichtigkeiten erzielt als bei Anwendung einer separaten Membran, die an der Gegendruckbacke befestigt wird, und die grössere Stärke der sich an die Membran anschliessenden Hohlraumwände ermöglicht es, die Folien zu beiden Seiten der Heizzone unabhängig vom variierenden Druck in dieser Zone festzuhalten.
  • Die Druckänderungsmittel können eine Druckmittelquelle und ein gesteuertes Ventil umfassen, welches den Hohlraum abwechselnd mit der Druckmittelquelle und mit einem drucklosen Gebiet verbindet. Diese Ausführungsform ist besonders zweckmässig, falls ohnehin schon ein Druckmittel in Verbindung mit der Vorrichtung Anwendung findet, z.P. zum Zusammen- und Auseinanderbewegen der Backen.
  • Dort, wo dies nicht der Fall ist, können die Druckänderungsmittel einen Druckmittelzylinder, der permanent mit dem Hohlraum verbunden ist, sowie Mittel zum Bewegen des Zylinders und seines Kolbens relativ zueinander umfassen. Statt eines separaten Zylinders mit einem Kolben liesse sich auch eine direkte Variation des Hohlraumvolumens benutzen, nämlich dadurch, dass eine der Wände oder ein Teil eines dieser Wände des Hohlraumes beweglich ausgeführt wird.
  • Obwohl die Erfindung generell auf Vorrichtungen der beschriebenen Art anwendbar und somit nicht von derjenigen Weise abhängig nst, in der die Beheizung der einen Backe erfolgt, ist sie jedoch besonders vorteilhaft auf die sogenannte Impulsachweissung anwendbar, bei welcher ein kurzer elektrischer Stromimpuls durch einen oder mehrere an der Backe angebrachte Heizkörper geschickt wird. Die Vorrichtung kann dann erfindungsgemäss Steuerorgane besitzen, die nach dem Einschalten des Stromimpulses den Druck im Hohlraum vergrössern und ihn nach Beendigung -des Impulses auf dem hohen Wert halten. Durch die separate Steuerung des Druckes hinter der Membran wird sichergestellt, dass die Klemmkraft nicht während des ersten Teils der Heizperiode wirksam ist', in welcher sich der normalerweise federbelastete Heizkörper ausweitet und deshalb so ungehindert wie möglich in bezug auf die Backe gleiten können sollte, und dass der auf der Schmelzzone lastende Druck nach einer einleitenden Abkühlung des thermoplastischen Materials entspannt werden kann, so dass sich dessen Molekülketten im Laufe des endgültigen Erstarrens in Abhängigkeit von ihren gegenseitigen Anziehungskräften und ohne von äusseren Druckkräften beeinflusst zu werden anordnen können.
  • Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig.l einen Schnitt rechtwinklig zu den beiden Backen einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche beiden Backen vor dem Einführen der beiden Folien auseinanderbewegt sind, Fig.2 einen entsprechenden Schnitt durch eine geänderte Ausführungsform, bei welcher ein Impulsdraht zum Zusammenschweissen und Durchschneiden der Folien Anwendung findet, und Fig.3 ein Diagramm, welches einen möglichen Verlauf des Heizstromes und Klemmdruckes in einer der in den Figuren 1 und 2 veranschaulichten Vorrichtungen darstellt.
  • In Fig.l bezeichnen 1 und 2 die beiden zueinander- und auseinanderbeweglichen Backen in einer im übrigen nicht gezeigten Schweissvorrichtung für Folien. Die obere Backe 1 umfasst einen metallischen Körper 3, an dessen Unterseite ein extrudiertes Hohlprofil 4 befestigt ist, das aus hitzebeständigem und elastischem Material, beispielsweise Silikongummi oder Polytetrafluoräthylen, hergestellt ist. Der im Inneren des Profils befindliche und sich über die gesamte Länge der Backe erstreckende Hohlraum 5 wird nach unten, d.h. auf der der Unterbacke 2 zugekehrten Seite, von einer ganz dünnen und daher äusserst biegsamen Wand 6 abgegrenzt, während die Wandstärke auf den tlbrigen Seiten des Hohlraums wesentlich grösser ist.
  • Der Hohlraum 5 ist durch einen querverlaufenden Kanal 7 im Profil mit einer Leitung P verbunden, in welche ein Zweiwegeventil 9 zwischen den Hohlraum und einen Druckluftbehälter 10 eingeschal.-tet ist. Befindet sich der Ventilkörper des Ventils 9 in der in Fig.l gezeigten Stellung, ist die Leitung 8 unterbrochen, und der Hohlraum 5 steht durch eine Entlüftungsleitung 11 in Verbindung mit der Umgebung. Nimmt der Ventilkörper seine andere Stellung ein, ist der Hohlraum 5 mit dem Druckluftbehälter 10 verbunden.
  • Die untere Backe 2 der Vorrichtung umfasst einen metallischen Körper 12, der einen durchgehenden Kühikanal 13 enthält. Auf der Oberseite des Körpers 12 ist eine elastische Unterlage 14, die z.B. aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann, und ein Impulsband 15 aus elektrischem Widerstandsmaterial angebracht, und zwar auf der Oberste der Unterlage 14. Das Impulsband 15 ist wiederum mit einem schützenden Überzug 16 abgedeckt, der ebenfalls aus Polytetrafluoräthylen bestehen kann und sich über die Seitenkanten des Körpers 12 hinaus erstreckt. Das Impulsband 15 kann auf bekannte Weise in seiner Längsrichtung federbelastet sein, so dass es immer eine geeignete Spannung aufweist.
  • Fig.3 vsranschaulicfit den Verlauf eines Schweissvorganges, der mit der Vorrichtung nach Fig.l ausgeführt wird. In Fig.3 ist die Zeit auf der Abszisse abgetragen, während die Ordinaten den Strom i, der durch das Impuisband 15 fliesst, beziehungsweise den Druck flpfl im Hohlraum 5 angeben. Nachdem die beiden Folien, die miteinander verschweisst werden sollen und die entweder ganz aus thermoplastischem Material bestehen oder von Laminaten gebildet werden können, bei welchen wenigstens die einander zugekehrten Flächen, die miteinander verschweisst werden sollen, thermoplastisch sind, zwischen den Backen angebracht worden sind, werden diese zum Zeitpunkt tO gegeneinanderbewegt.
  • Die Folien werden hierbei zu beiden Seiten des Impuisbandes 15 durch die elastiselle Auflagekraft festgehalten; die von den relativ massiven Seltenwänden des Hohlprofils 4 ausgeübt wird, während sie im wesentlichen zwischen dem Impulsband 15 und der etwas breiteren Membranwand 6, die aufgrund ihrer grossen Biegsamkeit nachgibt, weil der hohlraum 5, wie auch aus Fig.l hervorgeht, unter atmosphärischem Druck steht, unbelastet sind.
  • Gleichzeitig damit, dass die Backen gegeneinanderbewegt werden, wird der Strom zum Impulsband 15 eingeschaltet, der auf seinen Höchstwert anwächst, siehe Fig.3. Die Folien werden dadurch erwärmt, so dass das thermoplastische Material in der zwischen dem Impulstand 15 und der Membranwand 6 befindlichen Zone schmilzt.
  • Hiernach ird der Strom zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet.
  • Kurz vor diesem Zeitpunkt wird das Ventil 9 umgeschaltet, z.B., gesteuert von einer elektronischen Uhr, wodurch der Druck im Hohlraum auf den im Behälter 10 ~herrschenden Druck ansteigt.
  • Dieser Zeitpunkt ist i10 Fig.3 mit t1 bezeichnet. Der hohe Druck, der durch die Membran ( auf die Folien einwirkt und der dank der Biegsamkeit der Mem@@an alf der gesamten Länge der Backe völlig g]eichartig ist, und ztqar unangesehen eventueller Abweichungen von der idealen geradlinizen.Form der Backe 2 und damit des Impulsbandes 15, ist während der einleitenden Phase des Erstarrens des thermoplastischen Materials wirksam, bis das Ventil 9 zum Zeitpunkt t3 wieder umgeschaltet und damit der Druck auf die Folien entspannt wird. Aufgrund des völlig gleichmässigen Schweissdruckes pro Längel!einheit der Backe wird eine perfekte Schwei.ssverbindung erreicht.
  • Nach der Entlastung des auf die Folien wirksamen Klemmdruckes werden die Backen 1 und 2 noch bis zum Zeitpunkt t4 zusammengehalten, zu welchem das thermoplastische Material völlig erstarrt ist, und unter dieser abschliessenden Phase ist die Schweissnaht völlig frei von äusseren Beanspruchungen, da die elastischen Hflltekräfte zwischen den relativ massiven Teilen des Hohlprofils 4 und der unteren Backe eventuelle in Längsrichtung der Materzalien wirksame Zugkräfte aufnehmen. Die Schmelze in der Schweissnaht erstarrt daher unter idealen Bedingungen, so dass sich die Molekülketten des Kunststoffs in Abhängigkeit von ihren gegenseitigen Anziehungakräften ausrichten und anordnen und dadurch eine feste Schweissnaht bilden können. Zum genannten Zeitpunkt t4 werden die Backen wieder auseinanderbewegt.
  • Fig.2 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher anstatt eines Impuisbandes ein sogenannter Impulsdraht Anwendung findet, der zur gleichen Zeit die Folien zusammenschweisst und durchschnei.-det. In Fig.2, in welcher auch die beiden Folienbahnen 17 und 18 enthalten sind, sind die einzelnen Teile der Backen mit denselben Bezugsziffern wie in Fig.1 bezeichnet, während der drahtförmige Schweissheizkörper mit 19 bezeichnet ist. Aus Fig.2 ist ers-J~ciiU'-lich, wie sich die sehr biegsame Membranwand 6 im Hohlprofil 4 an die Form des Impulsdrahtes 19 anschmiegen und dadurch teils ein perfektes Durchschneiden der zusammengeschweissten Folienbahnen bewirken teils den nach dem Durchschneiden auftretenden Kräften in den Randzonen der zusammengeschweissten Folienbahnen 17 und 18 nachgeben kann, so dass zwei regelrechte Wulstnähte gebildet werden können, und somit eine. hohe Festigkeit der Schweissnähte erreicht werden kann.
  • Für gewisse Anwendungszwecke findet eine Kombination von Impulsbändern und -drähten Anwendung, und zwar ist es beispielsweise bekannt, zwei parallele Impulsbänder mit einem gegebenen Abstand voneinander auf der einen Backe und einen Impulsdraht auf der gegenüberliegenden lacke im Zwischenraum zwischen den Impuls' bändern anzubringen. Auch auf eine Schweissvorrichtung mit derartigen zacken ist die Erfindung anwendbar, indem dann allen oder einigen der Heizkörpern gegenüber hohle Gegendruckkörper mit-einer dünnen, biegsamen Membranwand angebracht werden können, die abwechselnd unter hohen und niedrigen Druck gesetzt werden, SD wie es weiter vorn beschrieben worden ist. Die Erfindung ist auch nicht auf das Verschweissen von Folien nach dem Impulsverfahren beschränkt, sondern ist auch auf Vorrichtungen mit permanent beheizten, z.Ta~ thermostatgesteuerten, Schweissbacken anwendbar. Bei sehr langen Backen kann es vorteilhaft sein, hydraulischen Druck an Stelle von pneumatischem Druck zu benutzen, da sich eine Druckänderung in einer Flüssigkeit schneller fortpflanzt als in einem Gas. Die Drucksteigerung und -minderung im Hohlraum des Gegendruckkörpers kann auch auf andere Weise als der gezeigten durch Anschluss einer Druckmittelquelle hervorgebracht werden. Beispielsweise kann in Verbindung mit dem inneren Hohlraum des Gegendruckkörpers ein Druckmittelzylinder mit einem Kolben angebracht sein, der analog mit dem beschriebenen Ventil zu vorgegebenen Zeitpunkten akjviert wird und dadurch das Volumen des Hohlraumes verkleinert bzw. vergrössert. Als Kolben könnte gegebenenfalls auch ein Teil der Wand des Hohlraumes selbst benutzt werden. Der genannte Druckmittelzylinder liesse sich z.B. durch einen Magneten aktivieren, dessen Stromversorgung ähnlich wie das beschriebene Ventil.von einer elektronischen Uhr gesteuert wird, doch könnte der Zylinder alternativ auch mechanisch mit dem Antriebsmechanismus für die Backen gekoppelt sein.

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zum Zusammenfügen von zwei Folien, die wenigstens auf ihren einander zugekehrten Flächen aus wärmeversiegelbarem Material bestehen, welche Vorrichtung zwei zueinander- und auseinanderieweg]iche zecken (1, 2) umfasst, von denen die eine (2) heizbar ist und die andere (1) mit einer elastisch nachgebenden Gegendruckfläche allsgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegendruckfläche eine dünne, biegsame Membran (6) umfasst, die eine Begrenzungswand fflr einen Hohlraum (5) bildet, der ein Druckmittel enthält, und dass die Vorrichtung Mittel (9, 10) für eine reriodische Steigerung und Minderung des Druckmitteldruckes im Hohlraum (5) hat.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (6) einstückig ist mit dem Rest der Wand des Hohlraums (5), die eine wesentlich grössere Wandstärke besitzt.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungsmittel eine Druckmittelquelle (10) und ein gesteuertes Ventil (9) umfassen, das den Hohlraum abwechselnd mit der Druckmittelquelle und mit einem drucklosen Gebiet verbindet.
  4. J. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderungsmittel einen Druckmittelzylinder, der permanent mit dem Hohlraum (5) verbunden ist, sowie Mittel zum Bewegen des Zylinders und seines Kolbens relativ zueinander umfassen.
  5. 5. Vorrichtung nach jedem der Ansprüche 1-4. und bei welcher die heizbare Packe (2) einen oder mehrere impulsaktivierte eiektrische l!eizkörper (15, 19) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass sie Steuerorgane besitzt, die nach dem Einschalten des Stromimpulses den Druck im Hohlraum (5) vergrössern und ihn nach Beendigung des Impulses auf dem hohen Wert halten.
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