DE2259014C2

DE2259014C2 - Vorrichtung zum Herstellen von in einer Schweißzone liegenden, über leicht aufreißbare Schweißnähte verbundenen einschichtigen Folien oder Verbund-Folien und Verwendung der Vorrichtung hierzu

Info

Publication number: DE2259014C2
Application number: DE2259014A
Authority: DE
Inventors: Elbert Pidgeon Wilmington Del. Carter; Gerrit Claymont Del. Nieuweboer
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1971-12-03
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1982-09-16
Also published as: NL7216388A; CA989568A; GB1418670A; JPS4863887A; NL175276C; GB1418669A; DE2259014A1; IT971464B; FR2162232A1; NL175276B; SE391150B; JPS51517B2; FR2162232B1

Description

a) einer Metallplatte mit einer Einrichtung, um die Metallplatte auf konstanter Temperatur zu halten,

b) einer der Form der gewünschten Schweißnaht entsprechenden, elektrisch leitenden, erhabenen ι Heizfläche,

c) zwc! wärmeleitenden elektrisch isolierenden Folien (20, 24), zwischen denen die Heizfläche angeordnet ist und von denen eine sich über die Metallplatte erstreckt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heizbakke (12) mehrere jeweils einer Schweißnaht zugeordnete Bereiche (31) der Heizflächen (23) aufweist und eine Einrichtung zur getrennt regelbaren Zuführung elektrischer Energie zu jedem Bereich (31) vorgesehen ist.

2. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1, zum Herstellen von <n einer ichweißzone liegenden, über leicht aufreißbare Schweißnähte verbundenen einschichtigen Folien oder '. .jrbund-Folien, wobei die einschichtigen Folien oder die Verbund-Folien (14a. i4b) zwischen der Backe (11) und der Heizbacke (12) zusammengepreßt werden, die den einzelnen Bereichen (31) der Heizfläche (23) zugeführte Energie so geregelt wird, daß die den aufreißbaren Schweißnähten entsprechenden Teile der Folien (14a, 14b) schnell auf eine ausreichend hohe, gleiche Temperatur erwärmt werden, um die Folien (14a, 14b) mit einer erheblich unter dem Maximalwert liegenden Bindungsfestigkeit zu verschweißen und die Folien (14a. 14b) abgekühlt werden, während sie noch zwischen der Backe (11) und der Heizbacke (12) zusammengepreßt werden.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen von in einer Schweißzone liegenden, über leicht aufreißbare Schweißnähte verbundenen einschichtigen Folien oder Verbund-Folien nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer aus der US-PS 28 02 086 bekannten Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 wird die Heizfläche aus einem einzigen Heizelement gebildet, wobei dieses zur Herstellung von Unterbre* chungen der Schweißnaht an den Stellen der Unterbre* chungen mit einem Kupferstreifen abgedeckt ist, der die Wärme abführt Nachteilig ist hierbei, daß Abweichung gen der Heiztemperatur innerhalb verschiedener Bereiche der Heizfläche, wie sie durch Inhomogenitäten dei* Heizfläche und dergleichen hervorgerufen Werden, zu Bereichen unterschiedlicher Stärke innerhalb der Schweißnaht führen.

Aus der GB-PS 10 73 116 ist eine Folien-Verpackung mit aufreißbaren Schweißnähten bekannt Die Aufreißbarkeit der Schweißnähte wird dabei dadurch erreicht, daß die beiden Folien nur an rasterartig verteilten Stellen miteinander verschweißt sind. Nachteilig ist hierbei, daß beim Trennen der beiden Folien eine Folie [eicht beschädigt wird, in dem sie an den verschweißten

ίο Stellen an der anderen Folie so fest hafte?, daß sie zerreißt Diese aufreißbare Schweißnaht ist außerdem nicht fluiddicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die Herstellung einer fluiddichtend aufreißbaren Schweißnaht zu ermöglichen, die über ihre gesamte Länge eine gleichförmige Festigkeit besitzt

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Gegenstand der Erfindung ist ferner die im Patentanspruch 2 angegebene Verwendung der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.

Durch die Unterteilung der Heizfläche in mehrere Bereiche und die selektive Steuerung der den einzelnen Bereichen zugeführten elektrischen Energie können Ungleichförmigkeiten in der Wärmeübertragung auf die Heizbacken und andere Inhomogenitäten kompensiert werden, so daß di< Festigkeit der Schweißnaht so genau gesteuert werden kann, daß sie einerseits fluiddicht ist, andererseits jedoch aufreißbar ist. Das Aufreißen der Schweißnaht kann dabei auch durch Fluiddruck im Inneren einer von der aufreißbaren Schweißnaht gebildeten Kammer erreicht werden.

Für die wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Folien eignen sich insbesondere Polyimid-Foüen. Die Heizfläche kann dabei durch eine Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerschicht an die eine wärmeleitende elektrisch isolierende Folie gebunden sein. Die über der Heizfläche angeordnete wärmeleitende elektnsch isolierende Folie verhindert ein Festkleben der Thermoplast-Folien an der Heizfläcne und weist auf der der Heizfläche abgewandten Seiti eine Tetrafluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolymerschichtauf.

Das Aufheizen der Heizfläche erfolgt gewöhnlich durch Impulsheizung. Da die erforderliche Temperatur unter anderem von dem angewandten Druck abhängt, muß die den einzelnen Bereichen zugeführte elektrische Energie entsprechend gesteuert werden. Die elektrische Energie muß auf etwa ein Prozent genau gesteuert werden, wobei die erreichte Temperatur auch von dem Material der Thermoplast-Folien abhängt und für jedes Material empirisch ermittelt werden muß. Ist die geeignete Temperatur jedoch einmal ermittelt, so lassen sich gleichförmige, aufreißbare Schweißnähte bilden.

Die Temperatursteuerung ist dabei kritisch, da es im allgemeinen nicht gelingt, die Heizfläche mit mechanischen oder chemischen Mitteln so gleichförmig auszubilden, daß der elektrische Widerstand ausreichend gleichförmig ist. Als Thermoplast-Folien eignen sich insbesondere solche aus ionomeren Harzen. Es können dabei zwei getrennte Thermoplast-Folien oder zwei Bereiche einer zusammengefalteten Thermoplast" Folie durch die aufreißbare Schweißnaht Verbünden werden, Werden Verbund'Folien mil der aufreißbaren Schweißnaht versehen, so genügt es, wenn die Oberfläche, an der die Schweißnäht gebildet wird, thermoplastisch ist Die andere Oberfläche kann i, B. auch durch eine Metallschicht gebildet werden.

Ein Ausführungsbeispie] der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung die Vorrichtung zum Herstellen der aufreißbaren Schweißnaht;

Fig.2 die Heizfläche und die elektrischen Zuleitungen zu den einzelnen Bereichen der Heizfläche;

Fig. 3 Mehrkammer-Behälter mit aufireißbaren Schweißnähten, wie sie durch die in Fig.2 gezeigte Heizfläche herstellbar sind, und

Fig.4 schematisch eine Verpackungsanlage, bei der die Vorrichtung gemäß F i g. 1 einsetzbar ist.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung einer auftrennbaren Verschweißung zwischen zwei Thermoplast-Folien 14a und 14£>. Die Vorrichtung weist eine federnde Backe 11, eine Heizbacke 12 und Mittel - hier schematisch dargestellt durch einen Kolben 13 — zum Zusammenpressen der Thermoplast-Folien 14a, b zwischen Backe 11 und Heizbarke 12 auf.

Die Heizbacke 12 weist eine Metallplatte 15 auf, die aus geeignetem Metall, wie Kupfer, Aluminium oder rostfreiem Stahl, hergestellt ist. Sie ist steif und besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Weiter sind iviittei 16 vorgesehen, um die Metallplatte 15 auf einer konstanten Temperatur zu halten, nämlich eine metallene Kühlplatte 17 mit einer Leitung 30 sowie mit einem Ein- und einem Auslaß 18 bzw. 19 zur Einleitung von Wasser konstanter Temperatur. Die konstante Temperatur wird so gewählt, daß die Metaüplatte 15 auf einer Temperatur erheblich unterhalb der Temperatur gehalten wird, welche die Heizfläche 23 erreich;, z. B. auf einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und etwa 60⁰C In der Zeichnung ist eine Wasserkühlung angedeutet, aber es genügt jedes Mittel, das die Temperatur der Metallplatte 15 auf der gewünschten Höhe zu halten vermag, wie z. B. ein Kaltluftstrom. Die Heizbacke 12 enthält weiterhin eine wärmeleitende, elektrisch isolierende Folie 20. die an die Metallplatte 15 gebunden ist und in der gezeigten Ausgestaltung eine dünne Folie 22 aus Polyimid aufweist, die an die Metallplatte 15 gebunden und mit einem dünnen Film 21 aus Tetratluoräthylen-Hexafluorpropylen-Copolymer belegt ist, der dafür vorgesehen ist, die erhabenen, elektrisch leitenden Heizfläche 23 an die wärmeleitende, elektrisch isolierende Folie 20 zu binden. Zur Erreichung der richtigen Druckverteilung beim Zusammenpressen sollte die Heizfläche 23 mindesten* 0,125 mm, vorzugsweise 0,175 mm dick sein. Weiterhin ist die wärmeleiten de, elektrisch isolierende Folie 20 so ausgebildet, daß die erhabene Heizfläche 23 in thermischem Kontakt mit der Metallplatte 15 steht >ind dennoch von ihr elektrisch isoliert ist Wie in F ι g. 2 gezeigt, kann die Hei;zfläche 23 einen odpr mehrere V-förmige Bereiche 31 siufweisen. die jeweils ihre eigenen elektrischen Zuleitungen 32 und 33 haben, so daß die Energie, die jedem der eine der aufreißbaren Schweißnähte definierenden Bereiche 31 der Heizfläche 23 zugeführt wird, getrennt gesteuert werden kann.

Da die erhabene Heizfläche 23 dazu neigt, an den Thermoplast-Folien 14a, b zu kleben. :S! die in F i g. 1 gezeigte Vorrichtung weiterhin mit einer wärmeleitenden, haftwidrigen Folie 24 versehen, die über der Heizfläche 23 vorgesehen ist und so aufgebaut ist, daß die von der Heizfläche entwickelte Wärme im wesentlichen unverzerrt an die thermoplastischen Folien 14a/ b weitergegeben wird und dennoch ihre Oberfläche nicht an den Thermoplast-Foliiln 14a, b klebt Die wärmeleitende, haftwidrige Folie 24 weist dazu eine dünne Lage 25 einer Polyimidfolie auf, die mit einem Tetrafluoräthylen-Hexalluorpropulen-Copolymer-Film 26 beschichtet ist Es hat sich gezeigt, daß man die wärmeleitende haftwidrige Folie 24 am besten nur auf die Heizfläche 23 legt und nicht an die Heizfläche 23 bindet. Grund hierfür ist, daß jedes Klebemittel, das zur Bindung der wärmeleitenden, haftwidrigen Folie 24 an die erhabene Heizfläche 23 verwendet wird, dazu neigt, sich im Laufe der Zeit auszubreiten und die auf die

ίο Thermoplast-Folien 14a, b übertragene Wärmeenergie ableitet oder zumindest verzerrt.

Die federnde Backe 11 enthält schließlich noch eine dünne Schicht 27 federnden bzw. elastischen Materials, wie Gummi oder Neopren, die an eine Metallplatte 28 gebunden ist. Während des Betriebes werden die Thermoplast-Folien 14a. b zwischen der federnden Backe 11 und der Heizbacke 12 zusammengepreßt, so daß die Thermoplast-Folien 14a. b eine Prägung in der Form der gewünschten aufreißbaren Schweißnähte

erfahren. Während die Folien 14a, b noch zwischen der Backe 11 jnd der Heizbacke 12 zusammengepreßt sind, wird die Temperatur der thermop! lischen Materialien im Bereich der Schweißnähte auf oer richtigen Wert gebracht, indem man der elektrisch leitenden, erhabe-

nen Heizfläche 23 Strom zuführt. Zur Sicherstellung, daß jede der aufreißbaren Schweißnähte auf die gleiche Temp ratur erhitzt wird, wird die jedem Bereich 31 der erhabenen Heizfläche 23 zugeführte Energie getrenn; gesteuert Diese Energiezufuhr erfolgt für eine genü-

gende Zeitdauer, um die Thermoplast-Folien 14a. b auf die richtige Temperatür zu erhitzen, worauf die Stromzufuhr zu der erhabenen Heizfläche 23 abgeschaltet wird Die Kühlplatte 17 bewirkt, daß die gesamte Heizbacke 12 rasch auf die gegebene, konstante Temperatur abgekühlt wird. 1st dies geschehen, werden die Thermoplast Folien 14a. b freigegeben, und die aufreißbaren Schweißnähte sind fertig

Soll ein Mehrkammer-Behalter 35. wie der in F ι g. 3 gezeigte, hergestellt werden, so werden nach den

aufreißbaren Schweißnähten 36 bleibende Ve "schwer Bungen 37, 38, 39 und 40 auf herkömmliche An hergestellt. Falls gewünscht, können natürlich auch zuerst die bleibenden Verschweißungen hergestellt werden.

Fig. 4 zeigt schematisch eine au'.omatiiche Verpakkungsmaschine zur Herstellung von Mehrkammer-Behältern der in F i g. 3 gezeigten und weiter in US PS 34 76 515 beschriebenen Art. Die Behälter werden aus zwei Folien 50, 58 hergestellt. Die untere Folie 50 wird durch die Antriebsrollen 51, 51' von dem Wickel 52 zugeführt und läuft nach Durchgang durch die Spannkammer 53 zur Vertiefungspresse 54, die die Verti> fungen 55 in der Folie bildet. Ein Tablettenzuführer 56 und ein Flüssigkeitszuführer 57 bringen dann fes· .· t der flüssige Reagentien in die Vertiefungen in der unteren Folie 50 ein. Die obere Folie 58 wird vom Wickel 59 übe." die Antriebsrollen iO, 60' und verschiedene Führungsrollen 61 in eine Lage über d;r unteren Folie 50 geführt. Die beiden Folien 50, 58 passieren dann die Station 62, in der die aufreißbartn Schweißnähte 3o (Fig. 3) mit der in Fig. I gezeigten Heizbacke hergestellt werden. Ein Kopfteil 70 mit einer Öffnung 41 wird dann aus dem Magazin 63 zugeführt und bei Station 71 auf den Folien 50, 56 angeordnet, in den Warmschweiß-Stationen 64, 65, 66 Und 67 werden dann das Kopfteil 70 an die Folie. 50,58 geschweißt Und die bleibenden Verschweißungen 35, 37, 38 und 39 hergestellt. Eine Schneidestatiön 68 trennt die einzelnen

Behälter von dem endlosen Folienstreifen ab und führt sie einer Produktwanne 69 zu.

Im Betrieb werden beispielsweise der automatischen Verpackungsmaschine zwei lonomerharz-Foüen zugeführt, deren obere 58 eine Dicke von etwa 0,075 bis 0,15 mm und unlere 5Ö von etwa 0,075 bis 0,25 mm aufweist Der zur trzielung einer bestimmten Abhebefestigkeit aufgewandte Energiebetrag ändert sieh mit der Dicke der oberen Folie 58, während Änderungen der Dicke der Unteren Folie 50 nur eine geringe Auswirkung auf die Energie haben, die zur Ausbildung einer bestimmten Abhebefestigkeif benötigt wird. Zur Bildung der aufreißbaren Schweißnaht wird ein Backendruck von etwa 350 bis 700 kPa, vorzugsweise 420 kPa angewandt. Man arbeitet 0,7 bis 4,0 Sekunden, vorzugsweise 2,0 Sekunden, mit ungefähr 65 Watt (5 Ampere bei 13 Volt über 2,5 Ohm). Durch Steuerung des Energieinipulses kann die Abhebefestigkeit von 0 bis über 4 N/SchweiGnaht variiert werden. Ein Bereich von 0,65 bis 1,25 N/Schweißnaht hat sich bewährt. Bei über 4 N/Schweißnaht kann die Verschweißung als bleibend betrachtet werden. In diesem Zusammenhang bedeutet N/Schweißnaht die Kraft in Newton, die erforderlich ist, um eine Schweißnaht des V-Förm-Typs aufzutrennen, wenn man die Thermoplast'Folien 14a, b unter¹ einem Winkel von 180° zueinander so auseinanderzieht, daß die V'Spitze als erstes Teil aufgetrennt

ίο wird. Bei dieser Prüfung beträgt die Breite der Schweißnaht 0,76 mm, schließt das V einen Winkel Von 120° ein und ist der MiUe'Mitte-Äbstand zwischen den vertikalen Schenkeln gleich 11,7 mm. Die Auftrennkraft ist der höchste Wert in Newton, der zwischen dem

• 5 Beginn der Auftrennung und dem Punkt aufgezeichnet wird, äri dein die Thermoplast-Folien 14a_f b über eine Strecke von etwa 9,5 mm längs der vertikalen Schenkel der Schweißnaht auseinandergezogen worden sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von in einer Schweißzone liegenden, über leicht aufreißbare Schweißnähte verbundenen einschichtigen Folien oder Verbund-Folien, die aus bzw. bei denen mindestens eine der zu verbindenden Oberflächen aus thermoplastischem Kunststoff besteht, mit einer Backe, die mit einer nachgiebig ausgebildeten Oberflächenschicht versehen ist, einer Heizbacke und einer Einrichtung zum Zusammenpressen der einschichtigen bzw. der Verbund-Folien zwischen den beiden Backen, wobei die Heizbacke besteht aus: