DE2324810C3 - Vorrichtung zum Heißversiegeln von thermoplastischen Folien oder mit thermoplastischem Kunststoff beschichteten Papier durch dielektrische Erhitzung - Google Patents
Vorrichtung zum Heißversiegeln von thermoplastischen Folien oder mit thermoplastischem Kunststoff beschichteten Papier durch dielektrische ErhitzungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der ^o
im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Gattung.
Derartige Hochfrequenz-Schweißvorrichtungen sind bereits bekannt (Elektronik 1962, Seiten 345/346 und
DT-PS 8 81 708). Mit ihrer Hilfe kann thermoplastisches Material aufgrund der darin auftretenden dielektrischen
Verluste erwärmt werden, so daß durch Anwendung von Druck die erwärmten und aufgeschmolzenen
Schichten in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden können. Eine der bekannten
Vorrichtungen weist als Außenleiter einen Kasten auf, während als Innenleiter ein umgekehrt T-förmiges
Gebilde dient. Zwischen dem Dachschenkel des T-Gliedes und dem Boden des Kastens wird dann nach
dem Anschalten des HF-Generators ein elektrisches Feld erzeugt; in diesen fachförmigen Zwischenraum
gelangen die zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden thermoplastischen Materialien. Bei einer anderen
Ausbildung dieser bekannten Vorrichtungen wird der Außenleiter durch ein Rohr gebildet, in das der ebenfalls
rohrförmige Innenleiter konzentrisch eingesetzt ist. Das Ende des rohrförmigen Innenleiters ist mit einer Platte
abgedeckt, die zusammen mit einer am Ende des rohrförmigen Außenleiters angeordneten Platte die
»Elektroden« des HF-Kondensators bildet. Darüber hinaus sind ähnliche Vorrichtungen bekannt (US-PS
30 66 210), bei denen der Außenleiter ebenfalls als Kasten ausgebildet ist, während der !nnenieiter eine
Wendel oder ein Rohr aufweist, das am Ende mit einer Platte in Verbindung steht.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige bekannte Vorrichtungen keine sehr gleichmäßige Wärmeverteilung
über dem gesamten Versiegelungsbereich des thermoplastischen Materials erzielen lassen. Dies ist
insbesondere dann der Fall, wenn zur Erzielung der erforderlichen Versiegelungswärme innerhalb kurzer
Zeit sehr hohe Frequenzen in der Größenordnung von etwa 300 bis 600 MHz angewendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend
zu verbessern, daß auch bei Anwendung hoher Frequenzen eine gleichmäßige Wärmeverteilung im
gesamten Versiegelungsbereich und somit eine gute und gleichmäßige Versiegelung bzw. Verschmelzung ziistandekommt.
Diese Aufgabe wird erfindengsgev.iiiß dadurch gelöst,
daß der Innenleiter die Form einer Platte hat und in Verbindung mit einem Seitenwände des Außenleiters an
der offenen Hohlraumseite verbindenden Joch die kapazitive Belastung bildet.
Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die bei dem Stand der Technik oftmals auftretenden Versiegelungs-Fehlstellen
zu vermeiden. Es wird eine gleichmäßige Wärmeverteilung erzielt, wodurch auch gleichmäßig
gute Versiegelungsnähte erreichbar sind. Dabei ist die Vorrichtung auch konstruktiv außerordentlich einfach
ausgebildet, so daß sich auch herstellungsmäßig keine besonderen Schwierigkeiten ergeben.
Die insbesondere metallische und den Innenleiter bildende Platte ist zweckmäßigerweise zentral innerhalb
des Außenleiters bzw. in gleichen Abständen zwischen dem den Außenleiter begrenzenden Seitenwänden
— zwischen diesen — angeordnet.
Das heiß zu versiegelnde Material wird zwischen das Joch und das offene Ende des Außenleiters bzw. der
Platte angeordnet, wenn das Erwärmen und Versiegeln stattfinden soll.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders zweckmäßig beim Versiegeln von Verpackungsmaterialien
in der Verpackungstechnik anwendbar. Mit deren Hilfe kann das Verpackungsmaterial flüssigkeitsdicht
und gegen Fett und Feuchtigkeit widerstandsfähig versiegelt werden. Dies ist selbst dann möglich, wenn
verhältnismäßig dicke); Verpackungsmaterial verwendet wird, beispielsweise solches, das aus einer großen
Anzahl von Einzelschichten oder Laminaten besteht, bei
denen das Grundmaterial z. B, eine verhältnismäßig dicke Papier- oder Pappelage bildet.
Weitere Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Anhand der Zeichnungen werden einige bevorzugte S Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt der Vorrichtung,
Fig.2 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung,
Fig.3 eine im Hinblick auf eine kürzere Baulänge
und einen geringeren Platzbedarf der Versiegelungsbacken abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung,
und
Fig.4 eine besondere Ausbildung des freien Endes der Zentralplatte.
Fig. I zeigt schematisch einen Hochfrequenzgenerator
mit einer Frequenz in der Größenordnung von 200 bis 800 MHz, der über ein Koaxialkabel 2, bestehend aus
einem Mittcüciter 3 und einem Außenmantei 4, einem
Hohlresonator mit einem von äußeren Seitenwänden 5 und einer Stirnwand 6 aus Metall begrenzten } lohlraum
12 speist. Die äußeren parallelen Seiten wände 5 bilden einen geraden oder gekrümmten Zylinder oder ein
Prisma, und im vorliegenden Fall, in dem es erwünscht ist, ein Versiegelungswerkzeug zu erhalten, das eine
geradlinige Schweißnaht ergibt, ist es zweckmäßig, die Seitenwände 5 und die Stirnwand 6 derart auszubilden,
daß sie zusammen einen Behälter von langem, schmalem und im wesentlichen rechteckigem Querschnitt
bilden. In der Stirnwand 6 aus Metall ist ferner eine Innenplatte 7 aus einem metallischen Material
derart befestigt, daß sie im gebildeten Hohlraum 12 zentral angeordnet ist und mit der Stirnplatte 6
metallisch in Berührung steht. Der Mittelleiter 3 des Koaxialkabels 2 ist mit der Innenplatte 7 verbunden,
während der Außenmantel 4 des Koaxialkabels 2 mit den äußeren Seitenwänden 5 verbunden ist. Das zu
versiegelnde Material 10 wird unter das offene Ende der Vorrichtung in solcher Weise angeordnet, daß sich die
gewünschte Versiegeiungszone unter der Plane 7 befindet. Unter dem zu versiegelnden Material 10 ist ein
Joch 8 angeordnet, das mittels hier nicht gezeigter Kontaktelemente mit den äußeren Seitenwänden 3 in
metallischer Berührung steht, während das Verpakkungsmaterial 10 zwischen den freien Enden der Platte
7 und dem Joch 8 eine Isolierschicht bildet.
Wenn in dem HF-Generator 1 ein hochfrequenter Strom erzeugt wird und über das Koaxialkabel 2 der
Vorrichtung gemäß F i g. 1 zugeführt wird, treten Resonanzerscheinungen auf, wenn die Höhe der Platte
7, die Länge der Luftspalte 12 und der Abstand zwischen der Platte 7 und dem Außenleiter (5) der Vorrichtung in
geeigneter Weise aufeinander abgestimmt sind. Unter der Annahme, daß der Resonanzzustand erreicht wird,
wird zwischen den freien Enden der Innenplatte 7 und dem Joch 8 ein kräftiges elektrisches Feld erzeugt, und
in dem in dem hochfrequenten elektrischen Feld liegenden Teil des Verpackungsmaterials 10 treten
wegen der hohen Frequenz des Feldes von 200 bis 800 MHz dielektrische Verluste auf, durch die das
Verpackungsmaterial 10 schnell in solchem Maß erhitzt wird, daß die an dem Verpackungsmaterial 10
angebrachten Thetmoplastschichten zum Schmelzen
gebracht werden und mit den benachbarten Thermoplastschichten zusammenschmelzen und eine homogene
feste Schweißnaht bilden, da die miteinander zu versiegelnden Verpackungsmaterialien 10 zwischen
der freien Kante der Innenplatte 7 und dem |och 8 gegeneinandergepreßt werden.
Fig.2 zeigt eine perspektivische Darstellung der
Vorrichtung gemäß Fig. 1, aus der die lange und schmale Form deutlich ersichtlich ist. Das Joch 8 aus
metallischem Material ist mit metallischen Federn 9 ausgestattet, die mit den von den Seitenwänden 5
gebildeten kurzen Seiten des Rechteckprismas zur Berührung gebracht werden und die Kontaktelemente
bilden. Die Federn 9 müssen durch Druckanwendung zurückziehbar sein, damit sie das Zusammenpressen des
Verpackungsmaterials 10 zwischen dem Joch 8 und der Innenplatte 7 nicht behindern. Natürlich können die
Federn 9 oder eine sonstige ähnliche zurückziehbare Einrichtung auch an dem von den Seitenwänden 5
gebildeten Körper oder Gehäuse bzw. Außenleiter angebracht sein. Die Kontaktelemente 9 brauchen nicht
notwendigerweise in der Form von Federn ausgebildet sein, sondern können auch aus Sd .-bekontakten oder
ähnlichen Elementen bestehen.
Fig. 2 zeigt, wie ein plattgedrückter Schlauch des
Verpackungsmaterials 10 unter die freien Kan<en der Innenplatte 7 eingeführt wird. Es sei angenommen, daß
der Schlauch aus einer Grundschicht aus Papier besteht und an der Innenseite mit einem Thermoplast,
beispielsweise Polyäthylen, beschichtet ist. Der Schlauch wird derart unter die freien Kanten der
Innenplatte 7 eingeführt, daß das Joch 8 unter dem plattgedrückten Schlauch liegt. Zum Versiegeln werden
das Joch 8 und die Innenplatte 7, zwischen denen sich der plattgedrückte Schlauch befindet, gegeneinandergepreßt,
und zwischen den Enden des loches 8 und den Seitenwänden 5 das prismatischen Teiles wird mittels
der Kontaktelemente 9, die beim dargestellten Beispiel aus bei Druckanwendung zurückziehbaren Federn
bestehen, ein galvanischer Kontakt hergestellt. Wenn der abgeflachte Schlauch aus Verpackungsmaterial 10
zwischen dem Joch 8 und der Innenplatte 7 zusammengepreßt ist, wird der Hochfrequenzgenerator 1 eingeschaltet,
so daß über das Koaxialkabel 2 ein hochfrequenter Strom der Vorrichtung zugeführt wird,
die auf Resonanz bei der Frequenz des zugeführten Stromes abgestimmt ist. Zwischen der Vorderkante der
Innenplatte 7 und dem Joch 8 wird dann ein stark konzentriertes elektrisches Feld einer Frequenz entsprechend
dem zugeführten Strom erzeugt. Dies bedeutet, daß dieses elektrische Feld durch das
Verpackungsmaterial 10 des plattgedrückten Schlauches hindurchtritt. Wegen der hohen Frequenz und des
konzentrierten elektrischen Feldes wird in dem Verpackungsmaterial JO infolge der dielektrischen
Verlfjti: sehr schnell eine Heizwirkung erzielt. Dabei
wird in dem Verpackungsmaterial 10, und zwar in piner sehr schmalen Zone desselben, die zum Versiegeln
erforderliche Wärme schnell erzeugt; die erforderliche Temperatur betlägt ca. 150°C. Da das Erhitzen zur
gleichen Zeit erfolet, in der die Lagen des Verpackungsmaterials 10 zwiscnen dem Joch 8 und der Innenplatte 7
gegeneinandergepreßt sind, verschmelzen die innerhalb des Schlauches einander zugewendeten Schichten aus
Thermoplast innerhalb einer schmalen Versiegelungszone zu einer homogener und festen Versiegelungsnaht.
Die Höhe der Innenplatte 7 und die der Luftsäule in
dem Hohlraum 12 sind unter anderem die Faktoren, die die Dimensionierung der Vorrichtung entsprechend
einer bestimmten Frequenz bestimmen. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die Vorrichtung um so höher
ausfällt, je niedriger die verwendete Freauenz ist. Bei
praktischen Versuchen wurde gefunden, dalj die Höhe
der Vorrichtung bei einer Frequenz von ca 450 MH/ ca
1 50 mm beträgt.
Die Hohe // der Vorrichtung gemäß F ι g. I kann
jedoch vermindert werden, wenn die Vorrichtung entsprechend F-" i g. J ausgelegt wird, gemäß welcher die
Hohe // wegen der Ausbildung in einer S-förmigen Cicstalt wesentlich geringer ist. wobei jedoch gewährleistet
sein muß. daß die Außenwände 5 des Körpers, die ein tlohlprisma bilden, jederzeit zueinander parallel
sind und daß die Innenplatte 7 in diesem Hohlprisma
oder dem Rohr zentral angeordnet ist. Bei der Ausführungsform gemäß F-i g. 3 ist die Vorrichtung
entsprechend der Erfindung an einem Träger Π angebaut, der mit dem beweglichen Mechanismus der
f'reßbackcn verbunden ist und auf diese Weise nur als Tragelemcnl für die Vorrichtung gemäß der Erfindung
dient.
I ι ρ .4 /ciiJl schließlich eine besondere Ausbildung
des unleren Teiles 14 der Inncnplatic 7. der hier
verbreitert ist und zwei vorspringende Teile 15 aufweist. Durch die Ausbildung der Innenplatte 7 gemäß F-" i g. 4
werden in einem gewissen Abstand voneinander zwei konzentrierte elektrische Felder 11 erzielt, und dies
ermöglicht die Herstellung von zwei parallelen, über
den abgeplatteten Schlauch des Verpackungsmaterials 10 gemäß F-" ι g. 2 verlaufenden Vcrsiegelungsnähten.
Dies ist dann erwünscht, wenn der Schlauch nach dem
Füllen durch Zerschneiden in den Vcrsiegelungsbereichen
unterteilt werden soll, denn dann kann der Schnitt jeweils /wischen den minds der Vorrichtung gemäl.i
I ι g. 4 er/euglen. parallelen, eng nebereinanderlicgen
den Versiegelungsbereichen geführt werden.
I.s isl /\i bermerkcn. dal) (he Vorrichtung gemäß
Cig. 3 nicht nur in S Form, sondern auch in tier Form
eines U oder eines L oder in einer beliebigen anderen F-'orm gekrümmt ausgebildet sein kann, die im Hinblick
auf den mitunter beschränkten verfugbaren l'latz für die
Vcrsiegelungsbacken für die Aufnahme der Vorrichtung
ίο in einer Verpackungsmaschine als geeignet gelten kann.
Die Vorrichtung gemäß der Frfindung kann aus verschiedenen metallischen Materialien hergestellt sein.
jedoch sind Kupfer und Aluminium wegen ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit vorzuziehen.
FIs isl nicht unbedingt erforderlich, den Außenkörper
in der Form eines Hohlprismas auszubilden, obwohl diese Ausbildung die besten Resultate ergibt, sondern es
können andere Gehäuseformen gewählt werden.
ßpUnipku/nkr (<3ΠΠ der A'jßpnkörnrr Μΐις /u/p» Pleiten
bestehen, die beiderseits der Innenplatte 7 parallel zueinander angeordnet sind, so daß der von dem
Außenkörper begrenzte Hohlraum 12 bei diesem Ausfuhrungsbeispiel keine Seitenwände aufweist. Auch
kann die Vorrichtung so ausgebildet sein, daß die -Seitenwändc 5 des Außenkörpers gegeneinander
geneigt sind, jedoch soll in diesem Fall dafür gesorgt werden, daß die Dicke der Inncnplatle 7 proportional
zur Bre > des von den Seitenwändcn 5 begrenzten
Hohlraumes !2 abnimmt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Heißversiegeln von thermoplastischen Folien oder mit thermoplastischem
Kunststoff beschichtetem Papier durch dielektrische Erhitzung in dem hochfrequenten elektrischen Feld
eines aus Außenleiter und Innenleiter gebildeten, mit
einem Hochfrequenzgenerator gekoppelten Hohlraums mit kapazitiver Belastung, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenleiter die Form (0
einer Platte (7) hat und in Verbindung mit einem Seitenwände (5) des Außenleiters an der offenen
Hohlraumseite verbindenden Joch (8) die kapazitive Belastung bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter aus einem Rohr mit
Rechteckquerschnitt besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (5) parallel
sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (5) in der
Längsrichtung des Rohres gegeneinander geneigt sind und daß die Dicke der metallischen Platte (7)
entlang der Länge derselben derart abnimmt, daß das Verhältnis der Dicke der Platte (7) zum Abstand
zwischen den Seitenwänden (5) des Rohres an allen Querschnitten gleich ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dad'irch gekennzeichnet, daß das Joch
(8) an den gegenüberliegenden Rändern Kontaktteile (9) aufweist, die an die Seiter.wände (5) galvanisch
anschließbar sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktteile (9) Metallfedern sind, die unter der Einwirkung von Druck beiseitebewegbar
oder elastisch zurückziehbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige
Hohlraum (12) des Außenleiters zur ^0
Verminderung der Höhe der Vorrichtung gekrümmt ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlprismatische oder hohlzylindrische
Teil des Außenleiters S-förmig ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlprismatische oder -zylindrische
Abschnitt des Außenleiters U-förmig ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlprismatische oder hohlzylindrische
Abschnitt des Außenleiters L-förmig ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Platte (7) mit einem Endabschnitt versehen ist,
dessen Dicke größer ist als die Breite der Platte (7).
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