DE2340557A1 - Vorrichtung zum nasschweissen thermoplastischen materials - Google Patents

Vorrichtung zum nasschweissen thermoplastischen materials

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DE2340557A1
DE2340557A1 DE19732340557 DE2340557A DE2340557A1 DE 2340557 A1 DE2340557 A1 DE 2340557A1 DE 19732340557 DE19732340557 DE 19732340557 DE 2340557 A DE2340557 A DE 2340557A DE 2340557 A1 DE2340557 A1 DE 2340557A1
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Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath D _ 62 WIESBADEN, - 8
Dr. Dieter Weber Postfach 1327
DipL-Phys. Klaus SeifFert ITA8^f25 v/di
PATENTANWÄLTE Telegrammadresse: WILLPATENT
Altstädter Verpackungs Vertriebs GmbH
6102 Pfungstadt Am Hintergraben 26
Vorrichtung zum Naßschweißen thermoplastischen Materials
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verschweißen von mit thermoplastischen Stoffen beschichtetem Material, wie Papier, Pappe, Kunststoff oder dergleichen, welches in Form eines mit Flüssigkeit gefüllten Schlauches vorliegt, mit zwei Schweißbacken oder mit einer Schweiß- und einer Gegendruckbacke, welche beim Zusammenfahren unmittelbar vor dem Schweißvorgang die Flüssigkeit aus der Schweißzone herausdrücken, wobei die Schweißbacke aus einem Metallträgerkörper mit anschraubbaren Klemmleisten besteht, durch die ein im Querschnitt L-förmiges Heizband am Trägerkörper befestigbar ist.
Bei der Herstellung von Verpackungen, die auf mit Polyäthylen beschichteter Pappe oder Papier als Trägermaterial bestehen, werden oft zwei oder mehrere Polyäthylenschichten miteinander
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Postschedc: Frankfurt/Main 67 6S-602 Bank: Dresdner Bank AG. Wiesbaden. Konto-Nr. 276807
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verschweißt, indem sie aneinandergepreßt und gleichzeitig die Polyäthylenschichten auf eine so hohe Temperatur erwärmt werden, daß die Oberflächen zwischen den Polyäthylenschichten zusammenschmelzen. Bei modernen Hochleistungs-Verpackungsmaschinen wird oft die Impuls verschweißung verwendet, d. h. die Wärire wird impulsartig der Schweißstelle in so eingestellter Menge zugeführt, daß die bezweckte Schweißstärke erreicht wird, ohne daß Verbrennungen oder andere Wärmeschäden an dem Verpackungsmaterial erscheinen.
Es ist bekannt, eine Impulsschweißung mit Hilfe von Schweißbacken auszuführen, die aus einem Trägerkörper, einem auf diesem angebra c hten Isoliermaterial und einem an dem Isoliermaterial befestigten Heizband bestehen, dessen Enden an eine elektrische Stromquelle anschließbar sind. Von dieser werden Stromstöße abgegeben, wenn Wärmeimpulse in den Heizbändemerzeugt werden sollen. Um die Vorteile der Impulsschweißung ausnutzen zu können, müssen die Heizbänder schnell auf die Schweißtem-■ peratur erhitzt und danach rasch auf eine Temperatur unter der Schweißtemperatur abgekühlt werden können. Dies setzt voraus, daß die Heizbänder eine sehr niedrige Wärmeleistung haben, was dadurch ermöglicht wird, daß die Bänder äußerst dünn ausgebildet sind. Es hat sich als sehr wichtig herausgestellt, daß die erwähnten dünnen Heizbänder an dem Trägerkörper der Schweißbacken mit einer sehr guten Haftung befestigt sein müssen, da sonst die Dehnung der Heizbänder bei der Erwärmung und die auf die Heizbänder wirkenden Stromkräfte bewirken, daß die Heizbänder aus ihrer vorbestimmten Lage herausgelangen und schnell ver-
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brennen, da eine gleichförmige Wärmeableitung über die ganze Länge der Heizbänder nicht durchführbar ist.
Es ist zwar möglic^, dünne Metallbänder mit sehr guter Haftung an einer keramischen Schicht zu befestigen, die im voraus auf einem Metallkörper angebracht worden ist. Da aber solche Schweißbacken äußerst kompliziert und in der Herstellung kostspielig sind, und außerdem nur eine relativ beschränkte Lebensdauer besitzen, können sie nur für Verpackungsmaschinen in Betracht kommen, die in sehr großen Serien hergestellt werden.
Aus der schweizerischen Patentschrift 4 Il 320 ist weiterhin ein durch Impulsströme beheizter Heizkörper zum Verschweißen von elektrisch nicht leitenden, heißsiegelfähigen Folien mit einem Heizbändchen bekannt, bei dem dieses auf einem thermisch gut leitenden Trägerkörper gespannt ist, wobei das Heizbändchen im Verlgeich zum Trägerkörper eine sehr kleine Masse aufweist. Damit soll eine rasche Wärmeableitung der im Heizbändchen durch den Stromimpuls erzeugten Wärme erzielt werden. Spezielle Ausbildungen der bekannten Schweißbacke sehen vor, daß das Heizbändchen aus elektrisch leitendem Material besteht und auf der Unterseite des Heizbändchens eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist. Eine solche isolierende Schicht kann bei einer Ausführungsform auch auf der Oberseite des Heizbändchens angebracht sein. Man hat auch bei einer anderen Variante vorgeschlagen, eine elektrisch isolierende Schicht auf dem·Trägerkörper aus elektrisch leitendem Material vorzusehen.
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In nachteiliger Weise ist jedoch die beim Schweißen wirksame Oberfläche des Heizbändchens gewölbt. Das Heizbändchen ist im Querschnitt U-förmig, wobei der die beiden Schenkel des U verbindende Steg zur Bildung der vorgenannten Wölbung gekrümmt ist. Mit einer solchen Siegelbacke ist die Naßschweißung unmöglich.
Unter Naßschweißung ist zu verstehen , daß bei der Herstellung von Flüssigkeitsverpackungen zunächst ein Schlauch gebildet und mit Flüssigkeit gefüllt wird, der in diesem Zustand zwischen zwei Schweißbacken bzw. eine Schweiß- und eine Gegendruckbacke fährt, um dort versiegelt zu werden. Beim Auf einander fahren der Schweißbacken gemäß der vorstehend beschriebenen bekannten Einrichtung würde das Gewicht der über der soeben hergestellten Schweißnaht befindlichen Flüssigkeit die Schweißnaht sofort wieder aufreißen, da diese nicht hinreichend ausgehärtet ist.
Gemäß der Erfindung besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Verschweißen der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß nach den Auseinanderfahren der Schweißbacken bzw. der Schweiß- und der Gegendruckbacke von dem mit Flüssigkeit gefüllten Verpackungsschlauch die Schweißnaht bereits so ausgehärtet ist, daß die anstehende Belastung zu keinerlei Beschädigung führt, wobei die Verschweißvorriöhtung eine große Durchsatzleistung haben soll.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei längliche Heizbänder, die an ihren äußeren Enden über ein Kontakt-
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stück miteinander verbunden sind, auf der durch eine chemische Behandlung des Metalls elektrisch isolierend gemachten Oberfläche des Trägerkörpers parallel zueinander so angebracht sind, daß ihr einer Schenkel des L an der Vorderseite des Trägerkörpers anliegt, daß die Klemmleisten unter Bildung eines gekühlten Stützkörpers ein Stück weit über die Vorderseite des Trägerkörpers herausragen und daß die Heizbändei?Qie vorderste Berührungsfläche bilden. Erstmals mit dieser Vorrichtung ist es möglich, an genau defininierter Stelle durch sehr kurze Taktzeiten eine Schweißnaht zu schaffen, die nach dem Auseinanderfahren der Schweißbacken bereits so ausgehärtet und verfestigt ist, daß das Gewicht bzw. der Druck der über der Schweißnaht dann anstehenden Flüssigkeit im Verpackungsschlauch eine Beschädigung der Schweißnaht nicht mehr hervorrufen kann.
Die Begründung für diesen sehr wesentlichen Vorteil wird im folopnden gegeben: Im Querschnitt gesehen weist der Trägerkörper mit bereits angeschraubten Klemmleisten von der Hittellinie nach außen hin gesehen ein Profil mit drei Vertiefungen aufj Die erste Vertiefung liegt in der Mitte und ist so ausgelegt, daß mit ihrer Hilfe die Flüssigkeit unmittelbar vor dem Sohweißvorgang beim Zusammenfahren der Schweißbacken aus der Schweißzone herausdrückbar ist. Die zweite Vertiefung liegt an der Berührungsfläche zwischen dem Mittelstück des Trägerkörpers und der Klemmleiste und dient zur Aufnahme des einen Schenkels des I-förmigen Heizbandes, Die drtte und letzte Vertiefung, die eigentlich keine eohte "Vertiefung" ist, ergibt sich aus der Höhe der Klemmleiste, die so im Abstand zur Vorderfläche des Trägerkörpers angeordnet ist, daß sie im Profil nicht so
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tief liegt wie die erste mittlere Vertiefung, um eine Stützwirkung auszuüben.
Legt man die L-förmigen Heizbänder in dieses Profil ein, so ragt der parallel zur Vorderfläche des Trägerkörpers liegende Schenkel des Heizbandes am weitesten nach vorn heraus.
Die vorstehend beschriebene Maßhalterung der einzelnen Vertiefungen und des Heizbandes hat folgenden Zweck: Fahren die Schweißbacken zur Durchführung des Verichweißvorganges aufeinander zu, so berühren zunächst die Schenkel der L-förmigen Heizbänder das zu verschweißende Verpackungsmaterial, wobei noch keine Erwärmung vorgefnen ist. Beim weiteren Zusammenfahren drücken dann die außen angeordneten Stützkörper auf den jeweils äußeren Seiten der Siegelbacke gegen das Verpackungsmaterial, Bei weiterer Vorwärtsbewegung fahren die mittleren Vertiefungen bis zu einem Grad aufeinander zu, bei dem die Flüssigkeit des Verpackungsschlauches gerade aus der Schweißzone herausgedrückt wird. In diesem Augenblick beginnt der Heizvorgang der Heizbänder, sie werden erwärmt und fahren unter weiterer Druckerzeugung aufeinander zu. Hierdurch wird das zwischen den VerpackungsscHchten befindliche thermoplastische Material (z, B, Polyäthylen) erweicht und etwas in die Bereiche rechts und links von den Heizbändern nach außen gequetscht. In diesen Bereichen beginnt nach außen hin bereits die Kühlwirkung - einerseits des Trägerkörpers selbst in der Mitte und andererseits der als Stützkörper wirkenden Klemmleisten außen -, so daß in diesen Kühlbereichen die Schweißnaht schon während der Helzpe-
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riode erhärtet wird. Im Gegensatz zu den bekannten, oben beschriebenen Vorrichtungen wirken aber die erste und die dritte Vertiefung, insbesondere letztere - weil sie nicht so tief ausgebildet sind wie die ersteren - als Stütze und Druckverteilung, damit sich zwischen den Schenkeln der L-förmigen Heizbänder kein derart hoher Druck aufbauen kann, daß das flüssige thermoplastische Material völlig aus der Zone der Schweißnaht herausgequetscht werden kann und die Schweißnaht somit von vornherein mangelhaft ausgebildet wird.
Es vessteht sich also, daß die Ausbildung der Klemmleisten als Stützkörper und Kühlkörper und ihre maßhaltige Anordnung hinsichtlich der Vorderseite des Trägerkörpers dafür sorgen, daß selbst unmittelbar nach Auseinanderfahren der Schweißbacken eine ausreichend ausgehärtete Schweißnaht erzeugt ist, die den Belastungen der Flüssigkeitssäule standhält.
Bei vorteilhafter Heiterbildung der Erfindung sind Kanäle für die Zirkulation von Kühlmittel in dem Trägerkörper vorgesehen. Diese sorgen für eine rasche Kühlung, wodurch die Aushärtung der Schweißnaht begünstigt und die Schweißbacke für den nächsten Schweißvorgang in kurzer Zeit vorbereitet wird.
Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß ferner, wenn die zwischen dem Trägerkörper und den Klemmleisten eingespannten Teile jedes Heizbandes eine Reihe von Löchern oder eine Zahnung enthalten. Für den Schweißvorgang sollen nämlich nur die an der Vorderfläche des Trägerkörpers anliegenden Schenkel der L-förmigen
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Heizbänder erhitzt werden, während die eingeklemmten Schenkel möglichst kühl bleiben sollen. Durch die Löcher, Ausnehmungen, Zähne oder dergleichen in dem eingeklemmten Schenkel des L-förmigen Heizbandes wird die Wärmeentwicklung dort verringert, weil der Strom dann vorzugsweise durch die nicht unterbrochenen Teile der Bänder fließt.
Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner, wenn das Heizband aus einem im Querschnitt U-förmigen ausgestanzten Blechstreifen besteht. Die Herstellung solcher Heizbänder ist einfach und kann sehr genauer Maßhaltung erfolgen. Bei einer anderen Ausführungsform ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, wenn zwei L-förmige, längliche Heizbänder an ihren Enden an einer Metallplatte angelötet sind. Bei einer anderen Variante wiederum können erfindungsgemäß zwei L-förmige, längliche Heizbänder an ihren Enden zusammen mit lose eingelegten, im Querschnitt U-förmigen Kontaktstücken gemeinsam auf dem Trägerkörper festgeklemmt sein. Günstig ist es, wenn man stets dafür sorgt, daß die Kontaktstücke, sei es daß sie aus einem Stück mit den L-förmigen Heizbändern bestehen oder eine gesonderte Metallplatte darstellen, so an den Heizbändern selbst und dann am Trägerkörper angebracht sind, daß stets die vorderste Berührungsfläche durch den flach auf dem Trägerkörper liegenden Schenkel des L-förmigen Heizbandes gebildet ist. Dies ist wichtig, damit die beiden Schweißbacken direkt aufeinander^ufahren und die Siegelung vornehmen können, weil anderenfalls die weiter hervorragenden Kontaktstücke im Wege stünden. Vorzugsweise kann man auch Aussparungen an den äußeren Enden des Trägerkörpers und/
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oder der Klemmleisten anbringen, damit zusätzliches, durch die Kontaktstücke gegebenes Material versenkt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung und
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines besonderen Heizbandes.
Nach Flg. 1 wird der Trägerkörper 1, der vorzugsweise aqs Stahl hergestellt ist, mit einem dünneren, vom Hauptteil hervorstehenden Teil 13 versehen. Im Trägerkörper 1 sind Kühlkanäle 7 angeordnet, durch welche Kühlmittel zirkuliert, nachdem die Eintrittsöffnung 9 und die Austrittsöffnung 10 der Kühlkanäle an eine Kühlmittelquelle angeschlossen ist. Der Trägerkörper 1 ist weiterhin mit einem durchgehenden Befestigungsloch 12 versehen, mit dessen Hilfe die Schweißbacke an der Verpackungsmaschine befästigbarist.
Die Schweißbacke weist auch zwei Klemmleisten 2 und 3 auf, die mit Schrauben 11 an dem hervorstehenden Teil 13 des TrägerXör-
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pers 1 befestigt werden können.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind sowohl die Vorderpartie des hervorstehenden Teils 13 des Trägerkörpers 1 als auch die Vorderseiten der Klemmleisten 2 und 3 mit einer Isolierung 6 versehen. Diese Isolierung kann z. B. aus einem keramischen Material bestehen, das auf das Metall flammgespritzt worden ist, es kann aber auch Glimmer oder ein ähnlich elektrisch isolierendes und außerdem hitzebeständiges Material sein. Bei einer anderen Ausführungsform wird die elektrische Isolation durch chemische Behandlung der metallischen Oberfläche des Trägerkörpers 1 hergestellt.
Aus Fig, 2 geht hervor, wie die Heizbänder 4 zwischen dem Vorderteil des hervorstehenden Teiles 13 des Trägerkörpers 1 und dem Vorderteil der Klemmleisten 2 und 3 eingespannt sind. Die Heizbänder 4 sind sowohl von dem Trägerkörper 1 als auch von den Klemmleisten 2 und 3 elektrisch isoliert und können daher mit einem elektrischen Strom erwärmt werden, ohne daß dieser an den Trägerkörper 3/Oder die Klemmleisten 2 und 3 weitergeleitet wird.
Durch die Tatsache, daß die Heizbänder 4 im Querschnitt L-förmig sind, kann die eine Seite derselben in der oben beschriebenen Weise mit großer Kraft eingespannt werden, wobei keine weitere Befestigung der nicht eingespannten Teile der Heizbänder erforderlich ist,
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schweißbacke besteht darin, daß die Heizbänder 4 sehr leicht ausgetauscht werden können, indem die Schrauben 11 gelöst werden, so daß der Spanndruck auf den eingespannten Teil der Heizbänder 4 nachläßt, wonach diese abgenommen und durch neue ausgetauscht werden können. Um die Heizbänder 4 an eine nicht dargestellte Stromquelle bequem anschliessen zu können, sind sie mit Kontaktstükken 8 versehen, die einen leichten Anschluß gestatten.
Bei der Verwendung der Schweißbacke werden die Heizbänder 4 zwischen die Klemmleisten 2 und 3 und den Vorderteil 13 des Trägerkörpers 1 eingeklemmt. Die Heizbänder 4 dürfen nicht direkt an den Metallteilen des Trägerkörpers 1 oder der Klemmleisten 2 und 3 anliegen, sondern dürfen nur mit der elektrischen Isolierung 6 in Berührung stehen. Es ist zweckmäßig, wenn die Heizbänder 4 ganz zwischen denKlemmleisten 2 und 3 und dem Trägerkörper 1 so eingelegt werden, daß kein Zwischenraum zwischen dem nicht eingespannten Vorderteil der Heizbänder und dem Vorderteil der Klemmleisten 2 und 3 entsteht. Wenn die Heizbänder 4 angebracht sind, werden die Schrauben 11 so weit angezogen, daß die Heizbänder in ihrer Lage gesichert sind. Die Schweißbacke wird danach an den vorgesehenen Platz in der Verpackungsmaschine mit einer Schraube durch das Befestigungsloch 12 befestigt, wonach der Abfluß 10 und der Zufluß 9 der Kühlkanäle 7 mit hLer nicht gezeigten Schläuchen an eine Kühlmittelpumpe angeschlossen wird. Nachdem die Schweißbacke anmontiert worden ist,werden die Heizbänder 4 über ihre Kontaktstücke mit der Stromquelle verbunden, welche Stromstöße kurzer
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Dauer und hoher Stromstärke abgeben kann.
Die in dem eingespannten Teil 5 der Heizbänder 4 erzeugte Wärme kommt bei der eigentlichen Schweißung nicht zur Anwendung, sondern muß mit dem Kühlmittel abtransportiert werden. Um die Wärmeverluste herabzusetzen, kann es gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 zweckmäßig sein, den eingespannten Teil 5 mit einer Zahnung zu versehen. Hierdurch wird die Wärme abgebende Fläche verringert und die erzeugte Wärmemenge in dem eingespannten Teil
5 der Heizbänder 4 gleichzeitig geringer. Eine Verschlechterung der mechanischen Festigkeit der Einspannung ist hierdurch nicht nennenswert gegeben.
Es hat sich gezeigt, daß die Schweißbacke gemäß der Erfindung
eine sehr gute Siegelung ermöglicht und eine hohe Lebensdauer besitzt, wobei die Lage der Heizbänder 4 in der Schweißbacke
mit sehr großer Genauigkeit bestimmt ist. Die Herstellung der
Schweißbacke ist außerdem einfach und wirtschaftlich.
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Claims (6)

Patentansprüche
1.)Vorrichtung zum Verschweißen von mit thermoplastischen Stoffen beschichtetem Material, wie Papier, Pappe, Kunststoff oder dergleichen, welches in Form eines mit Flüssigkeit gefüllten Schlauches vorliegt, mit zwei Schweißbacken oder mit einer Schweiß- und einer Gegendruckbacke, welche beim Zusammenfahren unmittelbar vor dem Schweißvorgang die Flüssigkeit aus der Schweißzone herausdrücken, wobei die Schweißbacke aus einem metallischen Trägerkörper mit anschraubbaren Klemmleisten besteht, durch die ein im Querschnitt L-förmiges Heizband am Trägerkörper befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei längliche Heizbänder (4), die an ihren äußeren Enden über ein Kontaktstück (8) miteinander verbunden sind, auf der durch eine chemische Behandlung des Metalles elektrisch isolierend gemachten Oberfläche des Trägerkörpers (1) parallel zueinander so angebracht sind, daß ihr einer Schenkel des L an der Vorderseite des Trägerkörpers (1) anliegt, daß die Klemmleisten (2,3 ) unter Bildung eines gekühlten Stützkörpers ein Stück weit über die Vorderseite des Trägerkörpers (L) herausragen und daß die Heizbänder (4) die vorderste Berührungsfläche bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle (7) für die Zirkulation von Kühlmittel in dem Trägerkörper (1) vorgesehen sind.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Trägerkörper (1) und den Klemmleisten (2, 3) eingespannten Teile (5) jedes Heizbandes (4) eine Reihe von Löchern oder eine Zahnung enthalten.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizband (4) aus einem im Querschnitt ü-förmigen, ausgestanzten Blechstreifen besteht.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei L-förmige, längliche Heizbänder (4) an ihren Enden an einer Metallplatte (8J angelötet sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei L-förmige, längliche Heizbänder (4) an ihren Enden zusammen mit lose eingelegten, im Querschnitt U-förmigen Kontaktstucken (8) gemeinsam auf dem Trägerkörper (1) festgeklemmt sind.
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