DE2435063A1

DE2435063A1 - Verfahren zum zusammenschweissen von kunststoffteilen

Info

Publication number: DE2435063A1
Application number: DE2435063A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Chem Dr Mueller; Walter E W Dr Ing Ruckdechel
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1974-07-20
Filing date: 1974-07-20
Publication date: 1976-01-29

Description

Zennwort:@ükroplasmafolienschweißen Verfahren zum Zusammenschweißen von Kunststoffteilen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zusammenschweißen von Kuststoffteilen, insbesondere von dünnwandig verstrecken, vorzugsweise biaxial verstreckten Kunststoffolien, nahtlosen Kunststoffschläuchen oder dergleichen aus thermoplastischem Material. Vorzugsweise werden gemäß der Eriiiidung Beutel aus biaxial verstreckten nantlosen Schläuchen aus Polyester, vorzugsweise aus Eolyäthylenterephathalat hergestellt, wobei eine Bodenschweißnaht geschweißt wird.
Es ist seit langem üblich, zur Verpackung von Verbrauchsgütern, z.B. Lebensmitteln, thermoplastische Kunststoffe zu verwenden. Neben dem einfachen Einschlag werten in den meisten Fällen jedoch vorgefertigte Beutel eingesetzt, die aus Flachfolien hergestellt werden. Dabei werden ent-veder zwei entsprechend geschnittene übereinanderliegende Flachfolien an drei Seiten verschweißt oder verklebt oder aus einer Flachfolie zunächst ein Schlauch geformt, der dann, oft in kontinuierlicher Arbeitsweise, an der überlappenden Längsnaht verklebt oder verschweißt wird. Bei der zuletzt genannten Beutelfertigung werden dann die auf entsprechende Länge geschnittenen Schlauchabsohnitte verklett oder verschweißt. Da die Schweißroder Klebeverbindung die Schwachstellen der Beutel darstellen, hat die zuletzt genannte Beutelart den Vorteil, das sie nur zwei Verbindungsstellen aufweist.
Für die Herestellung der Beutel aus unverstrecktem Kunststoffmaterial stehen die allseits bekannten Methoden zur Verfügung, wobei nun oftmals wegen der einfacheren Handhaben der Verschweißung vor der Verklebung den Vorzug gibt. So werden z.B. für die Verschweißung von Poiyolefinfolien u.a. das Elektroimpulsverfahren, die Trennahtschwei ßung oder die Verschweißung zwischen erhitzten Schweißbändern angeendet. Auch die Verbindung unter Verwendung von sogenannten "hot melts" gehört hierbei zum Stand der Technik.
Die bisher geschilderten Herstellungsweisen ergeben aus unverstreckten Thermoplasten Beutel, bei dennen weder an die Festigkeit des Beutelmaterials selbst als auch der hergestellten Schweißnähte nicht allzu hohe Anforderungen gestellt werden müssen, da sie für viele Anwendungszwecke in ihren Kenndaten, z B. hinsichtlich Reißfestigkeit, Reißdehnung, Weiterreißfestigkeit, Gas-Aroma- oder Wasserdampf durchlässigkeit, durchaus als ausreichend anzusehen sind.
Die Weiterentwicklung der Technik brachte es nun mit sich, daß sowohl an das Grundmaterial als auch an die Verbindungsstellen der deraus hergestellten Beutel höhere Anforderungen hinsichtlich der u.a. vorher- genannten Kenndaten gestellt werden müssen.
Vom Grundmaterial her hat man die Aufgabe, z.B. hinsichtlich Reißfestigkeit, Reißdehnung und ähnlichen physikalischen Parametern dahingehend gelöst, daß man die Folien entweder als Flachfolien oder als Schläuche monoaxial oder biaxial streckt. Hierzu bedient man sich, je nach den gewünschten Eigenschaften der Endfolien, der hinreichend in großer Variationsbreite bekannter Stenter-, Schlauchstreck- oder Simultanstreckverfahren.
Der Nacnbeil der meisten verstreckten Folien, z.B. der in großem Umfang für Verpackungszwecke vertendeten Thermoplaste Polypropylen, Polyamide und insbesondere auch Polyester, liegt nun darin, daß sie sich entweder überhaupt nicht verschweißen lassen oder aber die Schweißstellen bei Einsatz der gängigen Schweißverfahren, z.B.
mittels Drennahtschweißung, nicht den z.T. gewünschten Anforderungen, z.B. hinsichtlich Stoßbelastung, entsprechen, d.h. daß sie in keinem Verhältnis zu der durch Streckung veredelten Folie stehen.
Die bisherigen gängigen Verfahren, um verstreckte thermoplastische Folien verschweiß- oder versiegelbar zu machen, bestehen darin, daß man die verstreckten Folien einer aufwendigen IJachbehandlmag unterziehen muß. Hierzu müssen Heißsiegelschichten aufgebracht werden, die auch erst dann auf der verstreckten Grundfolle zur guten Haftung gebracht werden können, wenn zusätzliche Zwischenschichten aufgebracht oder Zwischenbehandlungen, wie z.B. Ooronabehandlungen durchgeführt werden. Diese Maßnahmen bedingen jedoch einen zusätzlichen technischen Aufwand, wodurch sich vermehrte Störungen bei der Herstellung der Folien und wesentliche Verteuerungen der Beutel ergeben.
Vor allem sind auch einige Schrumpffolien, vor allem solche aus Polypropylen und Polyester, die heute vielfach für Verpaclngszwecke eingesetzt werden, in der Nahtfestigkeit bei Stoßbelastung oder beim Einschrumpfen der verpackten Ware auch bei der vorher geschilderten Trennahtverschweißung in vielfacher Hinsicht nicht ausreichend. So hat es sich z.B.
insbesondere bei dem Einsatz von schrupffähigen Polyesterfolien in der Geflügel- und Wildverpackung gezeigt, daß sowohl beim Einbringen des Geflügels oder der Wildteile in die vorgefertigten Beutel durch die Stoßbelastung die Nähte vielfach zerstört werden als auch beim anschließenden Einschrumpfen die Nänte durch die starken Schrumpfspannungen aufplatzen, wodurch die Ware unverkäuflich wurde.
Um beispielsweise Lebensmittel, u.a. Geflügel und dergleichen in vers treckte Beutel abfüllen zu können, werden diese Beutel In Schlauchform einseitig abgebunden oder mittels eines itetallclips verschlossen. Hierzu werden Jedoch technisch aufwendige Raff-, Abbinde- und Clipmaschinen benötigt. Diese Beutelverschlüsse haben außerdem den Nachteil, daß an den beiderseitigen Binde- oder Clipverschlüssen leicht Beschädigungen eintreten können, die so zu erhöhten Ausschußquoten bei der verpackten Ware führen.
Außerdem sind solchermaßen vorgefertigte Beutel infolge der Abbindung bzw. Verclippung schlecht stapelbar und lassen sich deshalb auch schwer in weiterverarbeitende Maschinen übernehmen. Weiterhin werden durch die zusammengerafften Enden sehr harte Stellen geschaffen, die wiederum oft zur Beschädigung anderer Verpackungen, z.B. auch bei der Lagerung in Tiefkühltheken führen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist aus der DOS 2 231 838 ein Verfahren bekannt, bei dem die zu verschweißenden Bereiche der Kunststoffolien mit einem gewissen überstand in einer Halte vorrichtung eingespannt werden, und anschließend durch Wärme zufuhr der überstehende Kunststoff abgeschmolzen wird, wobei sich eine Schweißnaht ausbildet. Bevorzugt wird in der DOS 2 231 838 eine Propangasflamme zur Erzeugung der erforderlichen Abschmelz- bzw. Schweißenergle vorgeschlagen.
Dieses bekannte Verfahren hat wohl den Vorteil, daß Schweißnähte erreichbar sind, welche die genannten Forderungen, wie Stoßbelastung, Reißfestigkeit etc. erfüllen.
Von Nachteil ist jedoch, daß die mit einer Gasflamme erzielbaren SchweiEgeschlYindigkeiten für eine kostensparende und rationelle Fertigung zu gering sind. So wurde bisher als größtmöglichster Wert eine Geschwindigkeit von 4 in/min erreicht. Bei Geschwindigkeiten über diesen Wert hinaus, die einer Vergrößerung des Wärmeangebotes der Gasflamme erfordern, wurde iestgestellt, dre die Gasflamme turbulent und unregelmäßig brennt und dadurch keine reproduzierbaren und die erforderlichen Gütewerte aufteisende Schweißnähte mehr erreichbar sind. Ein welterer Nachteil bei der Verwendung einer Gasflamme besteht darin, daß infolge der oxydierenden Wirkung der Flatunengase Verkohlangen im Schweißnahtbereich entstehen, die wohl nicht die Güte der Schweißnahtwerte aber das Aussehen der Schweißnaht verschlechtern. Derartige Schweißnähte sind jedoch insbesondere beim Herstellen von Verpackungsmaterialien unerwünscht, bei denen eine saubere und einwandfreie Schweißnaht erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem an Kunststoffteilen, insbesondere an den genannten Folien zu Verpackungszwecken mit großer Geschwindigkeit saubere und einwandfreie Schweißnehte erreichbar sinc3.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schweißung mit einem Lichtbogenfeinschweißbrenner durchgeführt wird. Unter einem Feinschweißbrenner wird gemäß der Erfindung ein Brenner verstanden, dessen Dichtbogen kleine gecmetrische Abmessungen aufweist und der ruhig sowie stabil brennt, wie es bei WiG-und Plasmabrennern der Fall ist. Dadurch wird der Vorteil erreicht, daß der insbesondere beim Schweißen von Kunststoffolien ge.mnschte enge Arbeitsbereich In Bezug auf die Schweißtemperatur der Folien exakt eingehalten werden kann. Dieser Arbeitsbereich liegt beispielsweise bei Polyester-Folien zwischen 2600 und 3000 C. Unterhalb von 2600 C werden diese Folien nicht mehr geschmolzen, ist also keine Schweißung möglich. Oberhalb von 3000 C beginnt bereits die Zersetzung des Folienwerkstoffes. Erfindungswesentlich ist, daß die vom Lichtbogen auf den Schweißbereich der Folie übertragene Energie derart eingestellt ist, daß beim Schweißen Abschmelzen der Kunststoffolien einerseits eine durchgehende gleichmäßige und feste Schweißnaht entsteht und daß anderseits keine Zersetzung des thermoplastischen Materials eintritt.
Bei der Schweißung nach der Erfindung hat es sich gezeigt, daß doppelt so große Schweißgeschwindigkeiten gegenüber den nach bisher bekannten Verfahren möglichen Geschwindigkeiten erreichbar sind, wobei gleichzeitig die erforderlichen mechanischen Gütewerte der Schweißnaht erreicht werden und darüberhriaus eine saubere und von Verkonlungen freie Schweißnaht entsteht.
Unter dünnen Kunststoffolien bzw. -schläuche sollen im folgenden insbesondere solche verstanden werden, die eine Wandstärke von 6 bis 100 ji, vorzugsweise von 20 bis 50 µ aufweisen.
Durch die Verwendung der vorgenannten Schlauchfolien besitzen diese eine Orientierung, wobei diese je nach der Streckrichtung und den angewendeten Streckgrad bevorzugte Orientierungsrichtungen aufweisen. So ist es möglich, bei der Herstellung der Schläuche diese nur längsweise in Abzugsrichtug oder durch Aufblasen nur in Querrlchtung zu strecken. Auf diese Weise entstehen monoaxial gestreckte Folien, die weitgehend nur in der Streckrichtung orientiert sind.
Durch gleichzeitiges Aufblasen und Längsverstrecken werden Schlauchfolien erhalten, die sowohl multiaxial am Umfang als auch in ängsrichtung entsprechend dem Verstreckungsgrad orientiert sind. Auch kann eine Nachverstreckung, bevorzug in Längsrichtung, die Folien wieder in die entsprechend Richtung orientieren. Alle diese Schlauchfolien sollen ir Rahmen der vorliegenden Erfindung zu Beuteln oder Säcken verarbeitet werden, wobei jedoch besonders Schlauchfolien aus Polyamiden, Polypropylen und insbesondere Polyestern vor allem solche aus Polyäthylenterephathalat verschweißt werden.
In bevorzugter Ausführung bezieht sich die vorliegende Ereindung auch a'& die Herstellung von Beuteln, aus schumpffähigen Schlauchfolien, d.h. solchen, die bei Wärmeeinwirkung eine bestimmte Rückstellkraft aufweisen und hierdurch das Packgut eng umschließen. Besonders geeignet sind, z.B. für die Geflügel- und Wildverpackung, hierbei Schrumpffolien aus Polyester, wobei z.B.
Kaliber von 60 bis 300 mm Durchmesser besonders gängig sind.
Ganz allgemein ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren auf alle verstreckten nahtlosen Schlauchfolien anwendbar, wobei überraschenderweise festgestellt wurde, daß selbst bei großen Schweißgeschwindigkeiten (8m/min) die Nahtgütte verglichen mit Grundmaterial nicht gemindert war.
Die Erfindung ist auch zum Verschweißen von Nehrschichtfolien geeignet. So stellte sich bei durchgeführten Versuchen heraus, daß vor allem bei Beuteln, die einer starken Stoßbelastung bei der Befüllung ausgesetzt waren, die Anzahl der Ausfälle derart herabgemindert werden konnte, daß lediglich noch Ausfallquoten von 0,5 % auftraten, die jedoch im wesentlichen als Ausreißwerte zu betrachten sind.
Auch bei Beuteln, die als Schrumpfverpackungen eingesetzt wurden, zeigen sich erhebliche Verbesserungen hinsichtlich einer verminderten Ausfallquote, so daß Ausschußware beim WEinschrumpfen weitgehend ausgeschaltet werden konnte.
Die Wärme zufuhr muß gemäß der Erfindung derart einreguliert werden, daß beim Verschmelzen der offenen, übereinanderliegenden Schlauchfolienlagen eine in dem oben genannten Bereich liegende Schweißnaht entsteht, die vor allem gleichmäßig ist und auch an den Endstellen keine geringeren Festigkeitswerte aufweist.
Die Temperaturreguliereung 1 st ndercrseits auch von den eingesetzten Thernoplssten, d.h deren Schmelz- und Zerw setzungstemperatur abhängig und muß deshalb in dem Maße vorgenommen werden, daß beim Verschmelzen keine Zersetzung des Materials eintritt.
Eine Zersetzung zeigt sich optisch in einer Verfärbung der Schweißnaht und z.B. bei mikroskopischer betrachtung durch das Vorhandensein von Verkohlungsproduktion innerhalb der Schweißnaht. Eine Seht, die sehr stark von Bläschen durchzogen ist, ergibt in ihrer Festigkeitsbeurteilung im allgemeinen nur geringe Werte.
In besonders vorteilhafter und einfacher Weise werden auch bei hohen Schwweißgeschwindigkeiten diese Grenzen eingehalten, wenn als IiIctbogenbrenner ein Mikroplasmaschweißbrenner, vorzugsuelse mit nicht übertragenem Plasmabogen verwendet wird und der Plasmebogenstrom auf einen Wert zwischen 2 und 20 A und die Plasmabogenarbeitsspannung zwischen 10 und 10 V eingestellt ist, wobei die niedrigen Spannungswerte den niedrigen Stromwerten zugeordnet sind.
Durch den Mikroplasmaschweißbrenner wird ferner vorteilhaft ein scharf gebünielter Llild ruhig brennender Lichtbogen (Plasmabogen) erzeugt, mit welchem trotz der hohen Energiedichte des Plasmabogens überraschenderweise einwandfreie und saubere Schweißnähte zu erreichen sind. Cxydative Veränderungen der Shweißnaht, wie sie bei der Anwendung einer Gasflamme für hohe Schweißgeschwindigkeiten zu beobschten sind, treten bei derartig hohen Geschwindigkeiten nicht auf.
Darüberhinaus wird durch die Verwendung eines Mikroplasmabrenners, welcher ein sehr kompaktes und leicht zu handhabendes Bauteil darstellt, eine Schweißung von gekrümmt verlaufenden Schweißnähten in einfachster Art möglich.
Ferner besteht die Möglichkeit, diesen Plasmabrenner, welcher in bezug auf seine Leistung leicht steuerbar ist, in einen automatischen Fertigungsprozeß, beispielsweise in Beutelfertigungsstraßen, einzuordnen.
Der Mikroplasmaschweißbrenner kann als Brc1azer mit über tragenem Lichtbogen oder als Brenner mit nicht { ertragenem Lichtbogen ausgebildet werden. Der Brenner mit übertragenem Lichtbogen ist besonders geeignet zur Borctelnahtschwei-Bung, wo bei in diesen. Fall, da die Folien elektrisch nicht leitend sind, die Folien zwischen zwei elektrisch leitenden Schneiden eingespannt werden und diese Schneiden mit dem einen Pol der Plasmastromquelle in Verbindung stehen.
Die Isolatoreigenschaften der Folien spielen bei Verwendung eines Brenners mit nicht übertragenen Lichtbogen keine Rolle. Ein derartiger Brenner ist deshalb besonders gut geeignet.
Die Steuerung der Wärmezufuhr erfolgt vorzugsweise durch Einstellung des Plasmabogenstromes sowie des Brennerabstandes unter Berücksichtigung der gewünschter Schweißgeschwindigkeit. Auch ist eine Steuerung der Wärmezufuhr durch Verminderung bzw. änderung der Zusammensetzung des Plasmagases möglich.
In bevorzugter Weise ergibt sich die pro Zeiteinheit mit einem Plasmabrenner zugeführte Wärmerienge, wobei die Plasmabogenachse in der Ebene liegt, in welcher auch die Berührung der zusammenzuschweißenden Folien (Bördelnacht) erfolgt, durch die Formel worin bedeutet: Q = zuzuführende Wärme menge E = Proportionalitätsfaktor I = Plasmabogenstrorn S = Abstand Plasmadüse - Spannvorrichtung a = Proportionalitätsfaktor V% = Schweißgeschwindigkeit So ist es beispielsweise möglich auch mit großen Schweißgeschwindigkeiten (Strom und Spannung groß) optimale Schweißnahtgütten zu erreichen, was mit dem bekannten Verfahren nicht möglich ist.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung, wird den Mikroplasmabrenner als Plasmagas ein Inertgas (Argon, Heliun, Beton bzw. Gemische aus diesen Gasen) und als Schutzgas ein reduzierendes Gasgemisch zugeführt.
Dabei hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß durch das reduzierende Gasgemisch während der Schweißung eine Verbesserung der Sciieißnahtqualität insbesondere in Bezug auf die Alterung erreicht wird. Es ist auch vorteilhaft möglich als Plasmagas ein reduzierendes Gasgemisch zum Beispiel argon mit 15,6 H2 zu verwenden, wobei das Schutzgas vorteilhaft entfallen kann.
Bevorzugt ist ein reduzierendes Schtzgasgemisch, welches aus einem Inertgas mit bis zu 25% Wasserstoffzusatz besteht.
In vorteilhafter Weiterbildung wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß dem heißen Plasmastrahl im Austrittsbereich des Plasmabrenners, beispielsweise in einer gesonderten Austritts'rtaianer, ein weiteres, nicht von einen Lichtbogen erhitztes Inertgas zugeführt wird. Dadurch wird eine zusätzliche Temperatursteuerung des Plasmabogvns möglich, wobei vorzugsweise die Menge des Ziisatzgases - zur schwächeren oder stärkeren Abkühlung des Plasmabogens - regelbar ist.
Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, daß die Kunststoffolien oder dergleichen zwischen zwei Spannbacken gehalten werden und die zu verschweißenden Enden einen Überstand aufweisen, welcher as Zwanzig bis 150-fache der Foliendicke beträgt.
Es hat simon überraschenderweise gezeigt, ¾ß ci e einen derartig großen überstand, dessen obere Grenze bei Folien etwa im Bereich von 3 mm liegt, keine Schrumpfung der Folien im Schweißbereich auftritt. Dies ist gegenüber dem bisherigen Verfahren (gasflammengeschweißten Folien), bei dem zur Erreichung einer ausreichenden Schweißnahtgüte nur ein sehr kleiner Überstand möglich ist, von großem Vorteil, da durch den möglich gewordenen großen überstand auch die Schweißnaht selbst größer ausgebildet werden kann.
In weiterer Ausbildung des Verfahrens werden die versciiieißten und abgeschnittenen Beutel einer Nachverstreckung unterzogen. Bei dem Schweißvorgang wird die Orientierung in der Naht und in der Zone kurz vor der Naht- aufgehoben. Um die Orientierung des Materials wieder herzustelle:l und so zu einer Angleichung an den Orientierungszustand des Grundma- -terials zu gelangen, ist es zweckmäßig, eine Vachverstrekkung durchzuführen. Hierdurch wird die Nahtfestigkeit nochmals erhöht. Die Orientierung kann z.B. durch eine Kalandrierung der Naht belspielsweise durch Preßwalzen erfolgen. Die praktischen Versuche haben jedoch ergeben, daß insbesondere eine multiaxiale Nachverstreckung zu besonders guten Ergebnissen führt. Unter multiaxialer Nachverstreckung wird dabei sowohl eine Verstreckung in der Länge als auch am Umfang der Naht bzw. der Zone vor der Naht verstanden. Eine solche Verstreckung kann z.B. durch Aufblasen des Beutels unter einem bestimmten Druck erfolgen. Un innerhalb des Verfahrens zu einer schnellen Reckorientierung zu gelangen, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Nachverstreckung in der Wärme vorzunehmen. Hierzu werden am günstigsten die Temperaturen eingehalten, bei denen auch das Grundmaterial gestreckt wurde. Bei Polyäthylenterephthalatschläuchen sind z.B. Temperaturen im Bereich zwischen 80 und 900 C gebräuchlich.
Anhand einiger Beispiele soll die Verbesserung, die sich bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verschweißten Folien zu Beutel gegenüber solchen, wie sie bisner nach dem Stand der Technik hätten hergestellt werden können, ergibt, auf gezeigt werden.
Beispiel 1 Es wurden Beutel aus schrupffähigem, biaxial verstreckten Polyäthylenterephtalatschlauch (NALOPHAN R) mit einem Kaliber von 120 mm (Flachbreite 190 mm) und einer Wanddicke von 20 P hergestellt.
Hierbei wurden einmal die Schläuche am Boden mittels einer kentintiierlich durch am Rand eines Niederhalters entlang geführten Propangasflamme der Überstand verschmolzen und zum anderen nach den erfindungsgemäßen Verfahren und zwar mit einem Mikroplasmabrenner Typ LPB 15/50 der Fa. Heus er Griesheim, Plasmabogenstrom 5,5 A, Plasmadüsendurchmesser 2,0 mm, Plasmagas Argon 1,0 1/min verschweißt. Schweißpositien=stechend.
Die Platzdruckmessungen entsprechender Beutel wurden derart durchgeführt, daß die Beutel einer stoßartigen Belastung ausgesetzt wurden. Hierbei wurde eine vorgespannte Luftmenge von 1,2 atü stoßartig in den jeweiligen Beutel entleert und brachte diesen zum Platzen. Der Beutel ist bei diesem Verfahren über eine Breitschlitzdüse von 50 mm Breite und Gesamtluft&ustritt von 40 mm2 mit zwei Spannbacken über eine Einspannlänge von 20 cm eingeklemmt und durch Auslösen eines Schalters entspannt sich die in dem System enthaltene Luftnenge in den Beutel. In der Düse befindet sich ein Druckquarz, der über einen angeschlossenen Ladungsverstärker und Oszillographen ein Zeit-Druck-Diagramm angibt.
Bei den Prüfungsbedinungen wurde ein Druckquarz Typ 701A-79,4 pCB/at sowie ein Verstärker Typ 5001 der Fa. Kistler sowie ein Oszillograph Typ 141A der Fa. Hewlett und Packard eingesetzt. Es ergeben sich die in der folgenden Tabelle I aufgezeigten Werte mit Propanflamme erfindungsgemäß verschweißte verschweißte Beutel Beutel Llatzdruck (bar) Platzdruck (bar) 0,Ç' 0,49 0,43 0,50 0,42 0,49 0,1#It 0,50 0,42 0,49 0,44 0,50 0,43 0,50 0,45 0,50 0,44 0,50 0,46 0,50 0,44 0,49 0,45 Q,49 0,43 0,49 0,45 0,50 0,45 0,50 Der Durchschnittswert für den wie beschrieben gemessenen Platzdruck betrug etwa O,50 bar für den erfindungsgemäßen Beutel, während er nur 0,44 bar für die mit Gasflamme geschweißten Beutel ausmachte. Die Beutel rissen in allen Fällen an der Bodenneht auf. Wie die Tabelle weiterhin zeigt, ist der erfindungsgemäße Beutel in den Platzdruckwerten sehr gleichmäßig, während sich bei den flammgeschweißten Beste in stärker unterschiedliche Werte einstellen. Dieses Ergebnis deutet auf eine bessere Reproduzierbarkeit der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschweißten Nähte hin.
Beispiel 2 45 Packungen der im Beispiel 1 angegebenen Polyesterbeutel Kaliber 120 mm mit einer Beutellänge von 50 mm wurden mit Bratwürsten befüllt. Durch Wahl des eingesetzten Maschinentyps, bei dem die Beutel hängend abgesaugt werden, wird die Bodennacht kurzzeitig durch das Füllgut stoßartig belastet.
Es wurden keine Ausfälle beobachtet, während Vergleichsversuche mit gasflammengeschweißten Beuteln Ausfallquoten um 2 5 ergaben.
Beispiel 3 In Polyesterbeuteln gemäß Beispiel 1 mit einen Kaliber von 100 mm (Flachseite 160 mm), Länge 30 cm, wurden 500 Hähnchen der Gewichtsklasse 950 g verpackt. Die Ausfälle beim Befüllen der Beutel, einem der härtesten Belastungsvorgänge innerhalb der Verpackung, lagen bei etwa 0,5 % gegenüber etwa 1 c, bei gasflammengeschweißten Beuteln.
Beispiel 4 Es wurden Beutel aus biaxial verstrecktem Polypropylen (TRESPAPHAN R) durch Gasflammenschweißung und erfindungsgemäß lurch Mikroplasmaverschweißung hergestellt. Zur Prüfung der Güte der Schweißnähte wurden bei diesen Beuteln Fallversuche durchgeführt, die ebenfalls als Testversuche üblich sind. Hierbei werden die Beutel mit 1 000 cm3 Wasser befüllt und aus unterschiedlichen Höhen auf eine ebene, feste Unterlage frei fallen gelassen.
Bei den erfindungsgemäß hergestellten Beuteln ergaben sich durchschnittliche Fallhöhen von etwa 40 cm während gasflammengeschweißte Beutel bereits bei durchschnittlich 30 cm Fallhöhe an der Schweißnaht aufplatzten.
Verpackungs- und Schrumpfversuche zeigten, daß - wie auch bei den Pol;yesterbeuteln - die Nahtfestigkeiten der erfiniungsgeman Beutel um 10 , höher lagen, wie der Beutel, die gasflammengeschweißt waren.
Auch bei der Verwendung von verstrec:tem Polyamid bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Beuteln ergaben sich gegenüber gasflammengeschweißten Beuteln ähnlich überlegene Ergebnisse für die geschilderten messungen sowie innerhalb von Verpackunge- und Schrumpfversuchen.
Bei allen Untersuchungen betrug die maxiale Schweißgeschwindigkeit bei gasflammengeschweißten Beuteln 4,5 m/min, während die Schweißgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 8 n/min betrug. Die Oberfläche der Schweißnähte war bei allen Schwei3ungen sauber und frei von oxyaativen Veränderungen.
Die oben beschriebenen Ergebnisse zeigen, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens einerseits bessere mechanische Gütewerte der Schweißnaht und wesentlich höhere Schweißgeschwindigkeiten erreichbar sind, und zwar ohne, daß oxidative Veränderungen oder sonstige negative Eigenschaften an den Schweißnähten festgestellt werden konnten.
Außerdem war die Ausschußquote beim Verpackungseinsatz verringert.
Darüberhinaus haben Untersuchungen ergeben, daß eine regulierbare, gezielte Nachwärmung der Schweißnaht weitere Verbesserungen der Gütewerte bewirkt, wobei insbesondere eine eventuelle Bläschenbildung Innerhalb der Schweißnaht vöTIg ausgeschlossen wird. Diese Nachwärmung kann mit jeder beliebigen Wärmequelle, wie beispielsweise IR-Strahler durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es, den Lichtbogenbrenner in einer "stechenden Schweißposition" anzuordnen, wobei durch die vom Lichtbogen abgegebene Wärme strahlung die Nachwärmung erreicht wird, ohne daß zusätzliche Einrichtungen erforderlich sind.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus beiliegender Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie aus der folgenden Beschreibung.
Die zusammenzuschweißenden Folien, die mit 10 und 41 bez'ichnet sind, werden in einer,zwei vorzugsweise aus Kuüpfer gefertigten Spannbacken 12 und 13 aufweisenden Haltevorrichtung gehalten. Dabei ist der Überstand 14 der Folien 20 bis 150 zur die Foliendicke 15. Entlang des zu vorsachweißenden Überstandes wird erfindungsgemäß ein Feinlichtbogenbrenner, bevorzugt ein Mikroplasmabrenner 16 geführt, wobei der ntellidnkel des Brenners zur Schweißnaht; je nach Schweißaufgabe veränderbar ist. Der Brenner 16 ist in an sich bekannter Art aufgebaut und weist -eine nicht abschmelzende Spitzenelektrode 17, beispielswweise eine Wolframelektrode auf. Die Elelctrode 17 ist über ein Keramikzentrierstück 18 im Brennerkörper 19 befestigt. Im Brennerkörper 19 sind Kanäle 20 für die Zufuhr des Plasmagases und Kanäle 21 für die Zuführung des Schutzgases vorgesehen. Die Elektrode 17 sowie die Brennerdüse 22 sind mIt den Anschlußpolen einer Plasma stromquelle 23 verbunden.
Ferner kann der Plasmabrenner einen in den Austrittsbereich 24 mündenden weiteren Kanal 25 für die Zufuhr eines Zusatzgases, vorzugsweise eines mengenregulierbaren, nicht erhitzten Gases zur Plasmabogentemperatursteuerung aufweisen. Der Kanal 25 steht mit einem schematisch angedeuteten Mengenregler 26 in Verbindung.
Mit dem oben beschriebenen Mikroplasmabrenner wird zwischen der Elektrode 17 und der Düse 12 ein Plasmabogen erzeugt, welcher aufgrund der kinetischen Energie des Plasmagases aus der Brennerdüse 18 heraustritt. Ein derartiger Plasmabogen wird als nichtübertragenen Plasmabogen bezeichnet.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, liegt die Plasmabogenachse 27 bevorzugt in der Ebene 28, in der auch die Berührung der zusammenzuschweißenden Folien erfolgt. Bei dieser Anordnung kann die der Folien zum Schweißen erforderliche Wärmemenge durch Änderung des Plasmabogenstromes bzw. durch Änderung des Abstandes 29 zwischen Brenner und Spannbacken variiert werden.
Dabei hat es sich jedoch herausgestellt, daß bei einem relativ großen konstanten Abstand 29, der einen Wert zwischen etwa 20 lmd 35 mm aufweist, über eine Änderung des Stromes eine feinfühligere Änderung der wärmemenge möglich ist, gegenüber der anderen Möglichkeit, bei der bei konstanten Schweißstrom der Abstand 29 verändert wird.
Auch ist eine Änderung der Wärmemenge durch Querverschiebung der Brennerachse 27 zur Ebene 28 erreichbar.
Schweißversuche haben ergeben, daß insbesondere der uberstand 14 einen wesentlichen Einfluß auf die Güte der Schweißnaht ausübt, wobei insbesondere bei der dargestellten Anordnung von Brenner und Folien bei Überständen mit Werten, die im Bereich zwischen 20 und 150 x Foliendicke die günstigsten Schweißergebnisse erzielt wurden.
Weiterhin zeigten die Versuche, daß bei einer Brennerposition "stechend", der Brenner ist unter einem spitzen Winkel 30, vorzugsweise im Bereich zwischen 20 und 700 geneigt und wird X in Pfeilrichtung 31 bewegt, nahezu porenfreie Schweißnähte erreicht wurden.
Es ist selbstverständlich auch möglich das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Plasmabrenner mit übertragenen Lichtbogen auszuführen. In diesem Fall ist der eine Pol der Stromquelle nicht an die Düse 22 sondern an die Spannbacken angeschlossen.
Die Erfindung ist bevorzugt zum Zusammenschweißen von Kunststoffolien geeignet. Es ist jedoch auch möglich nach der Er findung andere Kunststoffbaute.le aus thermoplastischem Material zu verschweißen. Darüberhinaus ist es möglich mit der Erfindung sowohl Nahtschweißungen als auch Punktschweißungen durchzuführen. Ferner ist es möglich die Relativbewegung von den zu verschweißenden Werkstücken und dem Brenner dadurch zu erreichen, daß der Brenner stationär angeordnet ist und die Werkstücke bewegt werden.
x = in der Ebene 28 Auch ist eine Anpordnung des Brenners direkt ober-bzw. unterhalb des Überstandes möglich, wobei gleichzeitig mit der Schweißung in einet oder zwei nacheinanderfolgenden Lrbeitsgängen ein Besäumen und ein Verschweißen der Folien oder dergleichen möglich ist, wozu unter Umständen, je nach Materialart die Energie des Lichtbogens zum Besäumen vergrößert wird. Ferner ist eine Pendelung des Brenners längs bzw. quer der Schweißnaht vorteilhaft.

Claims

A n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Zusammenschweißen vomn Kunststoffteilen, insbesondere von dünnwandig verstreckten, vorzugsweise biaxial verstreckten Kunststoffolien, nahtlose Kunststoffschiäuchen und dergleichen aus thermoplastischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißung mit einem Lichtbogen-Feinschweißbrenner durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtbogenbrenner ein Mikroplasmalichtbogenschwweißbrenner, vorzugsweise mit nicht übertragenem Plasmabogsn verwendet wird und daß der Plasmabogenstrom auf einen Wert zwischen 2 und 20 A und die Plasmabogenarbeitsspannung zwischen 10 sind 40 V eingestellt ist, wobei die niedrigen Spannungswerte den niedrigen Stromwerten zugeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mikroplasmabrenner als Plasmagas ein Inertgas und als Schutzgas ein reduzierendes Gasgemisch zugeführt wird0

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Gasgemisch aus einem Inertgas mit bis zu 25% Wasserstoff zusatz be steht,

5. Verfahren nach einem der Ansprüche -1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Plasmastrahl im Austrittsbereich des Plasmabrenners ein weiteres, nicht erhitztes Gas zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolien oder dergleichen zwischen zwei Spannbacken gehalten werden und die zu verschweißenden Enden einen Überstand aufweisen, welcher das 20 - 150 fache der Foliendicke beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge der Formel unterliegt, bedeutet: Q = zuzufelrendR Wärmemenge K = Proportionalitätsfaktor I = Plasmabogenstron S = Abstand Plasmadüse-Spannvorricha = zu vor Proportionalitätsfaktor V = Schweißgeschwindigkeit

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (-i2,-l) für die zu verschweißenden Kunststoffteile (10,1-i) und eine an sich bekannte Mikroplasmaschweißanlage (23), deren Brenner (6) über die zu verschweißenden Bereiche (14) bewegbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Plasmaanlage (23) ein Gasmengenregler (26) für ein Zusatzgas zugeordnet ist, dessen Ausgang mit dem Plasmabrenner (16) in Verbindung steht.

10. Geschweißter Beutel, insbesondere aus dünnwandig verstreckter, vorzugsweise biaxial verstreckter Kunststofffolie, der aus einer Schlauchfolie mit Bodenschweißnaht besteht, gekennzeichnet durch eine mit einem Lichtbogenfeinschweißverfahren, insbesondere Ililcroplasmaschweißverfahren geschweißte Bodennah L e e r s e i t e