DE2542371C3

DE2542371C3 - Bandverbindung sowie Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE2542371C3
Application number: DE2542371A
Authority: DE
Inventors: Karl Schaumburg Adams; Russell J. Arlington Heights Gould
Original assignee: Signode Corp
Current assignee: Signode Corp
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-09-23
Publication date: 1979-07-19
Also published as: AU8383275A; NL168745B; FR2291917B1; BE835882A; DE2542371B2; FR2291917A1; JPS5166094A; ZA755387B; US4119449A; NL168745C; JPS5944245B2; NL7513642A; CA1046738A; US3996403A; DE2542371A1; IT1054381B; GB1536867A; CH605262A5

Description

Aus den US-Patentschriften 33 31312, 34 42 203,

'"' 34 42 732, 34 42 733, 34 42 734, 34 42 735, 34 94 280, 86 572, 36 69 799, 36 79 519 und 37 18 526 sind Verfahren, Werkzeuge und Umreifungsmaschinen zum Verbinden der sich überlappenden Enden von gespannten Schlaufen aus thermoplastischem Kunststoffband

^r>" durch Reibungsschweißen bekannt.

Das dort verwendete thermoplastische Bandmaterial ist üblicherweise aus orientiertem Nylon, Polypropylen oder Polyester. Bänder aus diesen Werkstoffen können z. B. nach dem in der US-Patentschrift 33 94 045 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Hierbei wird ein Folienmaterial aus Polypropylen, das anschließend zu Bändern geschnitten wird, gereckt, um eine Orientierung der makromolekularen Ketten zu erzielen. Dadurch wird die Zugfestigkeit entlang der Orientie-

"" rungslinien beträchtlich erhöht, wobei aber auch die Oberflächen der Folie gegenüber Abrieb empfindlicher werden, so daß bei der Verwendung der Bänder in einer Umreifungsvorrichtung Schwierigkeiten auftreten können. Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, werden

'" die Folien durch kurzzeitiges Erhitzen oberflächlich angeschmolzen, wodurch eine Glättung der Oberfläche erfolgt, ohne daß die molekulare Orientierung im restlichen Folienmaterial und damit die hohe ZugfestiE-

keit beeinträchtigt werden.

Zur Herstellung von Bändern wird dieses Folienmaterial im allgemeinen parallel zu den molekularen Orientierungslinien geschnitten oder gespalten, wodurch ausgezeichnete Verpackungsbänder erhalten werden können.

Durch Reibungsschweißen hergestellte Bandverbindungen haben eine außergewöhnlich hohe Zugfestigkeit, welche der Zugfestigkeit des thermoplastischen Bandes selbst nahekommt Weiterhin haben düse Verbindungen eine verhältnismäßig geringe Schäl- oder Aufreißfestigkeit (d.h. der Widerstand gegenüber Kräften, die senkrecht zur Bandlänge wirken), so daß das Band leicht von dem umreiften Gegenstand entfernt werden kann, wenn dies gewünscht wird. Obgleich die geringe Aufreißfestigkeit von durch Reibungsschweißen hergestellten Verbindungen sehr günstig ist, um das Band vom umreiften Gegenstand zu entfernen, kann es gelegentlich zu einer unbeabsichtigten Öffnung des Verschlusses kommen. Beispielsweise kann die Verbindung aufreißen, wenn bei der Handhabung des Gegenstandes etwas an das Ende des äußersten Bandteils anstößt oder sich daran verhakt oder verfängt.

Es wurde also bisher noch keine Reibungsschweißverbindung entwickelt, deren äußeres überlappendes Endstück zuverlässig verhakungsfest war. Die bekannten Versuche zur Verhinderung des Verhakens des äußeren Endes einer Reibungsschweißverbindung zwischen den sich überlappenden Teilen eines thermoplastischen Bandes, das um einen Gegenstand gespannt war, waren darauf gerichtet, das äußere Ende möglietnt dicht an der Verbindung abzuschneiden. Hierbei bleibt aber immer noch ein sehr kleines lockeres Ende übrig, das zu einem Aufreißen der Verbindung führt, wenn etwas daran anstößt oder sich daran verhakt.

Es ist ferner aus der DE-PS 12 85 384 ein Heizkeil-Verfahren zum Verbinden der sich überlappenden Enden von molekular orientiertem polymerem Bandmaterial bekannt, wobei die sich überlappenden Bandendstücke miteinander verschweißt werden. Das äußere Bandendstück hat jedoch ein ausgeprägtes stumpfes Ende, wobei die Endfläche senkrecht zu den sich überlappenden Endstücken ver'Siif* Dieses stumpfe Ende kann sich leicht an einem Gegenstand verhaken, so daß die Verbindungsstelle leicht aufgerissen werden kann.

Die US-PS 37 00 532 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Spleißen der sich überlappenden Endstücke von Filmen aus thermoplastischem Material mit Hilfe von Ultraschall. Hierbei werden die Filmenden zwischen einen Amboß und ein Ultraschallhorn gebracht, wobei die ebenen Oberflächen dieser beiden Teile in einem spitzen Winkel zueinander geneigt sind. Die Verspleißung wird dadurch hergestellt, daß die Sonotrode quer zum Film schwingt.

Steht die Sonotrode beispielsweise in einem Winkel von 45° zum Amboß, so läßt sich möglicherweise eine Verbindung mit einem sich verjüngenden Endstück erzeugen. Diese Verbindung erfolgt jedorh nur am vorderen Rand, d.h. sie erstreckt sich nicht über die gesamte Überlappungsfläche.

Ist andererseits die Sonotrode in einem Winkel von etwa 2 bis 5° geneigt, wie es als bevorzugte Ausführungsform angegeben ist, so verjüngt sich das unmittelbare Ende der Verbindungsstelle nicht.

Die DE-AS 21 00 306 betrifft ein pneumatisches Bandspann- und Verschließwerkzeug, mit dessen Hilfe die sich überlappenden Bandteile aus molekular orientiertem Kunststoff durch Reibungsschweißen miteinander verbunden werden. Die Anordnung schwingt seitlich im Gleichtakt, so daß die Schneidkante niemals das Band direkt am Rande der Verschlußfläche abschneidet, um ein hervorstehendes Ende zu vermeiden. Es Findet sich weder ein Hinweis über ein sich verjüngendes Bandende, noch ein Hinweis über apparative Merkmale, mit denen eine sich verjüngende Bandverbindung hergestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung mit guter Verhakungsfestigkeit und Aufreißfestigkeit zwischen den sich überlappenden Endstücken eines thermoplastischen Bandes sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung dieser verbesserten Verbindung zur Verfügung zu stellen.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Verbindung eines schlaufenförmig angeordneten Bandes aus längsorientiertem thermoplastischem Kunststoff, wobei sich die Endstücke überlappen und durch eine erstarrte dünne Schicht des zuvor geschmolzenen Materials aus beiden Endstücken miteinander verschweißt sind und sich die verschweißte Zone ganz bis zum Ende des äußeren überlappenden Bandstückes erstreckt; diese Verbindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des äußeren Endstückes sich gegen das innere Endstück zu verringert und der äußere Rand der Verjüngung einen Teil der erstarrten dünnen Schicht bildet

Vorzugsweise besteht zumindest der vordere Teil des verjüngten Endstückes aus zuvor geschmolzenem Kunststoff des Bandes. Auf diese Weise wird eine ziemlich glatte Oberfläche gebildet, die ein Verhaken oder Verfangen ausschließt. Vorzugsweise ist das äußere Endstück an der Stelle des verjüngten Endes zur Verbesserung der Aufreißfestigkeit der Verbindung unter Beibehaltung der molekularen Orientierung zum inneren Endstück hin abgebogen. Ferner weist das längsorientierte Band vorzugsweise eine äußere Oberflächenschicht aus glattem, nicht orientiertem Kunststoff auf.

Durch diese Anordnung wird die Aufreißfestigkeit der Verbindung noch weiter erhöht da die zum Aufreißen oder Abziehen erforderliche Kraft diejenigen Orientierungslinien schneiden würde, die durch eine abgeflammte oder hitzebehandelte glatte Oberflächenschicht aus nicht orientiertem Material geschützt sind. Weiterhin wird die Aufreißfestigkeit durch die ungleichmäßige Stärke des wiedererstarrten Materials, das die Verbindung bildet erhöht so daß ein Abschälen oder Aufreißen, das von Rissen ausgeht die sich in den Hauptteil des Bandes entlang der laminaren Schichten fortpflanzen, vermindert wird.

Vorzugsweise erstreckt sich das Ende des inneren Bandendstückes in Form eines Lappens über die Schicht aus erstarrtem Kunststoff hinaus. Dieser Lappen kann zum absichtlichen Aufreißen der Verbindung verwendet werden.

Die Bandverbindung wird vorzugsweise durch Reibungsschweißen hergestellt. Eine entsprechende Vorrichtung enthält relativ zueinander bewegbare Bandgreiforgane mit gezahnten Bandgreif flächen; eine solche Vorrichtung ist durch einen am Rand einer Greiffläche angeordneten und über die Zähne der Greiffläche hinausragenden Vorsprung gekennzeichnet, der im wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten des Bandes verläuft. Die Form und die Größe des Vorsprungs können schwanken. Beispielsweise kann der Vorsprung eine gekrümmte oder konvexe Oberfläche

bilden, die sich von der Greiffläche aus nach oben erstreckt und in einer Kante ausläuft.

Die Bandgreiforgane können ein Paar von Backen darstellen, die im allgemeinen senkrecht zu den sich überlappenden Bandstücken bewegbar sind, so daß der Vorsprung auf einem Backen vor dem Rest der Bandgreiffläche mit dem angrenzenden überstehenden Dandstück in Eingriff kommt; ferner sind Einrichtungen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den Backen in einer im allgemeinen parallel zu den Bandgreifflächen verlaufenden Richtung vorgesehen.

Ferner kann der Teil der Greiffläche des Backens, der dem Vorsprung gegenüberliegt, glatt sein.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildet der Vorsprung auch einen Teil eines Bandschneidemechanismus, mit dessen Hilfe das äußere Bandendstück vor dem Schmelzen der Zwischenschicht vom Bandvorrat abgetrennt wird. Insbesondere stellt die Kante des Vorsprungs, die in einem rechten Winkel oberhalb einer Kante des Backens angeordnet ist, eine Kante eines Paares von komplementär gegenüberliegenden Schneidkanten eines Bandschneidemechanismus dar.

Selbstverständlich braucht aber der Vorsprung nicht einen Teil eines Bandschneidemechanismus darzustellen. Das überstehende Bandteil, das an den Vorsprung angrenzt, kann unterhalb des Vorsprungs abgeschnitten werden, so daß nach der Bildung des Verschlusses ein loses Ende hinterbleibt. Dieses lose Ende erstreckt sich vom verjüngten äußeren Ende des durch den Vorsprung erzeugten Reibungsschweißverschlusses bis zum Ende des äußeren Bandes. Durch das Schmelzen der Zwischenschicht des äußeren Bandes in der Nähe des Vorsprunges verjüngt sich das äußere Band in die Verbindung hinein, wodurch die Verbindung mit dem losen Ende sehr spröde wird, so daß bei einem Verhaken des losen Endes dieses abbricht und nur das verhakungsfeste verjüngte Ende zurückbleibt.

Der Vorsprung kann ferner so bemessen werden, daß das zum Bandvorrat führende Bandstück so weit durchgeschmolzen wird, daß es vom Bandvorrat abgetrennt werden kann. Auf diese Weise ist ein besonderer Bandschneidemechanismus nicht erforderlich.

Der Vorsprung braucht nicht konvex ausgebildet zu sein, sondern kann auch die Form einer ebenen Fläche haben, die in einem Winkel zur Greiffläche des Backens nach oben verläuft und in einer Kante endet, die sich senkrecht oberhalb des Randes des Backens befindet.

Die Greifflächen können entweder komplementär einander gegenüberliegende ebene oder gebogene Oberflächen darstellen. Greifflächen mit ebener Oberfläche sind beispielsweise in der US-PS 34 42 733 dargestellt, während Greifflächen mit gebogenen Oberflächen in der US-PS 34 94 280 dargestellt sind

Alle Reibungsschweißvorrichtungen, die in den eingangs erwähnten Patentschriften beschrieben sind, können nach der erfindungsgemäßen Abwandlung ihrer Backen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bandverbindung verwendet werden. Nur zum Zwecke der Erläuterung sind die modifizierten Backen nachstehend in Verbindung mit der Vorrichtung nach der US-PS 34 42 203 beschrieben. Die Bewegungsart für die modifizierten Backen zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Bandverbindung ist nicht begrenzt, sondern kann eine Reihe von Alternativen umfassen, z. B. eine Drehbewegung, eine Hin- und Herbewegung oder eine seitliche Bewegung.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Erzeugung einer Bandverbindung, wobei die sich überlappenden Bandteile zwischen zwei einander zugewandten Backen eingeführt und zwischen den Backen eingeklemmt werden und zwischen den Backer in einer Richtung, die parallel zu den Bandgreifflächen verläuft, eine Relativbewegung erzeugt wird, um die Zwischenschicht zwischen den zusammengepreßter Oberflächen der Bandteile zu schmelzen; dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst einen an einem Backer angebrachten Vorsprung, der über den Rest der Bandgreiffläche hinausragt und dann den Rest der Bandgreifflächen mit einem Bandteil in Eingriff bringl und durch die parallel zu den Bandgreifflächer verlaufende Relativbewegung zunächst die Zwischenschicht an der Eingriffstelle des Vorsprungs und danr die Zwischenschicht zwischen der restlichen Fläche dei Backen schmilzt. Mit Hilfe des Vorsprungs kann hierbe eine Masse aus geschmolzenem Material in den Bereich außerhalb der sich überlappenden BandstUcke hinaus gedrückt werden. Ferner kann man mit Hilfe de: Vorsprunges das an den Vorsprung angrenzende überstehende Bandstück derart drücken, daß dieses sich zur Zone der geschmolzenen Zwischenschicht hir verjüngt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine übliche Umreifungsvorrichtung, bei der die erfindungsgemäße Verschließvorrichtung verwendet werden kann;

Fig.2 eine vergrößerte Schwarz-Weiß-Darstellung einer farbigen Mikrofotografie einer üblichen Reibungsschweißverbindung;

Fig. 3 eine entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Reibungsschweißverbindung;

F i g. 4 bis 6 aufeinanderfolgende schematische Ansichten einer Ausführungsform der einander gegenüberliegenden Backen einer Vorrichtung zur Herstellung von erfindungsgemäßen Reibungsschweißverbindungen;

F i g. 7 einen Schnitt durch eine andere erfindungsgemäße Reibungsschweißverbindung;

F i g. 8 eine Perspektivansicht eines Backenelement! mit einem anders ausgebildeten Vorsprung;

F i g. 9 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungs form einer Reibschweißvorrichtung; und

Fig. 10 bis 14 aufeinanderfolgende Ansichten eine; an sich bekannten Umreifungswerkzeuges mit der erfindungsgemäß modifizierten Backen.

In den nachstehend angegebenen Beispielen wird die erfindungsgemäße Verbindung beim Reibungsschweißen erläutert, obgleich sie auch nach einem Heizkeilver fahren hergestellt werden kann.

Nach Fig. 1 wird das längsorientierte thermoplastische Bandmaterial Γ von einem Bandvorrat 1 mit Hilfe eines Zugabemechanismus 2, der ein Zugaberad 3 enthält welches sich entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, abgezogen, wodurch das Ende des Bandes 1 zwischen den Backen 4 und 5 mit einander gegenüberliegenden Bandgreifflächen um den Gegenstand P(m\ Hilfe von nicht dargestellten Führungsschienen), danr zurück zwischen den Backen 4 und 5 und weiter durch einen Greifbackenmechanismus 6 bewegt wird. Dei Greifbackenmechanismus 6 ergreift das Ende de; Bandes Tund hält es stationär. Ein Spannmechanismus 1 enthält ein Spannrad 8, das in der Darstellung in Uhrzeigersinn gedreht wird, um das Band in die

umgekehrte Richtung zu bewegen. Wenn das Ende des Bandes T durch den Greifbackenmechanismus 6 festgehalten wird, so wird aufgrund der Bewegung des Bandes Tmit Hilfe des Spannrades 8 das Band Tstraff um das zu umreifende Paket gezogen und unter Spannung gehalten. Der Zugabemechanismus 2 und der Spannmechanismus 7 können in einem einzigen Mechanismus vereinigt sein, wie es in der US-Patentschrift 34 42 203 beschrieben ist. Die Backen 4 und 5 werden dann im allgemeinen senkrecht gegeneinander bewegt, wobei die sich überlappenden Bandstücke zwischen den Backen liegen. Wenn der Backen 4 die Bandstücke zusammenpreßt, so wird er in einer Richtung, die im allgemeinen parallel zu den Bandgreiffiächen liegt, in Schwingungen versetzt, wodurch eine gleitende Reibbewegung zwischen den zusammengepreßten, sich überlappenden Bandstücken erzeugt wird, wodurch deren Grenzflächenbereiche schmelzen. Dann wird die im allgemeinen parallele Bewegung der Backen 4 und 5 unterbrochen, wobei die geschmolzenen Grenzflächenbereiche der sich überlappenden Bandstücke wieder erstarren und eine Reibungsschweißverbindung bilden. Das Band T wird mit Hilfe einer Schneidevorrichtung (nicht dargestellt) vom Bandvorrat abgetrennt, wodurch die Umreifung fertiggestellt ist.

Die Aufreißfestigkeit derartiger Reibungsschweißverbindungen wird mit Hilfe eines Vorsprunges 9, der nach außen über die Greiffläche des Backens 5 ragt, verbessert.

F i g. 2 zeigt zum Vergleich einen Schnitt durch eine übliche Reibungsschweißverbindung zwischen den sich überlappenden Endstücken von längsorientiertem thermoplastischem Polypropylenband, das um einen Gegenstand gespannt ist. Die Endstücke 10 und 10a sind durch Reibungsschweißung über eine erstarrte Schicht 11 aus zuvor geschmolzenem Material miteinander verbunden. Das äußere Endstück 12 zeigt einen stumpfen Rand 13 an der Stelle, an der es mit Hilfe einer Schneidevorrichtung des Umreifungswerkzeuges abgetrennt wurde. Die wiedererstarrte Schicht 11 befindet sich innen in einem gewissen Abstand zum Rand 13, so daß das äußere Endstück 12 frei über die unmittelbar darunter liegende Schlaufe hinausragt. Wegen dieses Endstückes besteht die Gefahr, daß die Verbindung eine Verhakungsstelle bildet und aufgerissen wird. Auch wird durch den freien Rand 13 die Schichtstruktur des Bandes freigelegt, so daß die Gefahr des Aufreißens oder Abschälens noch vergrößert wird.

Fig.3 zeigt einen Schnitt durch eine Reibungsschweißverbindung gemäß der Erfindung. Eine Zwischenschicht !4 aus wiedererstarrtem Material befindet sich zwischen den sich überlappenden Endstücken 15 und 15a eines längsorientierten thermoplastischen Polypropylenbandes, das um einen Gegenstand gespannt ist Es kann auch ein anderes orientiertes Kunststoffbandmaterial, z. B. aus Nylon oder Polyester, verwendet werden.

Die wiedererstarrte Zwischenschicht 14 erstreckt sich ganz bis zum Ende des äußeren Endstückes 16, so daß kein freies Ende wie bei den bekannten Verbindungen entsteht, wodurch sich die Verbindung nicht mehr verhaken kann. Das äußere Endstück 16 des sich überlappenden Bandstückes 15 hat eine allmählich abnehmende Dicke und verjüngt sich nach innen gegen das darunter liegende Bandstück 15a Außerhalb der Verbindung 14 vor dem sich verjüngenden Endstück 16 befindet sich eine Masse aus nichtorientiertem, wiedererstarrtem Material 17, welche die Verhakungsfestigkeit noch weiter verbessert.

Die in der Längsrichtung des Bandes verlaufenden Orientierungslinien 18 laufen an dem sich verjüngenden Endstück 16 nach innen, wodurch die Aufreißfestigkeit an der Zwischenschicht 14 noch dadurch verbessert wird, daß die Abschälkräfte durch die molekulare Orientierung des Bandmaterials hindurchwirken müssen, das durch eine glatte Oberflächenschicht 19 aus flammbehandeltem, nichtorientiertem Material geschützt ist. Weiterhin wird die Aufreißfestigkeit durch die ungleichmäßige Dicke des wiedererstarrten Materials 14a, das den Reibungsschweißverschluß 14 bildet, erhöht, so daß eine Abschälung, ausgehend von Rissen, die sich entlang der Schichtlinien der Orientierung 18 in das innere des Bandes fortpflanzen, vermindert wird.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindungen kann am besten anhand der F i g. 4 bis 6 erläutert werden. In Fig.4 sind die sich überlappenden Endstücke 20a und 206 aus längsorientiertem thermoplastischem Band dargestellt, das in Form einer Schlaufe um einen Gegenstand P gelegt und gespannt ist.

Die Endstücke 20a und 206 befinden sich zwischen einem Paar einander gegenüberliegender Schweißbakken, wobei das Ende 30 des Endstückes 20a über den Rand 40 des Backens 21 hinausragt. Das äußere Endstück 206 befindet sich so zwischen den Backen 21 und 22, daß sein Ende nur bis zum Rand 41 des Backens 22 reicht. Die Backen 21 und 22 haben einander gegenüberliegende ebene Bandgreifflächen 23 und 24, die die sich überlappenden Endstücke 20a und 206 ergreifen können. Die Backen 21 und 22 brauchen keine im wesentlichen ebene und parallele Bandgreifflächen zu haben. Wenn hier der Ausdruck »planar« verwendet wird, so sollen darunter auch Oberflächen verstanden werden, die im allgemeinen komplementär sind, wie die gebogenen Oberflächen von Fig.9. Auf den Oberflächen 23 und 24 sind die Zähne 35 vorgesehen, die das Bandmaterial ergreifen und ein Rutschen verhindern.

An einem Ende des Backens 22 ist senkrecht zur Länge der sich überlappenden Endstücke 20a und 206 ein Vorsprung 25 vorgesehen, der über die Ebene der Zähne auf der Greiffläche 24 hinausragt. Der Vorsprung 25 hat eine gekrümmte Oberfläche 31, die über die Greiffläche 24 nach oben ragt und in einer Kante 33 ausläuft, die sich senkrecht oberhalb der Kante 41 des Backens 22 befindet. Der Vorsprung 25 kann mit dem Backen 22 eine Einheit bilden oder als getrenntes Teil in geeigneter Weise daran befestigt sein.

In Fig. 5 ist die erste Stufe der Erzeugung einer erfindungsgemäßen Reibungsschweißverbindung dargestellt Der Backen 22 bewegt sich senkrecht gegen den Backen 21, bis die sich überlappenden Endstücke 20a und 206 so zusammengepreßt sind, daß ein Reibungseingriff unter Erzeugung von Wärme zwischen dem Vorsprung 25 und einem Teil 44 der Greiffläche 23 unmittelbar gegenüber dem Vorsprung 25 erfolgt Der Teil 44 der Greif fläche ist glatt und liegt in der Höhe der Zähne 35 am Backen 21, so daß eine feste fortlaufende Gegendruckfläche für den Vorsprung 25 geschaffen wird. Während die sich überlappenden Endstücke 20a und 206 in Ausrichtung zum Vorsprung 25 unter Druck gehalten werden, wird der Backen mit einer hohen Geschwindigkeit in Schwingungen versetzt, und zwar in einer Richtung, die im allgemeinen parallel zu den Greifflächen 23 und 24 liegt Der Rest der sich überlappenden Endstücke 20a und 206 zwischen den Backen 21 und 22 steht zu diesem Zeitpunkt unter einem

solchen Druck, daß die Zähne 35 in das Band eindringen, so daß der Backen 21 das Endstück 20a relativ zum Endstück 206 verschiebt, und während der Vibration keine Reibungswärme zwischen Backen und Band erzeugt wird. Hierbei schmilzt aber die dem Vorsprung 25 gegenüberliegende zusammengepreßte Zwischenschicht 26 (F i g. 5). Wie am besten in F i g. 6 gezeigt ist, schmilzt der Rand am Boden des äußeren überstehenden Endstücks 206 während dieses Vorganges aufgrund des durch die Backen 21 und 22 ausgeübten Klemmdrukkes und aufgrund der Druckkonzentration an der Zwischenschicht, die durch den Vorsprung 25 erzeugt wird. Hierbei wird auch der äußere Rand des Endstücks 20b nach innen gebogen, wie es bei 27 dargestellt ist Wenn sich der Backen 21 weiter zum Backen 22 hinbewegt, so wird der Rest der sich überlappenden Endstücke 20a und 206 zwischen den Greifflächen 23 und 24 zusammengepreßt, wobei ein Reibungseingriff unter Erzeugung von Wärme stattfindet. Hierbei schwingt der Backen 21 weiter, so daß sich die geschmolzene Zwischenschicht 26 über die restliche Oberfläche der sich überlappenden Endstücke 20a und 206 zwischen den Greifflächen 23 und 24 ausbreitet. Aufgrund des durch den Vorsprung 25 ausgeübten höheren Druckes wird geschmolzenes Material 28 aus der Reibungsschweißverbindung herausgedrückt, wenn der Rand des äußeren Endstücks 206 schmilzt und sich nach innen verjüngt, wodurch auch die Schichtstärke der geschmolzenen Zwischenschicht 26 in der Nähe des Vorsprunges 25 ungleichmäßig wird (bei 36).

Nachdem die sich überlappenden Endstücke 20a und 206 auf der gesamten, im Backeneingriff stehenden Zwischenschicht geschmolzen sind, wird die Bewegung des Backens 22 unterbrochen, wobei das geschmolzene Zwischenschichtmaterial 26 unter Ausbildung einer Reibungsschweißverbindung wieder erstarrt. Das erstarrte Material 26 erstreckt sich vollständig bis zum Rand des äußeren Endstückes 206, das sich zu der Reibungsschweißverbindung hin verjüngt, um einen sich praktisch nicht verhakenden äußeren Rand zu bilden. Der sich verjüngende Rand 27 ist weiterhin durch die erstarrte Masse von geschmolzenem Material 28 geschützt, das sich beim Wegschmelzen des Randes des äußeren überstehenden Bandteils 206 bis außerhalb der Verbindungsstelle ausbreitete. Dieses Material 28 liegt direkt vor dem sich verjüngenden Rand 27, wodurch die Verhakungsfestigkeit noch erhöht wird.

Der Vorsprung 25 kann sich auch auf dem Backen 21 anstatt auf dem Backen 22 befinden. Weiterhin ist die Bewegung zwischen den Backen 21 und 22 zur Erzeugung der Reibungsschweißverbindung nicht auf eine einzige Bewegungsart beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Drehbewegung, eine Seitwärtsbewegung oder eine Hin- und Herbewegung umfassen.

Das innere Bandende 30 des Endstückes 20a erstreckt sich über die Leitkante des Backens 21 hinaus, so daß nach der Bildung der Reibungsschweißverbindung zwischen den Endstücken 20a und 206 das Ende 30 einen von Hand greifbaren Lappen darstellt, der zum Aufreißen der Verbindung verwendet werden kann. Dieser Lappen ist auf einer Seite durch das Endstück 206 und auf der anderen Seite durch den zu umgreifenden Gegenstand gegen ein Verhaken oder Aufreißen geschützt Bei der Betätigung des Lappens wird die Reibungsschweißverbindung um ihre Längsachse gedreht, so daß der Lappen 30 frei liegt und zum Auseinanderziehen der Reibungsschweißverbindung ergriffen werden kann.

In F i g. 4 ist das äußere Bandteil 20 so dargestellt, daß es vor der Bildung der Reibungsschweißverbindung dicht am Vorsprung 25 endet. Dies wird mit Hilfe eines Bandschneidemechanismus erzielt, der auf dem die Reibungsschweißverbindung erzeugenden Umreifungswerkzeug angebracht ist, wie es nachstehend noch näher erläutert ist.

In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bandverbindung dargestellt, bei der

to das äußere Bandendstück 206 verhältnismäßig weit über den Vorsprung 25 hinausragt, so daß nach der Erzeugung der Reibungsschweißverbindung ein loses Ende 51 zurückbleibt. Die Reibungsschweißverbindung von F i g. 7 kann in der gleichen Weise wie die Reibungsschweißverbindiing nach den Fig.4 bis 6 erzeugt werden, was nicht näher erläutert zu werden braucht.

Der einzige Unterschied besteht darin, daß nach der Ausbildung der Verbindung das lose Ende 51 absteht.

Durch das Schmelzen der Zwischenschicht zum äußeren überstehenden Bandteil 206 unterhalb des Vorsprunges 25 während der Ausbildung der Reibungsschweißverbindung 26 wird jedoch die Verbindungszone mit dem losen Ende 51 geschwächt und sehr spröde gemacht.

Wenn also das lose Ende 51 ergriffen wird oder dort eine Verhakung erfolgt, so bricht es ab, wobei dann nur das verhakungsfeste sich verjüngende Ende 52 zurückbleibt, das weitgehend dem verhakungsfesten Ende 27 bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 bis 6 entspricht.

Ferner kann der Vorsprung 25 so bemessen werden, daß das zum Bandvorrat führende Bandstück so weit durchschmilzt, daß es vom Bandvorrat abgetrennt werden kann, wodurch ein besonderer Abschneidemechanismus entfallen kann.

Die Höhe des Vorsprunges 25 hängt im allgemeinen von der Stärke des verwendeten Bandes und von der gewünschten Zunahme der Aufreißfestigkeit ab. Beispielsweise wurde die nominale Aufreißfestigkeit einer Reibungsschweißverbindung bei Polypropylenband mit einer Breite von 11 mm und einer Dicke von etwa 0,43 mm von etwa 2,3 kg/11 mm auf etwa 4,9 kg/11 mm erhöht, wenn ein Backen mit einem Vorsprung verwendet wurde, der etwa 0,46 mm über die Basis der Greiffläche hinausragte. Bei einem weiteren Beispiel wurde die nominale Aufreißfestigkeit einer Reibungsschweißverbindung bei Polypropylenband mit einer Breite von etwa 11 mm und einer Dicke von etwa 0,67 mm von etwa 1,8 kg/11 mm auf etwa 8,0 kg/11 mm erhöht, wenn die Versehweißung mit einem Backen erfolgte, dessen Vorsprung etwa 0,74 mm über die Basis der Greiffläche hinausragte. Die erfindungsgemäß hergestellten Reibungsschweißverbindungen haben eine derart verbesserte Verhakungsfestigkeit, daß besondere Methoden zur Bestimmung der Aufreißfestigkeit entwickelt werden mußten. Bei einigen Werkstoffen, ζ. B. Nylon, ist die Zunahme der Aufreißfestigkeit nicht so stark wie bei Polypropylen; die Verhakungsfestigkeit ist jedoch so weit verbessert, daß

eine zufällige öffnung der Verbindung wirksam vermieden wird.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 4 bis 6 hat der Vorsprung 25 eine gekrümmte Oberfläche 3t, die sich von dem ebenen Teil der Greiffläche 22 nach oben erstreckt und oberhalb der Kante 41 in einer scharfen Kante 33 ausläuft Die Form des Vorsprunges trägt mit zur Form des sich verjüngenden Randes des äußeren Endstückes 206 während der Ausbildung der Reibungs-

schweißverbindung bei. Die scharfe Kante 33 auf dem Vorsprung 25 kann einen Teil des Bandabschneidemechanismus bilden, wie es nachstehend noch näher erläutert ist. Der Vorsprung 25 braucht aber nicht die in den F i g. 4 bis 6 dargestellte gekrümmte Oberfläche zu haben, sondern kann auch anders geformt sein. Zum Beispiel hat bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform der Vorsprung 25 eine ebene Fläche 32, die von dem ebenen Teil der Greiffläche 24 in einem Winkel nach oben geht. Die Fläche 32 endet in einer scharfen Krinte 34, die im rechten Winkel oberhalb der Kante 41 des Backens 22 verläuft.

Wie die Kante 33 in der Ausführungsform nach den Fig.4 bis 6 kann auch die Kante 34 als Teil des Bandabschneidemechanismus verwendet werden, wie es nachiicP.end noch erläutert ist.

Weiterhin brauchen die Greifflächen 23 und 24 der Backen 21 und 22 nicht eben zu sein, wie bei der Ausführungsform nach d?n F i g. 4 bis 6, sondern können auch anders gefoi int sein. Bei der in F i g. 9 dargestellten Ausführungsform ist ein Paar von Schweißbacken 60 und fil mit komplementär gegenüberliegenden gebogenen Greifflächen 62 und 63 dargestellt, die mit Zähnen 68 versehen sind, welche die überstehenden Endteile 66 und 67 eines thermoplastischen Bandes ergreifen, das um einen Gegenstand gespannt ist (vgl. beispielsweise US-Patentschrift 34 94 280). Es erstreckt sich ein Vorsprung 64 über das Ende der Greiffläche 62 nach außen, und zwar verläuft dieser Vorsprung im rechten Winkel zur Länge der sich überlappenden Endstücke 66 und 67. Der Teil der Greiffläche 63, der dem Vorsprung 64 gegenüberliegt, ist glatt und befindet sich in der Ebene der Zähne 68 auf dem Backen 60, so daß eine feste, zusammenhängende Gegendruck- oder Auflagefläche für den Vorsprung 64 geschaffen wird. Die tatsächliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Bandverbindung erfolgt in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach den Fig.4 bis 6, so daß eine weitere Erläuterung nicht notwendig erscheint. Es ist lediglich soviel zu sagen, daß die Backen 60 und 61 senkrecht aufeinander zubewegt werden, so daß zunächst das Stück der überstehenden Bandteile 66 und 67 ergriffen wird, das unterhalb des Vorsprunges 64 liegt.

Dann wird der Backen 61 mit hoher Geschwindigkeit schwingend bewegt wie es bei 65 angedeutet ist, so daß ein Schmelzen der Zwischenschicht zwischen den sich überlappenden Bandendstücken 66 und 67 unterhalb des Vorsprunges 64 einsetzt, das sich dann auf die gesamte Oberfläche der Endstücke 66 und 67 zwischen den Backen 60 und 61 ausdehnt

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist eine Backenanordnung in den Fig. 10 bis 14, eingebaut in eine Vorrichtung gemäß der US-Patentschrift 34 42 203, dargestellt Der Bewegungsablauf beginnt damit daß das innere Bandendstück 20a mit Hilfe einer temporären Halte- und Greifeinrichtung 53 über mehrere Stufen gegen eine Vibrationseinrichtung 50 gehalten wird, bis die Endstücke 20a und 20ό zwischen der Vibrationseinrichtung 50 und einem Paar von hintereinanderliegenden Greifflächen 128 und 144 unter Druck in einem starken Reibungseingriff stehen, wobei keine weiteren Halteelemente verwendet werden. Die Vorrichtung arbeitet genauso wie die Vorrichtung nach der US-Patentschrift 3442 203, so daß insoweit auf die Lehre dieser Patentschrift Bezug genommen wird. Der Greifbacken 144 ist so abgewandelt daß er einen Vorsprung 25 enthält der vom ebenen Teil der G reif fläche aus nach oben ragt. Das dem Vorsprung 25 gegenüberliegende Stück der Greiffläche des Vibrators 50 ist glatt, wie es bei 54 dargestellt ist. Der Vorsprung 25 enthält eine gekrümmte Oberfläche, die sich senkrecht zur Länge des Bandes 20b von der Greiffläche des Backens 144 nach oben erstreckt und die zu einer scharfen Kante 33 im rechten Winkes oberhalb der Kante des Backens 144 ausläuft.

Nach F i g. 10 ist das Endstück 20a eines thermoplastisehen Bandes mit Hilfe der Greifeinrichtung 53 am Vibrator 50 festgeklemmt. Das Band ist urn ein Paket (nicht dargestellt) gezogen und erscheint als Bandteil 20b, das sich unter dem Vibrator 50 bis zu einer geeigneten Spanneinrichtung (nu-tit dargestellt) erstreckt. In F i g. 10 stehen die Backen 128 und 144 nicht mit den sich überlappenden Endstücken 20a und 206 in Eingriff, während die Greifeinrichtung 53 mit dem Endstück 20a in Eingriff steh· um es gegen den Vibrator 50 zu halten. Durch nicht dargestellte Einrichtungen wird eine Kniehebel- odei Schubplatte 104 nach oben bewegt. Hierbei wird zunächst das Backenelement 128 mit dem Endstück 20b in Eingriff gebracht, so daß es zusammen mit dem Endstück 20a zwischen dem Backenelement 128 und dem Vibrator 50 festgeklemmt wird (vgl. F i g. 11). Beim Weiterbewegen der Schubplatte 104 wird das Backenelement 144 in die in Fig. 12 dargestellte Stellung gebracht, wobei die scharfe Kante 33 des Vorsprunges 25 in Verbindung mit dem Schneidemechanismus 42 das Band vom Endstück 20b abtrennt. Zu diesem Zeitpunkt steht der Greifmechanismus 53 noch mit dem Endstück 20a in Berührung. Man erkennt, daß bei der Aufwärtsbewegung der Schubplatte 104 ihre gekrümmte Fläche 142 mit der Stange 57 in Eingriff kommt so daß diese gegen die Kraft der Feder 58 nach rechts gedrückt wird. Durch diese Bewegung der Stange 57 wird ein Schwenkzapfen 59 mitgeführt, der im Zusammenwirken mit der Feder 69 das Gelenk 56 und den damit verbundenen Greifmechanismus entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn dreht, so daß dieser das Endstück 20a losläßt.

Nach Beendigung des Auswärtshubes der Schubplatte 104 wird das Backenelement 144 bewegt um die Endstücke 20a und 20f> zwischen dem Vorsprung 25 und dem Teil der Fläche des Vibrators 50 gegenüber dem Vorsprung 25 zusammenzudrücken (Fig. 14). Die einzelnen Teile sind dann in einer solchen Stellung, daß die Reibungsschweißverbindung zwischen den Endstükken 20a und 20Z> erzeugt werden kann.

Der durch das Backenelement 128 und den Vorsprung

so 25 auf das Backenelement 144 ausgeübte Druck bewirkt, daß die Endstücke 20a und 206 fest zusammengepreßt werden und das Endstück 20a gegen die Greiffläche des Vibrators 50 gedrückt wird. Wenn die Bandendstücke unter einem ausreichend hohen Druck zusammengepreßt sind, wird der Vibrator 50 in Schwingungen versetzt um das Endstück 20a relativ zum inneren Endstück 206 zu bewegen, das durch das Backenelement 128 und den Vorsprung 25 auf dem Backen 144 dagegengedrückt wird. Es schmilzt die Zwischenschicht zwischen den sich überlappenden Endstücken 20a und 20b zwischen dem Backenelement 128 und dem Vibrator 50, wie es in der US-Patentschrift 34 42 203 beschrieben ist Die Reihenfolge der Schmelzvorgänge in der Zwischenschicht zwischen dem Backenelement 144 und dem Vibrator 50 ist die gleiche wie bei der Ausführungsform nach den Fig.4 bis 6, wobei eine Reibungsschweißverbindung mit verbesserter Aufreißfestigkeit gebildet wird. Beim Schmelzen der Zwischen-

schicht zwischen den an den Vorsprung 25 angrenzenden Endstücken 20a und 20fr wird das Ende des Bandes 206 in die Verbindungssttile hineingedrückt. Dann wird der Rest der Endstücke 20a und 206 zwischen dem Backenelement 144 und dem Vibrator 50 in Eingriff s gebracht, wobei sich die geschmolzene Zwischenschicht auf die dazwischenliegenden Flächen ausbreitet Nach einer zum vollständigen Schmelzen der Zwischenschicht ausreichenden Zeit wird die Schwingbewegung des Vibrators 50 unterbrochea wodurch die geschmol- to zene Zwischenschicht wieder erstarren kann. Auf diese Weise wird eine Reibungsschweißverbindung erhalten, die sich zwischen den Endstücken 20a und 206 zwischen den Backenelementen 128 und 144 sowie zwischen dem Vibrator 50 erstreckt, wobei das äußere Ende des Endstückes 206 eine verbesserte Aufreißfestigkeit hat die der Aufreißfestigkeit der mit der Ausführungsform nach den F i g. 4 bis 6 erhaltenen Verbindung entspricht. Die Bandverbindung gemäß der Erfindung kann auch nach einem Heizkeilverfahren hergestellt werden, wie es beispielsweise in der US-Patentschrift 33 68 323 beschrieben ist Bei diesem Verfahren wird eine messerartige Klinge zwischen den sich überlappenden Endstücken eines gespannten thermoplastischen Bandes eingeführt Die Endstücke mit der dazwischenlie- genden messerartigen Klinge werden dann zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Backen ähnlich den vorstehend beschriebenen zusammengepreßt Anstatt daß man aber die Backen in einer allgemeinen parallelen Richtung in Schwingungen versetzt um durch Reibung ein Schmelzen zwischen den überstehenden Bandteilen zu erzeugen, erhitzt man die Klinge so weit daß die angrenzenden überstehenden Bandteile zum Schmelzen kommen. Dann wird die Klinge zwischen den sich überlappenden Endstücken entfernt und zwar in einer Richtung, die im allgemeinen parallel zur Ebene der Bandflächen verläuft wobei die geschmolzenen Zwischenschichtbereiche der überstehenden Bandteile miteinander in Berührung kommen. Beim Erstarren des geschmolzenen Zwischenschichtmaterials erfolgt eine Verschweißung unter Bildung einer Verbindung.

Die erfindungsgemäße Bandverbindung wird nach diesem Heizkeilverfahren so hergestellt daß an einem Ende der einander gegenüberliegenden Backen in ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben, ein Vorsprung vorgesehen wird. Der Vorsprung kann aber auch auf der Klinge angebracht werden. Wenn die Backen zusammengepreßt werden, so wird durch den Vorsprung ein zusätzlicher Druck auf das entsprechende Bandendstück ausgeübt wodurch dieses schmilzt und sich nach innen verjüngt so daß eine verbesserte Verbindung ähnlich der durch Reibungsschweißen erhaltenen Verbindung erzeugt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbindung eines schlaufenförmig angeordneten Bandes aus längsorientiertem thermoplastischem Kunststoff, wobei sich die Endstücke überlappen und durch eine erstarrte dUnne Schicht des zuvor geschmolzenen Materials aus beiden Endstücken miteinander verschweißt sind und sich die verschweißte Zone ganz bis zum Ende des äußeren überlappenden Bandstückes erstreckt, d a durch gekennzeichnet, daß die Dicke des äußeren Endstückes (206J sich gegen das innere Endstück (20a) zu verringert und der äußere Rand der Verjüngung einen Teil der erstarrten dünnen Schicht (26) bildet

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der vordere Tei¹ des verjüngten Endstückes aus zuvor geschmolzenem Kunststoff des Bandes besteht

3. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das äußere Endstück an der Stelle des verjüngten Endes (27) zur Verbesserung der Aufreißfestigkeit der Verbindung unter Beibehaltung der molekularen Orientierung zum inneren Endstück hin abgebogen ist

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß das längsorientierte Band eine äußere Oberflächenschicht (19) aus glattem, nicht orientiertem Kunststoff aufweist.

5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ende (30) des inneren Bandendstücks (20a)'m Form eines Lappens über die Schicht (26) aus erstarrtem Kunststoff hinauserstreckt.

6. Vorrichtung zur Erzeugung einer Bandverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, enthaltend relativ zueinander bewegbare Bandgreiforgane mit gezahnten Bandgreifflächen, gekennzeichnet durch einen am Rand einer Greifflächu (24) angeordneten und über die Zähne (31) der Greiffläche (24) hinausragenden Vorsprung (25), der im wesentlichen senkrecht zu den Längsseiten des Bandes verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (25) eine konvexe Oberfläche (31) bildet, die sich von der Greiffläche

(24) aus nach oben erstreckt und in einer Kante (33) ausläuft.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandgreiforgane ein Paar von Backen (21, 22) darstellen, die im allgemeinen senkrecht zu den sich überlappenden Bandstücken bewegbar sind, so daß der Vorsprung

(25) auf einem Backen (22) vor dem Rest der Bandgreiffläche (24) mit dem angrenzenden überstehenden Bandstück (20b) in Eingriff kommt, und daß Einrichtungen zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen den Backen in einer im allgemeinen parallel zu den Bandgreifflächen verlaufenden Richtung vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (44) der Greiffläche (23) des Backens (21) der dem Vorsprung (25) gegenüberliegt, glatt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (33) des Vorsprungs (25), die in einem rechten Winkel oberhalb einer Kante (41) des Backens (22) angeordnet ist, eine Kante eines Paares von komplementär gegenüberliegenden Schneidkanten eines Bandschneidemechanismus darstellt

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß die Greifflächen (23, 24) komplementär einander gegenüberliegende ebene Oberflächen darstellen.

IZ Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifflächen (62, 63) komplementär einander gegenüberliegende gebogene Oberflächen darstellen (F i g. 9).

13. Verfahren zur Erzeugung einer Bandverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die sich überlappenden Bandteile zwischen zwei einander zugewandten Backen eingeführt und zwischen den Backen eingeklemmt werden und zwischen den Backen in einer Richtung, die parallel zu den Bandgreifflächen verläuft eine Relativbewegung erzeugt wird, um die Zwischenschicht zwischen den zusammengepreßten Oberflächen der Bandteile zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet daß man zunächst einen an einem Backen angebrachten Vorsprung, der über den Rest der Bandgreiffläche hinausragt und dann den Rest der Bandgreiffläche mit einem Bandteil in Eingriff bringt und durch die parallel zu den Bandgreif flächen verlaufende Relativbewegung zunächst die Zwischenschicht an der Eingriffstelle des Vorsprungs und danii die Zwischenschicht zwischen der restlichen Fläche der Backen schmilzt.

!4. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe des Vorsprungs eine Masse aus geschmolzenem Material in den Bereich außerhalb der sich überlappenden Bandstücke hinausdrückt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man mit Hilfe des Vorsprungs das an den Vorsprung angrenzende überstehende Bandstück derart drückt, daß dieses sich zur Zone der geschmolzenen Zwischenschicht hin verjüngt.