DE2544371C2 - Gerät zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien - Google Patents

Gerät zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien

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DE2544371C2
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absorber
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Michael John Harwell Didcot Oxfordshire Lee
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Aj Bingley Ltd Bristol Gb
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Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien mit einem Laser, einer den Laserstrahl auf die Folie fokussierenden optischen Einrichtung, und einem im Auftreffbereich des Laserstrahls auf die Folie angeordneten Absorber aus einem die Laserstrahlung absorbierenden und in Hitze umwandelnden Material, und mit einer Andrückvorrichtung zum Andrücken der Folie an den Absorber.
Ein derartiges Gerät bzw. ein entsprechendes Verfahren zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien ist bekannt aus der DE-OS 14 79 239. Bei diesem bekannten Gerät oder Verfahren wird die für das Schweißen erforderliche Erwärmung der zu verschweißenden Folienteile mit Hilfe von strahlungsabsorbierenden Schichten auf der Folie erzielt. Hierzu muß die Folie bzw. die Folien in einem ersten Arbeitsgang im Bereich der gewünschten Schweiß- oder Bearbeitungsstelle mit einem absorbierenden Material, wie beispielsweise Ruß oder Farbpigmenten versehen werden. In einem zweiten Arbeitsgang erfolgt dann die eigentliche Bearbeitung der so vorbereiteten Folie. Neben dem Nachteil.
to daß der Bearbeitungsvorgang zweistufig ablaufen muß. ist es außerdem von Nachteil, daß der Ort der Bearbeitung bereits durch das Aufbringen des absorbierenden Materials festgelegt wenden muß und von diesem abhängt. Dies ist insbesondere bei Geräten von Nachteil.
oei denen verschieden große Beutel oder dgl. aus Kunststoffolie hergestellt werden sollen. Ferner verbleibt nach der Verschweißung das absorbierende Material in der Schweißstelle, was optisch unerwünscht sein kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Folie ohne einen vorbereitenden Arbeitsgang und ohne Fremdrückstände geschnitten und/oder geschweißt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.
daß der Absorber als ein auf der vom Laserstrahl abgewandten Seite der Folie angeordneter Unterlagskörper ausgebildet ist und aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Temperaturwechselbeständigkeit besteht, daß die Andrückvorrichtung als Spannvorrichtung für die Folie in enger Anlage über den Unterlagskörper ausgebildet ist und daß die optische Einrichtung Mittel zum Erzeugen einer Abtastbewegung des Laserstrahlfokus über den vom Unterlagskörper abgestützten Bereich der Folie aufweist.
Durch diese erfindungsgemäßen Merkmale wird unter anderem der Vorteil erzielt, daß die Folie an jeder beliebigen Stelle direkt in einem Arbeitsgang bearbeitet werden kann.
Wenn das erfindungsgemäEe Gerat zur Herstellung von Taschenbeuteln oder dgl. aus einem Band von zwei übereinander gelegten Folien verwendet werden soll weist das Gerät vorteilhafterweise neben einer Zuführvorrichtung für die Folien eine Vielzahl von Unterlagsteilen auf, die an den Außenkanten von Trennwänden angeordnet sind, wobei die Trennwände beabstandet voneinander radial nach außen vorspringend am Umfang einer Nabe angeordnet sind. Mit einer derartigen »Schaufelrad«-ähnlichen Anordnung der Unterlagsteile wird mit sehr einfachen mechanischen Mitteln eine sehr genaue, schnelle Herstellung von laschen oder Beuteln ermöglicht.
Vorteilhafterweise sind zwischen den benachbarten Trennwänden des Gerätes Mittel zum Absaugen der Luft aus den Zwischenräumen vorgesehen, um das Folienband in die Zwischenräume zu ziehen. Dadurch wird eine stramme Auflage der Folie auf den Unterlagsteilen erreicht und gleichzeitig eine Längenabmessungssteuerung für die Beutel erzielt.
Der Laserstrahl wird vorteilhafterweise durch die optische Einrichtung zu einem Strich fokussiert, der in der Richtung der Abtastbewegung verläuft. Durch diese strichförmige Fokussierung des Laserstrahles werden die Folien nur für eine genügend lange Zeit weichgemacht, um ein Ineinanderfließen des plastifizieren Thermoplastikmateri.als zu ermöglichen, wenn die Folien miteinander verschweißt werden.
Als besonders geeignetes Material für das Unterlagsteil des Gerätes haben sich siliziumhaltige Materialien,
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speziell Quarz oder Hartfeuerporzellan erwiesen.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine teilweise schematische Darstellung eines Teils des Gerätes, und
F i g. 2 eine schemaiische Darstellung einer das Gerät aufweisenden Vc-richtung zur Herstellung von Kunststofftaschen aus übereinandergelegten Bändern aus Thermopiastikmaterial.
F i g. 1 zeigt einen Teil der Thermopiastikfolie 101. die über eine Tragplatte 102 gelegt ist. Die Platte 102 ist entlang einer Kante durch einen aus Hartfeuerporzellan oder Quarzgut hergestellten Stab 103 bedeckt. Der Stab 103 wirkt als ein Unterlagsteil für die Folie 101. Die Päatte 102 weist in sie eingebohrte Löcher 104 auf. die mit einer Rohrverzweigung 105 und einem Ventilator 106 in Verbindung stehen. Die Betätigung des Ventilators 106 erzeugt eine Druckdifferenz auf der inneren und äußeren Oberfläche 107, 108 der Folie IGi. und saugt diese beiderseits des Stabes 103 nach linien, wodurch in der Folie 101 eine Spannung erzeugt wird und sichergestellt ist. daß zwischen der Folie 101 und dem Stab ein enger thermischer Kontakt besteht. Die Lage der Löcher 104 in der Platte 102 ist so bemessen, daß die die Spannung in der Folie 101 aufrechterhaltenden Saugkräfte davon unbeeinflußt bleiben, ob die Folie 101 kontinuierlich entlang des Stabes 103 verläuft oder nicht. Daher wird die Spannung in der Folie 101 nicht beeinflußt, wenn der Vorgang zum Schneiden der Folie jo entlang des Stabes 103 durchgeführt wird.
Ein Strahlenbündel 109 der vom COrLaser 110 ausgestrahlten Strahlung tritt durch ein Fokussiersystem 111 hindurch, welches den Strahl 109 zu einem Strickoder elliptischen Fokus mit einem Seitenverhältnis von annähernd 10:1 fokussiert. Das optische System 111 schließt weiterhin ein eine Abtastvorrichtung, die den Strahl 109 über der Folie 101 entlang der Oberseite des Stabes 103 bewegt. Die Hauptachse des Strahlenfokus ist in Richtung der Strahlabtastung auf der Folie ausgerichtet. Der Fokus des über die Folie 101 geführten Strahlenbündels 109 wird durch bestimmte optische Techniken aufrechterhalten, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht beschrieben werden. Der Laser hat vorzugsweise eine kontinuierliche Ausgangsleistung von etwa 500 Watt und wird so fokussiert, daß die bestrahlte Fläche auf der Folie 101 eine Ellipse mit einer Hauptachse von annähernd 20 mm und einer Nebenachse von annähernd 2 mm darstellt.
Die Wellenlänge der Laserausgangsstrahlung beträgt 10,6 μπι.
Der Betrag der durch die Thermopiastikfolie absorbierten Strahlung hängt von der Art des verwendeten Thermoplastikmaterials ab. Bei Polyäthylen dring·, jedoch die Energie durch die Folie hindurch und wird von dem Unterlagsstab 103 absorbiert. Das Hartfeuerporzellan des Unterlagsstabes 103 weist ein hohes Absorptionsvermögen bei einer Strahlung von 10,6 μιτι und auch ein relativ niedriges Diffusionsvermögen auf, so daß die auf die Oberfläche des Stabes 103 auftreffende Laserenergie einen heißen Fleck auf dem Stab ausbildet, der zu jeder Zeit im wesentlichen der zu bestrahlenden Fläche entspricht. Die Wärmeenergie des heißen Flekkes wird zur Folie 101 zurückgelenkt, um die Bearbeitung der Folie zu erleichtern.
Bei einer Ausführungsforif, weist die Folie 101 zwei übereinandergelegte Bänder aus Polyäthylen auf. Diese Ausführungsform kann dazu verwendet werden, die beiden Folien miteinander zu verschweißen und die Folien entlang der Mitte der Schweißnaht durchzuschneiden. Bei einer Polyäthylenfolie von etwa 15 μιτι Dicke kann ein wirksames Schweißen und Schneiden mit Abtastgeschwindigkeiten von 305 m/sec erreicht werden. Bei solchen Geschwindigkeiten erreicht der auf dem Unterlagsstab 103 erzeugte heiße Fleck eine Temperatur von annähernd 19000C bei der er eine Strahlung im Spektralbereich von 1,7 bis 3.4 um emittiert, die durch die Polyäthylenfolie 101 ausreichend absorbiert wird. Außerdem wird auch Wärme direkt der Polyäthylenfolie durch die Leitfähigkeit der Oberfläche des Unterlagsmaterials zugeführt. Wenn bei einer weiteren Ausführungsform die beiden Folien nur zusammengeschweißt werden sollen, ist es wünschenswert, ein unter Druck gesetztes Gas zwischen der Folie 101 und der Oberfläche des Stabes 103 vorzusehen. Dies kann durch das Gas erreicht 'verden, das von dem Material des Unterlagsstabes oder der Folie 101 aufgrui-·. der eizeugten hohen Temperatur erzeugt wird. Es kanr aber auch durch die Injektion eines gasförmigen Mediums durch die Perforationen in dem Unterlag ,stab erzeugt werden.
Der Spannungsgrad in der Folie 101 sollte ausreichend sein damit auf jeder, Fall sichergestellt ist. daß ein Wärmekontakt mit der Oberfläche des Stabes 103 besteht. In der Praxis ist es ausreichend, wenn die Spannung größer als 400 g/m über die Breite der Folie ist und der Biegewinkel der Folie um den Stab 1<)3 Ptwa 120° ist.
Bei einer anderen Ausführungsform sind die Unterlagsstäbe 103 als Röhren aus Hartfeuerporzellat· 2'jsgebildet. Dies hat den Vorteil, daß der Heizdraht sich entlang der Röhren erstrecken kann und die Röhren vorgeheizt werden können.
Ir Fig. 2 ist eine Maschine zur Herstellung von Kunststofftaschen aus schlauchförmigem Thermoplastikband dargestellt.
Eine Walze I. die aus einer zylindrischen Nabe und zwei Lagerschilden 3. von denen nur eines gezeigt ist. gebildet wird, weisi mehrere Trennteile 4 auf, die eine Reihe von Zwischenräumen oder Ausnehmungen 5 bilden, die um den Umfang der Nabe 2 herum in Zwischenräumen angeordnet sind. Die Trennteile 4 weisen die Gestalt von radial befestigten Platten auf. wobei in radialer Richtung längere oder kürzere Platten miteinander abwechseln. Die Außenkante der längeren Trennteile 4 weist eine Anzahl von darin ausgebildeten Ausnehmungen auf, während die kürzeren Trennteile 4 mit e'-ner Kappe 6 aus wärmebeständigem Material überzogen sind und Unterlagsteile darstellen. Die Kappen 6 können Stäbe aus Hartfeuerporzellan, wie oben bezüglich von ^t 3. 1 beschrieben wurde, darstellen. Die Walze 1 wird durch einen nichtgezeigten Elektromotor gedreht. Eine allgemein ri.it dem Be/ugszeichen 7 gekennzeichnete Zuführungsstation weist zwei Paare von angetriebenen Zuführungsrollen 8a und 8b und einen Zuführungskanal 9 auf. der im Detail später beschrieben wird. Die Rollen 8a und Sb werden durch Elektromotoren angetrieben, die nicht gezeigt sind und die mit einem Servo-Steuersystem verbunden sind, das später beschrieben wird das ebenfalls auf den die Walze 1 antreibenden Motor derart anspricht, daß eine vorbestimmte, aber veränderliche Beziphung aufrechterhalten werden kann zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walze 1 und derZuführungsgeschwindigkei« einer Bahn 10 aus schlauchförmigem Kunststoffbandmaterial. aus dein Taschen gemacht werden sollen. Die Rollen 8a ziehen die Bahn 10 des Auseanssmatprink vnu pinpr nir-ht
gezeigten Zuführungswalze und die Rollen 8b führen die Bahn 10 der Walze 1 über einen Zuführungskanal 9 zu. Das Kunststoffbandmaterial ist ein flachgelegter Schlauch aus Polyäthylen mit hoher Dichte. Die Nabe der Walze 1 ist perforiert und ein Ventilator 11 und ein damit verbundenes Kanalsystem 12 ermöglichen die Aufrechterhaltung eines nach innen gerichteten Luftdruckgefälles. Dahinter, in Umdrehungsrichtung der Walze, ist ein Laser 13 angeordnet, dessen Strahl über die EndabschnittederTrennteile4geführt werden kann. Der Strahl de«. Lasers 13 weist einen derartigen Leistungsquerschnitt auf. daß die Verfahrensschritte zum Schweißen und Trennen gleichzeitig durchgeführt werden.
Hinter dem Laser ist eine Abnahme- oder Abstreifvorrichtung 15 /um Entfernen der fertigen Taschen angeordnet. Die Abstreifvorrichtung 15 weist eine Anzahl von gebogenen Dornen auf. die aus zugespitzten Stahl-Streifen 17 hergestellt und so angeordnet sind, daß sie durch die obenerwähnten Ausnehmungen in den längeren Trennteilen 4 hindurchtrelen. An den Streifen 17 sind Versteifungen angebracht, womit diese an die übrige Vorrichtung befestigt werden können. Die Seiten der Streifen 17 sind in der Nähe ihrer Spitzen angeschärft, ebenso wie die Führungskanten der Versteifungen. Die um den Abstreifpunkt herumgeführten Taschen werden auf die Dorne gedrückt und die angespitzten Kanten schneiden T-förmige Schlitze in das Taschenmaterial, so daß die abgenommenen Taschen entlang der Dorne sich herunterbewegen können. Das Polyäthylen ist ausreichend formfest, so daß die Taschen auf den Dornen bleiben. Die Wirkungsweise der Dorne wird durch eine sich drehende Schaufel 19 erleichtert, die über ein Getriebe vom Antrieb der Walze 1 angetrieben wird.
Die Wirkungsweise des Gerätes ist wie folgt:
Wenn die jeweilige Aussparung 5 der Zuführungsstation 7 zugeführt wird, wird ein Stück der Bahn 10 in die Aussparung geführt und bildet eine Schleife 20. Die Größe der Schleife 20. und damit die Größe der fertigen Tasche, wird durch die Zuführungsgeschwindigkeit der Bahn 10 bezüglich der Winkelgeschwindigkeit der Walze 1 bestimmt. Die Bildung einer jeden Schleife 20 wird durch das von dem Ventilator 11 und dem Kanal 12 erzeugte, nach innen gerichtete Druckgefälle unterstützt. Die auf die Bahn 10 ausgeübte Kraft ist am großten. wenn sie gerade in eine gegebene Aussparung 5 eintritt und nimmt ab. wenn die Aussparung 5 gefüllt ist. Andererseits nimmt die Reibungskraft zwischen der Bahn 10 und der Vorderkante des nachfolgenden, die Aussparung 5 bildenden Trennteiles 4 zu, wenn die Schleife 20 gebildet wird. Die Bildung und Steuerung der Schleifenlänge kann durch ein Drosselventil 21 im Kanal 12 unterstützt werden. Der Differenzdruck hält auch die Schleifen 20 in ihrer Stellung, wenn sie um den Laser 13 herumgeführt werden, der die Bahn 10 schweißt und schneidet. Der Laser 13 wird in Betrieb gesetzt, wenn das kürzere Trennteil 4 unter seinem Strahl positioniert ist
Einzelne Taschen können so hergestellt werden, daß die zwischenliegenden Trennteile 4 bezüglich der angrenzenden Trennteile 4 soweit verschoben werden, daß die Aussparungen 5 abwechselnd weit und eng sind. Die konstante Zuführungsgesehwindigkeit der Bahn 10 ergibt lange, in den weiten Aussparungen 5 ausgebildete Schleifen 20 und nur kurze Schleifen in den schmalen Aussparungen 5. Nach dem Abschließen und Schneiden der Stücke der Bahn 10 werden diese durch die Abstreifdorne, wie oben beschrieben wurde, abgestreift und das erwünschte Material wird abgeschnitten,
Um höhere Herstellgeschwindigkeiten zu erreichen, ist es notwendig, die Bahn 10 zwangsläufig in aufeinanderfolgende Aussparungen 5 zu lenken, anstatt sich nur auf das Vorübergehen der Trennteile an der Zuführungsstation 7 zu verlassen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Gerät zur thermischen Bearbeitung von Thermoplastikfolien mit einem Laser, einer den Laserstrahl auf die Folie fokussierenden optischen Einrichtung, und einem im Auftreffbereich des Laserstrahls auf die Folie angeordneten Absorber aus einem die Laserstrahlung absorbierenden und in Hitze umwandelnden Material, und mit einer Andrückvorrichtung zum Andrücken der Folie an den Absorber, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber als ein auf der vom Laserstrahl abgewandten Seite der Folie angeordneter Unterlagskörper (103) ausgebildet ist und aus einem Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und hoher Temperaturwechselbeständigkeit besteht, daß die Andrückvorrichtung als Spannvorrichtung (104, 105, 106) für die Folie in enger Anlage über den Unterlagskörper ausgebildet ist und daß u.e optische Einrichtung (111) Mittel zum Erzeugen einer Abtastbewegung des Laserstrahifokus über den vom Unterlagskörper abgestützten Bereich der Folie aufweist.
2. Gerät nach Anspruch 1 zur Herstellung von Taschen, Beuteln od. dgl. aus einem Band von zwei übereinander gelegten Folien, Ttit einer Zuführvorrichtung für die Folien, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Unterlagsteilen (6) vorgesehen ist, die an den Außenkanten von Trennwänden (4) angeordnet sind, und daß die Trennwände beabstandet voneinander adial nach außen vorspringend am Umfang einer Nabe (2) angeordnet sind.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (104, 105, 106) Mittel (11, 12) zum Absaugen der Luft aus den Zwischenräumen (5) zwischen benachbarten Trennwänden aufweisen, um das Band in die Zwischenräume (5) zu ziehen.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung (111) den Laserstrahl zu einem Strich fokussiert, wobei der Strich in der Richtung der Abtastbewegung verläuft.
5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterlagsteil (103,106) aus siliziumhaltigem Material besteht.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterlagsteil (103, 106) aus Quarz besteht.
7. Gerät nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Unterlagsteil (103, 106) aus Hartfeuerporzellan besteht.
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