DE2703012A1 - Verfahren und vorrichtung zum verschliessen von kartons oder behaeltern aus mit thermoplastischem material ueberzogener pappe - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum verschliessen von kartons oder behaeltern aus mit thermoplastischem material ueberzogener pappe

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DE2703012A1
DE2703012A1 DE19772703012 DE2703012A DE2703012A1 DE 2703012 A1 DE2703012 A1 DE 2703012A1 DE 19772703012 DE19772703012 DE 19772703012 DE 2703012 A DE2703012 A DE 2703012A DE 2703012 A1 DE2703012 A1 DE 2703012A1
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Description

24. L./kr
Ex-Cell-0 Corporation Troy, Michigan, USA
"Verfahren und Vorrichtung zum Verschließen von Kartons oder Behältern aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verschließen von Kartons oder Behältern aus Pappe, insbesondere Graupappe, die auf beiden Seiten mit thermoplastischem Material, beispielsweise Polyäthylen, überzogen ist. Der thermoplastische überzug auf der Pappe dient nicht allein als Feuchtigkeitsschutz, sondern auch als durch Wärme und Druck aktivierbares
- 2 -709832/0271
Klebematerial, mit welchem die Verschlußelemente des Behälters abgedichtet werden können, so daß der Behälter flüssigkeitsdicht wird, wenn er mit Milch oder einem anderen Inhalt gefüllt ist, und versiegelt und verschlossen ist. Ein Beispiel für eine solche Behältergattung ist aus den US-Patentschriften 3 120 089 und 3 910 OH bekannt.
Bei der herkömmlichen Methode zum Verschließen von Behältern aus mit thermoplastischem Oberzug versehener Pappe werden die Lagen der Sndverschlüsse der Behälter miteinander in Kontakt gebracht und dann wird durch Aufbringung von Wärme der thermoplastische überzug aktiviert, um ihn an denjenigen Stellen, die miteinander verbunden und abgedichtet werden sollen, fließend zu machen. Wenn das thermoplastische Material abkühlt und härtet^ sind die Lagen abgedichtet und klebend miteinander befestigt. Zusätzlich zu den erforderlichen komplizierten und teueren Vorrichtungen zur Erzeugung der beträchtlichen Menge an notwendiger Energie werden komplizierte Vorrichtungen, Verfahren und Systeme benötigt, um die Wärme von der Anlage abzuhalten, in der die Verpackungsvorgänge durchgeführt werden. Beispiele für derartige Verpackungsvorrichtungen sind in den US-Patentschriften 3 002 328, 3 120 089, 3 166 994, 3 187 647, 3 239 995 und 3 309 841 gezeigt.
Aus den US-Patentschriften 3 905 280 und 3 910 014 sind ferner Vorrichtungen zum Abdichten der Enden von Behältern aus mit
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thermoplastischem Material überzogener Pappe durch Vibrationsschweißung bekannt, wobei mechanische Energie in lokalisierte Wärmeenergie übergeführt wird, um den erforderlichen Wärme- und Energiebetrag zu reduzieren und um gleichzeitig zu vermeiden, daß aufwendige Systeme und Verfahren zur Ableitung der Überschußwärme erforderlich sind. Aus der US-Patentschrift 3 526 792 ist ein Ultraschallumformer bekannt, der einen Konvertor zur Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und ein konzentrierendes Teil (Elektrodenarm) aufweist, mit dem sich mechanische Energie in Schwingungen einer gewünschten Frequenz konzentrieren läßt. In den obengenannten Patentschriften 3 905 280 und 3 910 OU schwingt der Elektrodenarm der Vibrationsschweißvorrichtung, wenn er erregt ist, mit einer vorbestimmten Frequenz und wirkt mit einem Amboß zusammen, um die Lagen der mit thermoplastischem Material beschichteten Pappe zwischen der Arbeitsfläche des Elektrodenarms und dem Bücken bzw. der Arbeitsfläche des Ambosses festzuklemmen. Wenn die beschichteten Papplagen zwischen den Arbeitsflächen des Elektrodenanns und des Ambosses festgeklemmt sind, erzeugt die Vibration des Elektrodenarms Reibungswärme, die ausreicht, um den thermoplastischen Überzug der Papplagen zu aktivieren, so daß das thermoplastische Material der Lagen zusammenfließt. Wenn die Vibration beendet wird, kühlt das thermoplastische Material ab und wird fest, so daß die Lagen gegeneinander abgedichtet und über den Bereich der Sichtung aneinander befestigt sind. Zu den Vorteilen der Verwendung der Vibrations-
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schweißung gehört auch, daß die durch die Schwingungen des Elektrodenarms erzeugte Wärme auf den Bereich, der abgedichtet werden soll, konzentriert ist, und es wird so gut wie keine weitere Wärme benötigt, die zur Durchfuhrung des Dichtungsvorganges erforderlich ist. Der Torgang des dichten Terschließens von Behältern aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe durch Vibrationaschweißung umfaßt zwei Stufen. Die erste Stufe ist der Aktivierungsvorgang, in welchem die Reibung des schwingenden Elekrodenarms genügend Wärme erzeugt, um den thermoplastischen überzug in der Weise zu aktivieren, daß er schließend wird. Die zweite Stufe ist der Abkühlvorgang, bei dem die Lagen zwischen dem Elektrodenarm und dem Amboß eingeklemmt bleiben, während der Elektrodenarm entregt ist, damit der zuvor aktivierte thermoplastische überzug abkühlen und die Dichtung bilden kann. Der vollständige Zyklus zur Bildung einer Dichtung zwischen den Lagen eines Behälters aus mit thermoplastischem überzug versehener Pappe umfaßt somit folgende Schritte:
1. Es werden die Arbeitsflächen des Ambosses und des Elektrodenarms an gegenüberliegende Seiten der abzudichtenden Lagen angelegt.
2. Der thermoplastische Überzug der Schichten wird zwisohen den Arbeitsflächen durch Reibungswärme aktiviert, damit die überzüge der einzelnen Lagen zusammenfließen können.
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3. Das zuvor aktivierte thermoplastische Material wird abgekühlt und erhärtet dabei, während die Lagen noch immer zwischen den Arbeitsflächen des Ambosses und dem entregten Elektrodenarm gehalten werden.
4. Die Arbeitsflächen des Ambosses und des Elektrodenarms werden getrennt, um die Kartonlagen nach der Herstellung der Dichtung zu entfernen.
Ein solcher Zyklus dauerte bisher etwa 1/2 bis 2 Sekunden, wobei die Zeltdauer abhängig war von der Dicke der Pappe, der Dicke des thermoplastischen Oberzuges, der Anzahl der Lagen und des abzudichtenden Flächenbereiches.
Bei Vibrationeschweißoperationen dieser Art ist es bekannt, den Elektrodenarm mit Druck zu beaufschlagen, um die Vibration zu beginnen, d.h., wenn die Arbeitsfläche des Elektrodenarmee aich in Kontakt mit den miteinander zu verschweißenden Schichten bewegt, beginnt der Elektrodenarm zu vibrieren, wenn ein vorbeetimmter Druck, der auf die Arbeitsfläche des Elektrodenarmee wirkt, von der zur Betätigung des Elektrodenarmes dienenden Kontrolleinrichtung wahrgenommen wird.
Der Druck über die gesamte zu dichtende Fläche muß innerhalb bestimmter Grenzen aufrechterhalten werden. Wenn der Druck zu gering ist, ist die Reibung zwischen dem vibrierenden Elektro-
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denarm und den Pappschichten zu gering, um genug Wärme zu erzeugen, mit der der thermoplastische Überzug aktiviert und zum Fließen gebracht werden könnte. Wenn der Druck zu groß ist, kann ein Verbrennen auftreten, d.h., daß der thermoplastische überzug in Bereichen mit hohem Druck entfernt und die Dichtung zerstört wird.
Sin weiteres Problem besteht darin, daß bei zu hohem Klemmdruck zwischen dem Elektrodenarm und dem Amboß Schwingungen auf den Amboß übertragen werden können. Wenn dies eintritt, wird die Reibung zwischen dem Elektrodenarm und den Papplagen reduziert, und zwar aufgrund der Verringerung der Relativbewegung zwischen dem vibrierenden Slektrodenarm und den Papplagen. Andererseits wird ein übermäßiger Druck bewirken, daß der Amboß mit dem Slektrodenarm schwingt, so daß die Papplagen dazu neigen werden, sich mit dem Elektrodenarm zu bewegen, anstelle eine reibende Reaktion gegen den schwingenden Elektrodenarm auszuführen. Die Reduzierung in der Reibung wird die Möglichkeit der Erzeugung einer ausreichenden Wärme zur Aktivierung des thermoplastischen Materials herabsetzen, oder zumindest wird die zur Aktivierung des thermoplastischen Überzugs erforderliche Zeit verlängert. Die Wahrscheinlichkeit, daß dies passiert, erhöht sich in dem gleichen Maße, wie die Masse des Ambosses abnimmt. Ein Amboß mit einer im Verhältnis zum Elektrodenarm kleinen Masse wird eher zu vibrieren beginnen als ein Amboß mit einer relativ großen Masse.
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Ein bedeutender Faktor bei der Bestimmung der Produktionsrate 1st der Zeltbetrag, der für die Dichtoperation erforderlich ist, die, wie oben erwähnt, sowohl die Aktivierungs- als auch die Kühlungsstufe umfaßt. Wenn sich ein Karton in der Schweißstation befindet und die abzudichtenden Lagen zwischen den Elektrodenarm und den Amboß eingeklemmt sind, erhöht eine unangemessene Kühlzeit nach der Entregung des Elektrodenarms bei gleichzeitigem eingeklemmt bleiben der Lagen zwischen dem Elektrodenarm und dem Amboß die Wahrscheinlichkeit, daß sich die Lagen voneinander trennen, bevor der thermoplastische Überzug erhärtet ist, wodurch bewirkt wird, daß sich keine Dichtung bilden kann. In Verpackungsanlagen mit hoher Produktion wird die für die Dichtoperation verfügbare Zeit in erster Linie durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit welcher die Kartone durch den Schweißzyklus laufen müssen, was durch die Geschwindigkeit anderer Maschinen in dem Gesamtsystem festgelegt ist. Die Schweißvorrichtung muß beispielsweise in ein System integriert werden, welches Maschinen zur Zuführung und Aufrichtung von Kartons aus flachem Rohmaterial umfaßt, wie beispielsweise solche Maschinen, wie sie aus den US-Patentschriften 3 599 541 und 3 937 131 bekannt sind, oder beispielsweise Füll- und Verschließmaschinen entsprechend der US-Patentschrift 3 910 OH.
Ziel der Erfindung ist es, die Produktionsrate eines Systems zur Herstellung, Füllung und Abdichtung von Kartons aus mit thermoplastischem Überzug versehener Pappe zu erhöhen, und zwar
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durch Anwendung von Vibrationsschweißung der Kartonenden zur Herstellung einer Dichtung, wobei der Zeitbetrag, der für die Aktivierung des thermoplastischen Materials während des Abdichtungsvorgang es reduziert werden soll.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Verfahren sowie die Torrichtung zur Herstellung der Sichtung zwischen mehreren Lagen aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe zu verbessern, wobei eine unterschiedliche Anzahl von Lagen an unterschiedlichen Teilen des zu dichtenden Bereiches vorhanden ist und somit Änderungen der Dicke des zu dichtenden Bereiches auftreten, und wobei die Zeit, die zur Aktivierung der thermoplastischen Schicht während der Vibrationsschweißphase des Dichtungsvorganges reduziert ist, um eine verlängerte Kühlzeit während des Dichtungsvorganges zu erreichen, damit die Wahrscheinlichkeit geringer wird, daß sich die Lagen trennen, wenn der Klemmvorgang zwischen den Flächen des Elektrodenarmee und dem Amboß der Vibrationsschweißvorrichtung unterbrochen wird.
Demgemäß umfaßt die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen Amboß mit einer Arbeitsfläche zur Anlage an die äußere Fläche der Lagen aus mit thermoplastischem Material beschichteter Pappe, die abzudichten sind, und einen Elektrodenarm, der im erregten Zustand mit einer vorbestimmten frequenz schwingt. Der Elektrodenarm weist eine Arbeitsfläche auf, die an der gegenüberliegenden Außenfläche der Lagen angreift. Der Elektrodenarm und der
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Amboß sind so ausgebildet, daß sie sich relativ zueinander zwischen einer zurückgezogenen, inaktiven Stellung und einer vorgeschobenen, dichtenden Stellung bewegen können, in welcher die gegenüberliegenden Arbeitsflächen an den Fapplagen anliegen und diese festklemmen.
Die Vorrichtung umfaßt eine Steuereinrichtung zur Erregung des Elektrodenarms und zur Bewegung des Elektrodenarms und des Ambosses relativ zueinander. Wenn die Fapplagen eines Kartons zwischen den Arbeitsflächen des Elektrodenarmes und des Ambosses angeordnet sind, führt die Steuereinrichtung nacheinander folgende Operationen aus: 1. sie erregt den Elektrodenarm; 2. sie löst den Bewegungsvorgang des Elektrodenarms und des Ambosses in die Dichtungsstellung aus, damit die Fapplagen zwischen diesen eingeklemmt werden; 3. sie hält den erregten Elektrodenarm eine vorbestimmte Zeit lang in der Dichtposition, um den thermoplastischen Überzug der Fapplagen zum Fließen zu bringen; 4. sie entregt den Elektrodenarm, um dessen Vibrationen zu beenden, wobei der entregte Elektrodenarm und der Amboß eine bestimmte Zeit lang in der Dichtposition gehalten werden, da mit das thermoplastische Material abkühlen und erhärten kann;
5. sie bewirkt das Zurückfahren des Elektrodenarme und des An- < bosses relativ zueinander. Der Klemmdruck zwischen den Arbeits flächen des Ambosses und des Elektrodenarmee wird über den ge samten Bereich der Papplagen innerhalb vorbestimmter Grenzen aufrechterhalten.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulichi/ind im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung in Verbindung mit einer giebelförmigen Spitze eines Behälters aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe, die im Querschnitt dargestellt ist und so angeordnet ist, daß sie in der Vorrichtung abgedichtet werden kann,
Pig. 2 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem flachen Endteil eines im Querschnitt dargestellten Behälters, der in der Vorrichtung abgedichtet werden soll,
Fig. 3 in schematischer Sarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem Behälter, der aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe besteht, einen giebelförmigen Oberteil aufweist und in der Vorrichtung abgedichtet werden soll, und
Fig. 4 in schematischer Sarstellung ein weiteres Aus-
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führungsbeispiel der Vorrichtung im Zusammenhang mit einem flachen Endteil eines Behälters aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe, der in der Vorrichtung abgedichtet werden soll und im Querschnitt dargestellt ist.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung (10) dargestellt, in welcher der giebeiförmige obere Teil 12 eines Kartons C aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe abgedichtet werden soll. Der obere Kartonteil 12 umfaßt äußere Lagen H aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe, die im Bereich des oberen Kartonendes aneinander anliegen, sowie innere Lagen 16 aus beschichteter Pappe, die unterhalb der oberen Kartonenden zwischen den äußeren Lagen angeordnet sind. Die Vorrichtung 10 umfaßt einen mit Vibrationen beaufschlagbaren Elektrodenarm 18 und einen Amboß 20. Der Elektrodenarm 18 sitzt auf einem Vibrator 22, der verschiebbar befestigt ist und mit einem stationären Zylinder 24 in Fig. 1 nach rechts und links bewegt werden kann. Der Amboß 20 ist in gleicher Weise innerhalb eines stationären Zylinders 26 angeordnet und kann eine Bewegung nach rechts und links ausführen. Der Elektrodenarm 18, der ein Gegenamboß zu dem Amboß 20 ist, weist eine flache Arbeitsfläche 28 auf, die einer ebenfalls flachen Arbeitsfläche 30 des Ambosses 20 gegenübersteht. Wenn ein Kartonoberteil 12 zwischen den Arbeitsflächen 28 und 30 angeordnet ist, können der Amboß und der Elektrodenarm betätigt werden, um sich aufeinander zu in die
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Dichtungsstellung zu bewegen, in welcher die Flächen 28 und 30 an gegenüberliegenden Seiten des Kartonoberteils 12 in klemmender Stellung anliegen.
In Fig. 1 ist schematisch ein Steuerschaltkreis 32 dargestellt, der über einen elektrischen Leiter 34 mit dem Zylinder 24 verbunden ist, um die Vor- und Zurückbewegung des Vibrators 22 innerhalb des Zylinders zu steuern. In gleicher Weise ist der Schaltkreis 32 über einen elektrischen Leiter 36 mit dem Zylinder 26 verbunden, um die Vor- und Zurückbewegung des Ambosses 20 innerhalb des Zylinders 26 zu steuern. Ferner verbindet ein elektrischer Leiter 38 den Schaltkreis mit dem Vibrator 22, um die Vibrationen ein- und auszuschalten.
Der Amboß 20 und der Elektrodenarm 18 sind in der Schweiß- und Dichtungsetation angeordnet, durch die ein in der Zeichnung nicht dargestellter Förderer für den Karton C hindurchgeht. Wenn sich in der Schweiß- und Sichtungsstation kein Karton befindet, nehmen der Amboß 20 und der Elektrodenarm 18 ihre zurückgezogenen Stellungen ein, d.h., daß sich der Amboß 20 in seiner am weitesten nach links verschobenen Stellung und der Elektrodenarm 18 in seiner am weitesten nach rechts verschobenen Stellung ' befindet, wie in Fig. 1 dargestellt. Wenn ein Karton C in die in Fig. 1 dargestellte Position gebracht wird, bei der der Kartonoberteil 12 zwischen den gegenüberliegenden Arbeitsflächen 28 und 30 angeordnet ist, wird der Steuerschaltkreis 32 be-
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tätigt. Der Schaltkreis 32 kann durch einen Schalter oder dergleichen ausgelöst werden, der so angeordnet ist, daß er mit einem Karton in Berührung kommt, wenn dieser auf seinem Förderweg zur Schweiß- und Dichtungsstation zwischen den Amboß und den Elektrodenarm gelangt, wie beispielsweise in Fig. 11 der US-Patentschrift 3 905 280 dargestellt.
Wenn der Schaltkreis 32 in Tätigkeit gesetzt ist, werden die Zylinder 24 und 26 derart erregt, daß sie den Elektrodenarm 18 und den Amboß 20 aufeinander zu in die ausgefahrene Dichtposition bewegen. Bevor der Elektrodenarm 18 an der rechten äußeren Lage 14 zur Anlage kommt, erhält er einen Triggerimpuls ("pretriggered"), d.h. der Vibrator 22 wird durch den Schaltkreis erregt, der seinerseits den Elektrodenarm erregt und diesen mit einer vorbestimmten Frequenz, beispielsweise 20.000 Schwingungen pro Sekunde, schwingen läßt. Die Arbeitefläche 28 des Elektrodenanne vibriert also, wenn sie an der rechten Kartonlage 14 zur Anlage kommt. Zusammen mit der Arbeitsfläche 28 des vibrierenden Elektrodenarms bewegt sich auch die Arbeitsfläche 30 des Ambosses in Anlage an die linke äußere Lage 14 des Kartonoberteile 12. j
Während sich der Elektrodenarm und der Amboß mit ihren entsprechenden Arbeitsflächen in die Klemmstellung mit den Papplagen des Kartonoberteils bewegen, kommen die Arbeitsflächen 28 und 30 nacheinander zunächst an dem dicksten unteren Bereich» der auch die Lagen 16 umfaßt, und dann an dem dünneren oberen
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Bereich, der nur die Lagen 14 enthält, zur Anlage. In dem dicken unteren Bereich stellt sich ein höherer Klemmdruck ein als in dem dünnen oberen Bereich. Saher wird der Mindestdruck, der eine genügende Reibung zur Aktivierung der thermoplastischen Schicht verursacht, zunächst in dem dickeren Bereich erzielt, und das thermoplastische Material in diesem dickeren Bereich beginnt vor dem des dünneren Bereichs zu fließen. Wenn der Druck in dem dünnen oberen Bereich, der nur die Lagen 14 umfaßt, die notwendige Minimalhöhe zur Aktivierung des thermoplastischen Materials erreicht, wird die Klemmbewegung der aufeinander zu gerichteten Klemmbewegung der Arbeitsflächen 28 und 30 unterbrochen, um zu verhindern, daß in dem dicken unteren Bereich, der auch die inneren Lagen 16 umfaßt, der Druck nicht zu hoch wird. Der Steuerschaltkreis 32 wirkt dann in der Weise, daß der Elektrodenarm entregt und die Vibration eingestellt wird. Der Amboß und der entregte Elektrodenarm werden dann in ihrer Dichtungeposition gehalten, in welcher die Lagen des Kartonoberteils zwischen den Arbeitsflächen 28 und 30 für eine vorbestimmte Zeitdauer zusammengedrückt werden, damit das aktivierte thermoplastische Material abkühlen und hartwerden kann, und dabei^ine Dichtung zwischen den Lagen des Kartonoberteils erzielt wird.
Die oben beschriebene Arbeitsfolge, die ein Vortriggern des Elektrodenarmes 18 vor seiner Anlage an den Papplagen des Kartonoberteils 12 umfaßt, reduziert die Zeit, die für einen Schweißzyklus benötigt wird, um etwa 20 bis 30 Millisekunden, d.h. um etwa 10 bis 15 ^, was in einer Massenproduktionsanlage
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ein erhelbicher Betrag ist.
Wie bereits erwähnt, muß der Druck innerhalb vorbestimmter Grenzen über den gesamten zu dichtenden Bereich aufrechterhalten werden, eingeschlossen dem in Fig. 1 dargestellten unteren dicken Bereich, der aus vier Lagen 14 und 16 besteht, sowie dem oberen dünnen Bereich, der nur zwei Lagen 14 umfaßt. Es ist gefunden worden, daß der Mindestdruck, der zur Erzeugung einer ausreichenden Reibungswärme zur Aktivierung der thermoplastischen Schicht erforderlich ist, etwa bei 14 kp/cm2 (200 psi) liegt, vorausgesetzt, daß der Elektrodenarm mit einer Frequenz von 20.000 Hz schwingt. Bei derselben Frequenz darf der Maximaldruck von etwa 55 kp/cm (780 psi) nicht überschritten werden. Saher muß bei dem Aueführungsbeispiel in Fig. 1 der Druck in dem oberen, aus zwei Lagen bestehenden Bereich der Kartonspitze 12
P
mindestens eine Höhe von 14 kp/cm erreichen, bevor der Druck
in dem unteren, vier Lagen umfassenden Bereich 55 kp/cm erreicht. Da in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die Arbeitsflächen 28 und 30 flach ausgebildet sind, muß die Dicke der Pappe so gewählt sein, daß ein angemessener Klemmdruck zwischen
den Flächen 28 und 30 (mindestens 14 kp/cm ) in dem Zwei-Lagen-Bereich erzielt wird, während der Druck in dem Vier-Lagen-Bereich
in der Größenordnung zwischen 14 und 55 kp/cm liegt. Wenn der Steuerschaltkreis 32 bewirkt, daß der Klemmdruck die Maximal-
höhe von 55 kp/cm nicht überschreitet, so kann eine Dichtung in dem dünnen, Zwei-Lagen-Bereich so lange nicht entstehen, bis
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2 dort der Druck die Minimalhöhe von 14 kp/cm erreicht. Daher ist
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die zulässige Änderung in der Dicke über den zu dichtenden Bereich so bestimmt, daß der Klemmdruck zwischen den Flächen 28 und 30 über den gesamten Bereich in die vorbestimmten Grenzen zwischen etwa 14 und 55 kp/cm fällt, sofern die Frequenz des Elektrodenarmes bei 20.000 Hz liegt.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Dicke Jeder Lage der Pappe so gewählt, daß die Differenz in der Dicke zwischen dem Zwei-Lagen-Bereich und dem Vier-Lagen-Bereich in jedem der beiden Bereiche einen Klemmdruck ermöglicht, der zwischen dem vorbestimmten minimalen und maximalen zulässigen Druck liegt, der, wie oben erwähnt, bei etwa 14 bzw. 55 kp/cm liegt, wenn der Elektrodenarm mit einer Frequenz von 20.000 Hz schwingt.
Die Hehrzahl der Kartons, die aus Pappe mit einem thermoplastischem Oberzug bestehen, werden heute aus Pappe hergestellt, die eine Dicke in der Größenordnung von 0,3 bis 0,7 mm (0,012 bis 0,028 inches) aufweist einschließlich einem überzug aus Polyäthylen oder einem anderen thermoplastischen Material, welches seinerseits eine Dicke in der Größenordnung von 0,019 bis 0,025 mm (0,00075 bis 0,001 inches) hat. Mit zunehmender Änderung der Dicke der gegeneinander abzudichtenden Lagen, beispielsweise ; aufgrund der Verwendung von dickerer Pappe und/oder sprunghafter! Änderungen in der Anzahl der Lagen, werden auch die Unterschiede im Klemmdruck größer und es wird schwieriger, den Druck zwischen
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den flachen Arbeitsflächen 28 und 30 innerhalb der erforderlichen Grenzen zu halten.
Vorausgesetzt, daß bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Elektrodenann 18 im erregten Zustand mit 20.000 Hz schwingt, so ist die Änderung in der Dicke zwischen dem Zwei-Lagen-Bereich der Kartonspitze 12, der nur die Lagen 14 umfaßt, und dem Vier-Lagen-Bereich, der zusätzlich die Lagen 16 enthält, klein genug, um den Klemmdruck in beiden Kartonbereichen inner-
halb der Grenzen zwischen 14 und 55 kp/cm zu halten.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Vorrichtung, die der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ähnlich ist, so daß ihre Einzelteile mit entsprechenden, mit einem Apostroph versehenen Positionszahlen gekennzeichnet sind. Bei dieser Version 10* der Vorrichtung ist jedoch nur der Vibrator 22· und der von diesem getragene vibrierende Elektrodenarm 18' vor- und zurückziehbar gelagert. Der Amboß 20* ist in Form eines Dorne ausgebildet und auf einem drehbaren Teil 40' derart befestigt, daß er in Ausrichtung zu dem Elektrodenarm den Boden 42' eines Lebensmittelkartons C aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe tragen kann. Der Kartonboden 42' wird in herkömmlicher Weise dadurch gebildet, daß die Seiten des Kartone entlang Kerblinien gefaltet werden, wobei innere Lagen 44' sowie überlappte äußere
Lagen 46* vorgesehen sind. Der Kartonboden umfaßt also drei j Lagen, ausgenommen in dem Bereich, in welchem sich die äußeren
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Lagen überlappen und insgesamt vier Lagen bilden.
Die Abdichtung des Kartonbodens 42' erfolgt in der gleichen Weise, wie sie in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Ausführung zur Abdichtung der Kartonspitze beschrieben ist. Der Zylinder 24' bewegt den Vibrator 22» und den in diesem gelagerten Elektrodenarm 18* aus der in der Zeichnung dargestellten zurückgezogenen Position nach oben gegen den Kartonboden. Bevor die Arbeitsfläche 28' des Elektrodenarms an dem Kartonboden zur Anlage kommt, wird der Vibrator 22* durch den Schaltkreis 32* derart gesteuert, daß er den Elektrodenarm schwingen läßt. Sie einander gegenüberliegenden Arbeitsflächen 28' und 30* des Elektrodenarms und des Doms klemmen dabei die Lagen 44' und 46' der Kartonwandung ein, und zwar mit einer von dem Zylinder 24* aufgebrachten Kraft, durch die sämtliche Lagen zusammengedrückt werden, wobei der Druck innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten wird. Die Vibration des Elektrodenarms aktiviert den thermoplastischen Oberzug der zusammengepreßten Lagen derart, daß dieser zum Schließen gebracht wird. Die Vibration des Elektrodenarms wird dann unterbrochen, während der Klemmdruck noch aufrechterhalten wird, so daß der aktivierte thermoplastische überzug der Lagen abkühlen und sich verfestigen kann, um die Dichtung zwischen den Lagen zu bilden. Nachdem die Dichtung gebildet ist, wird der Elektrodenarm mit dem Vibrator in ihre zurückgezogene Lage zurückbewegt und das drehbare Teil 40* wird dann in der Weise betätigt, daß der abgedichtete Kartonboden
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zur Entladestation gefördert und ein anderer abzudichtender Kartonboden in Ausrichtung zu dem Elektrodenarm gebracht wird.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Arbeitsfläche des Ambosses stufenförmig ausgebildet ist, um sie an Änderungen der Dicke der Lagen in dem abzudichtenden Bereich des Kartonoberteils anzupassen. Polglich ist bei dieser Ausführungsform eine größere Änderung in der Lagendicke möglich, bei der noch der Klemmdruck innerhalb der Minimal- und Maximalgrenzen gehalten werden kann.
In Fig. 3 ist die Vorrichtung allgemein mit der Position 110 bezeichnet. Diejenigen Teile, die denen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform entsprechen, haben die gleichen Positionszahlen, die allerdings um 100 erhöht sind. Der Karton C weist einen Oberteil 112 auf, der zwischen den Arbeitsflächen des Elektrodenarms 118 und dem Amboß 120 angeordnet ist.
Die Arbeitsfläche des Ambosses 120 ist stufenförmig ausgebildet, wie durch die Positionszahl 131 dargestellt, um die übermäßige Dicke auszugleichen, die durch die Lagen 116 in dem Vier-Lagen-Bereich hervorgerufen wird. Folglich entsteht dadurch eine gleichförmigere Verteilung des Druckes über den Zwei-Lagen-Bereich und den Vier-Lagen-Bereich des Kartonoberteiles 112, wenn der Elektrodenarm 118 und der Amboß 120 in der geklemmten Dichtposition stehen. Mit der in Flg. 3 dargestellten Vorrichtung
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kann somit eine größere Dickenänderungen in dem abζdichtenden Bereich ausgeglichen werden.
Fig. 4- zeigt eine Ausführungsform, die ähnlich der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist, mit der Ausnahme, daß die Arbeitsfläche des Ambosses stufenförmig ausgebildet ist, um Dickenänderungen auszugleichen. Vorrichtungsteile, die denen des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles entsprechen, weisen die gleiche Positionszahl auf, die jedoch um 100 erhöht ist und mit einem Apostroph versehen ist.
Die Arbeitsfläche 130* des Ambosses 120* ist stufenförmig ausgebildet oder mit einer Aussparung versehen, wie durch die Positionszahl 131* angedeutet, um den dicksten Bereich bei den sich überlappenden Lagen 146* auszugleichen.
Die Ausführungsformen gemäß Fig. 3 und 4 arbeiten in gleicher Weise wie die in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen. In beiden Figuren 3 und 4 ist es offensichtlich, daß die Arbeitsfläche des Elektrodenarmes anstelle der Arbeitsfläche des Ambosses stufenförmig ausgebildet sein kann. Alternativ können auch beide Arbeitsflächen stufenförmig ausgebildet sein, wenn dies gewünscht let.
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Claims (4)

Patentansprüche
1.!Verfahren zur Bildung einer Dichtung zwischen den Lagen der Endverschlüsee von Kartons aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe durch Vibrationsschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Karton in eine Position gebracht wird, in welcher sein Endverschluß zwischen den voneinander entfernten Arbeitsflächen eines mit Vibration beaufschlagbaren Elektrodenarmes und eines Ambosses bzw. Stempels angeordnet ist, daß der Elektrodenarm vorgesteuert wird, um ihn zu erregen und eine Vibration vorbestimmter Frequenz auszulösen, daß die Arbeitsflächen des Ambosses und des erregten Elektrodenarms in eine gegenüberliegende Klemmstellung bewegt werden, in der die Lagen des Endverschlusses über den gesamten Bereich der Lagen zwischen den Arbeitsflächen unter einem Klemmdruck gehalten werden, der in vorbestimmten Grenzen liegt, daß der erregte Elektrodenarm über eine bestimmte Zeitdauer in der Klemmstellung gehalten wird, wobei der thermoplastische Überzug der Papplagen aktiviert und zum Fließen gebracht wird, daß der Elektrodenarm in der Klemmetellung entregt und im entregten Zustand über eine bestimmte Zeitdauer in der Klemmstellung gehalten wird, während der das aktivierte thermoplastische Material abkühlt und erstarrt, und daß anschlies-8end die Arbeitsflächen des Elektrodenarms und des Ambosses voneinander getrennt werden, um den Kartonendverschluß entnehmen zu können.
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2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Stempel bzw. Amboß (20; 120) mit einer Arbeitsfläche (30; 130) zur Anlage an der Außenfläche der Lagen in dem abzudichtenden Bereich, einen Stempel bzw. Elektrodenarm (18; 118), der in erregtem Zustand mit einer vorbestimmten Frequenz schwingen kann und der eine Arbeitsfläche (28; 128) zur Anlage an derjenigen Außenfläche der Lagen in dem abzudichtenden Bereich aufweist, der derjenigen gegenüberliegt, an welcher die Arbeitsfläche des Ambosses (20; 120) anliegt, Einrichtungen (24, 26; 124, 126) zur beweglichen Lagerung des Ambosses und des Elektrodenarmes, in denen diese relativ zueinander zwischen einer zurückgezogenen inaktiven Stellung und einer ausgefahrenen Dichtungsstellung bewegbar sind, in der die Arbeitsflächen, einen Klemmdruck aufbringend, an den abzudichtenden Lagen aus mit thermoplastischem Material überzogener Pappe anliegen, sowie eine Steuereinrichtung (32; 132), mit der eine Folgesteuerung ausführbar ist, wobei 1. der Elektrodenarm vorsteuerbar ist, um diesen zu erregen und mit einer vorbestimmten Frequenz schwingen zu lassen, 2. der Amboß und der erregte Elektrodenarm relativ zueinander in die Dichtungeposition bewegbar sind, um die Papplagen zwischen sich einzuklemmen und über den gesamten Bereich der Lagen innerhalb vorbestimmter Grenzen unter Klemmdruck zu halten, 3. der erregte Elektrodenarm mit dem
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Amboß in der Dichtungsstellung für eine vorbestimmte Zeitdauer arretierbar ist, innerhalb der der thermoplastische Oberzug der Fapplagen zwischen den Arbeitsflächen aktivierbar ist und zum Fließen gebracht wird, 4· der Elektrodenarm entregbar ist, um die Vibration zu beenden, 5. der Amboß und der entregte Elektrodenarm weiterhin in der Dichtungsposition arretierbar sind, bei der die Fapplagen zwischen den Arbeitsflächen für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeklemmt sind, um den aktivierten thermoplastischen Überzug festwerden zu lassen, damit zwischen den Papplagen eine Dichtung entsteht, und 6. der Elektrodenarm und der Amboß relativ zueinander in die Ausgangslagen zurückbewegbar sind, in der die abgedichteten Fapplagen freikommen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (130; 1301) der Arbeitsflächen eine Abstufung aufweist, mit der die Dickenänderungen der Lagen ausgleichbar sind, um die Druckänderungen auf die Lagen zwischen den Arbeitsflächen (28, 30; 128, 130) auszugleichen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche (130; 130') des Ambosses (120; 120·) eine Abstufung (131; 131·) aufweist.
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DE2703012A 1976-01-28 1977-01-26 Verfahren und Vorrichtung zum Versiegeln von Behältnissen aus mit thermoplastischem Kunststoff beschichteter Pappe Expired DE2703012C2 (de)

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