DE2849239C2 - "Vorrichtung zum Herstellen eines Schlauches aus mit thermoplastischem Werkstoff beschichteter Metallfolie" - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen eines Schlauches aus einer endlosen Bahn aus mit thermoplastischem Werkstoff beschichteter Metallfolie, mit Einrichtungen zum kontinuierlichen Umlegen der Bahn in die Schlauchform über einen Dorn, mit einer längs einer Mantellinie im Dorn angeordneten Leiste aus magnetisierbarem Material und einer über dem Mantel angeordneten Induktionserhitzungseinrichtung.

Derartige Schläuche werden z. B. für Verpackungszwecke insbesondere zur Verpackung von Zahnpasta verwendet; sie können aber auch zur Verpackung von Gewürzen, Klebstoffen und dergleichen mehr herangezogen werden.

Aus der CH-PS 4 63 088, insbesondere Fig. 61,65 und 66 und der entsprechenden Beschreibung ist eine Vorrichtung des obenerwähnten Typs bekannt. Die kontinuierlich zugeführte Bahn wird so lange umgebogen, bis sich schließlich die Seiten bzw. Längskanten überlappen. Die sich überlappenden Seitenkanten werden dann zwischen dem Dorn und den Flächen von einem Ferritkern eines als Induktionserhitzungseinrichtung ausgebildeten Siegelaggregates hindurch bewegt; durch das mit Hilfe der Ferritkerne erzeugte magnetische Wechselfeld erfolgt die Verschweißung. Die Verschweißung kann nur relativ langsam und mühselig erfolgen, da bei der bekannten Vorrichtung ein beachtlicher Wärmeverlust auftritt, was zur Folge hat, daß die Bahn nur langsam durch das Siegelaggregat geführt werden darf, um ausreichend Wärme an die Verbindungsstelle gelangen zu lassen.

Weiterhin ist bekannt, die Dorne zu erhitzen und mit den einander gegenüberliegenden, sich überlappenden Seitenkanten des Schlauches in Berührung zu bringen, und zwar so, als würde man ein Bahnpaar mit einer heißen Stange zusammenpressen. Die Verschweißung soll jedoch nicht an den Flächen auftreten, die mit den erhitzten Elementen in Berührung stehen, sondern an den Oberflächenabschnitten des Schlauches, die unmittelbar miteinander innerhalb der Schweißnaht Berührungskontakt haben. Daher wird auch bei diesen bekannten Vorrichtungen Energie — nämlich Wärme — verschwendet, weil mehr Wärme benötigt wird, als für ein Verschmelzen der sich unmittelbar in der Schweißnahtzone berührenden Oberflächen erforderlich wäre; dieser Wärmeüberschuß führt wiederum oft

ίο dazu, daß unnötig viel thermoplastischer Werkstoff an die Schlauchaußenseite fließt und der Schlauch dann zusammenschrumpft; hierdurch wiederum wird das äußere Erscheinungsbild z. B. der fertigen Tuben im Verschweißbereich verschlechtert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden werden, wobei insbesondere die Produktionsgeschwindigkeit gesteigert werden soll, ohne daß an dem Produkt wesentliche Schrumpferscheinungen an der Beschichtung zutage treten. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Windungen der Induktionsspule den Schlauch umschlingen und daß der Dorn mindestens im Bereich der Leiste aus nicht-eisenhaltigem Werkstoff besteht. Durch diese Maßnahmen kann eine exakt der Materialdicke angepaßte Induktionswärme erzielt werden, die im Bereich der zu verbindenden Bahnränder das zu schmalzende und zu verbindende Material in dem Maße schmelzt, daß zum einen eine sichere und kontinuierliche Schmelzverbindung hergestellt wird und zum anderen das Erscheinungsbild nicht durch übermäßige Schrumpfungserscheinungen beeinträchtigt wird. Auf diese Weise kann also der gesamte Mantelbereich des mit der Vorrichtung hergestellten Schlauches zum Bedrucken von Informationen oder Werbeschriften benutzt werden. Die Vorrichtung bietet darüber hinaus den Vorteil, daß sie an die gerade vorherrschende Materialdicke des zu verbindenden Schlauchbandes in einfacher Weise anpaßbar ist. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Heizanlagen bei denen die Vorrichtungen stets eine kontinuierlich gleichbleibende Wärme abgeben, ist hier innerhalb kürzester Zeit eine Anpassung an die Materialdicke möglich.

Eine günstige Ausbildung der Vorrichtung ist dadurch gegeben, daß an den Enden des Doms Schaftstutzen aus eisenhaltigem Werkstoff befestigt sind. Durch eine derartige Ausbildung werden diese Bereiche des Dorns in erhöhtem Maße vor einem Abrieb geschützt, wodurch eine fehlerhafte Führung und daraus resultierend eine fehlerhafte Überlappung der zu verbindenden Seitenbereiche vermieden wird. Da diese Schaftstutzen ausreichend weit von der Spule entfernt angeordnet sind, ist es sichergestellt, daß sie keine Verzerrung des Induktionsfeldes herbeiführen.

Eine günstige Ausbildung der Vorrichtung ist durch beidseitig der Verbindungsstelle des Schlauches vorge-

• sehene Führungsbänder gegeben. Diese Führungsbänder verhindern einen direkten Kontakt zwischen den erwärmten Materialbereichen und Vorrichtungsteilen, die mit dem Schlauch insbesondere an der Schweißstelle zusammenwirken.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Induktionsspule so einstellbar ist, daß die freiliegenden Ränder der Metallfolie durch den Schmelzvorgang bedeckt sind. Durch diese Maßnahme kann ein Schlauch erzielt werden, dessen Metallfolie nicht mit dem zukünftigen Inhalt des Schlauches in

Berührung kommen kann.

Insgesamt ist somit festzustellen, daß mit diesen Maßnahmen auf einfache Weise ein Schlauch hergestellt werden kann, bei dem nahezu die gesamte äußere Fläche bedruckbar ist Auch die Schweißnahtbreite kann bei dieser Vorrichtung leichter gesteuert werden.

Mit der Vorrichtung sind Schlauche aus einer endlosen Bahn aus mit thermoplastischem Werkstoff beschichteter Metallfolie herstellbar, welche neben den oben aufgeführten Vorteilen eine konzentrische Hülle aus einem nicht-eisenhaltigen Material, das vollständig vom thermoplastischen Kunststoff umhüllt ist, aufweisen; insbesondere sind also die sich überlappenden oder an den anderen anstoßenden Kanten der Metallfolie vollständig mit dem thermoplastischen Werkstoff überzogen. Dieser vollständige Überzug der Metallfolie mit thermoplastischem Werkstoff — ohne daß hierbei irgendwelche freien Metallkanten übrig bleiben — vergrößert die Anwendungsmöglichkeit der hergestellten Gegenstände beachtlich; dies gilt insbesondere für elektrisch leitende Metallhülsen, die auf ihrer Innen- und auf ihrer Außenseite vollständig isoliert sein müssen.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Bahn während des Umlegens zu einem Schlauch,

Fig.2 einen Ausschnitt aus einem überlappten Bereich der Seitenkante des Schlauchs in vergrößtertem Maßstab,

Fig.3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung,

F i g. 4 einen Schnitt durch den Teil nach F i g. 3,

Fig.5 einen vergrößerten Schnitt durch den überlappten Bereich der Seitenkanten,

F i g. 5A in einer Kurve den Verlauf des Temperaturgradienten und

Fig. 6 einen Schnitt durch die fertiggestellte Schweißnaht.

Eine endlose Bahn 10 wird von einer nicht dargestellten Rolle abgezogen und allmählich so umgelegt, daß deren einander gegenüberliegende Kanten 12 aufeinander zulaufen und sich schließlich überlappen, so daß ein Schlauch 14 entsteht. In F i g. 2 ist ein Teilabschnitt des Schlauches 14 dargestellt, bei welchem sich die seitlichen Kanten 12 zu einer vollständigen Längsnaht überlappen.

Der Bahnwerkstoff ist im wesentlichen ein Laminat aus einer nicht-eisenhaltigen Metallfolie 16 — beispielsweise aus Aluminium — und einem Wärmeschweiß- bzw. schmelzbaren Werkstoff — beispielsweise Polyäthylen 18 —, das auf wenigstens einer Seite der Metallfolie 16 oder der Längsnahtoberfläche aufgebracht ist. In den meisten Fällen ist die nicht-eisenhaltige Metallfolie 16 jedoch beidseitig mit einem thermoplaste sehen Kunststoff bzw. Werkstoff beschichtet. In diesem Fall ist also eine zweite Schicht 22 aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyäthylen, auf der Außenseite des Schlauches 14 vorgesehen. Die Metallfolie 16 ist an ihren äußersten Seitenkanten 12 der Bahn 10 unbedeckt, d. h. sie liegt vollkommen frei.

Die einander gegenüberliegenden Seitenkanten 12 der Bahn 10 werden aufeinander zugeführt, beispielsweise mit Hilfe eines Umlegegurtes. Die hierzu erforderliche Vorrichtung ist nicht dargestellt, da sie an sich bekannt ist.

In Fig.3 wird der Schlauch 14 mit den beiden sich überlappenden Seitenkanten 12 in Längsrichtung durch eine im Radiofrequenzbereich arbeitende Induktionsspule 24 (Kupfer, wassergekühlt) geführt Diese Induktionsspule 24 erzeugt ein Induktionsfeld, das seinerseits zu Wirbelströmen in der Metallfolie 16 führt Die Wirbelströme erzeugen wiederum eine Erwärmung und sine Erweichung, so daß schließlich die einander gegenüberliegenden Werkstoffflächen im Bereich der Längsnaht schmelzen bzw. miteinander verschweißt werden.

Die hierbei auftretenden thermischen Phänomene sind in den F i g. 5,5A und 6 schematisch angedeutet Die in F i g. 5 eingezeichneten Schatten sollen verdeutlichen, daß die Oberflächen der Metallfolie 16 im Bereich der Längsnaht am wärmsten sind und von dort nach außen hin kühler werden. In F i g. 5A ist der diesem Phänomen entsprechende Temperaturgradient graphisch dargesteJlt Demgemäß ist die zum Schmelzen des Kunststoffes bzw. thermoplastischen Werkstoffes erforderliche Wärme auf den Überlappungsbereich der Metallfolie 16 und die dazwischen liegenden Bereiche der Werkstoffmaterialien — nämlich der beiden Polyäthylenschichten 18 und 22 — konzentriert Die freiliegenden Seitenkanten E der Metaljfolie 16 sind erheblich heißer als die außerhalb des Überlappungsbereichs liegenden Abschnitte. Dies führt dazu, daß der schmelzende Kunststoff fließt und die freiliegenden Kanten E der Metallfolie 16 überdeckt (Fig.6). Dieses Fließen und Überdecken der Kanten E der Metallfolie 16 ist z. B. dann von entscheidender Bedeutung, wenn der Schlauch 14 als Behälter für verdauliche und nicht zersetzungsfähige Substanzen dient — beispielsweise Zahnpasta; hierbei könnten nämlich Kontaminationen des Inhalts mit dem freiliegenden Metall auftreten.

Um die rasche Herstellung einer schmalen Schweißnaht und eine hohe Durchlaufgeschwindigkeit des Schlauches 14 durch die Induktionsspule 24 zu gewährleisten, wird das Induktionsfeld durch eine Leiste 26 aus Ferrit oder einem gleichwertig magnetisierbaren Material verstärkt, wobei die Leiste 26 mit der Achse der Schweißnaht fluchtet (F i g. 3). Die Ferritleiste 26 kann in einer Aufnahmenut eines zylindrischen nichteisenhaltigen Doms 28 gehalten sein. Der Schlauch 14 mit den sich überlappenden Seitenkanten 12 wird mit Hilfe des Umlegegurtes über den Dorn 28 geführt. Die Ferritleiste 26 kann einstückig oder aus mehreren kurzen Abschnitten bestehen. Im letztgenannten Falle liegen die kurzen Abschnitte Stoß an Stoß in der im Dorn 28 vorgesehenen Aufnahmenut.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Induktionsfeldes besteht der Dorn 28 aus einem nicht-eisenhaltigen Material bzw. Werkstoff mit hohem magnetischen Widerstand, beispielsweise aus Kupfer oder einem Nichtmetall. Die Enden des Doms 28 ragen über die Enden der magnetisierbaren Ferritleiste 26 hinaus.

Die freien Enden des Domes 28 sind an zylindrischen Schaftstutzen 29 und 30 aus Stahl befestigt und werden von diesen gehalten. Die Schaftstutzen 29 und 30 dienen jeweils als Führung für den auf den Dorn 28 umgelegten bzw. von diesem nach Herstellung der Längsnaht bzw. Schweißnaht abgezogenen Sch'auch 14. Werden die Enden des Dorns 28 relativ weit nach außen verlegt, wie dies in F i g. 3 veranschaulicht ist dann ist sichergestellt, daß die Schaftstutzen 29 und 30 aus Stahl keine Ver7errungdes Induktionsfeldes herbeiführen.

Der in Längsrichtung zu verschweißende Schlauch 14 wird über den Dorn 28 mit Hilfe eines Paares einander gegenüberliegender Führungsbänder 32 und 34 (F i g. 4) geführt. Die sich überlappenden Seitenkanten 12 des

Schlauches 14 werden von diesen Führungsbändern 32 und 34 zusammengehalten. Das Führungsband 34 weist eine Rückführung 34/? auf. Ein ortsfester Führungsschuh 38 ist oberhalb des Führungsbandes 32 angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Schweißnaht im überlappten Zustand verbleibt. Der Führungsschuh 38 wirkt also mit den Führungsbändern 32 und 34 zusammen, um eine Trennung der sich überlappenden Längsnaht 12 zu verhindern.

Der Führungsschuh 38 dient auch dazu, die Längsnaht ι ο mit Hilfe der Führungsbänder 32 und 34 zusammenzudrücken und zu glätten. Hierdurch wird ein inniger Preßkontakt der einander gegenüberliegenden, durch Wärme erweichten Flächen in dem Zeitraum erreicht, in welchem sie aneinander haften. Die in F i g. 4 dargestellten Abstände zwischen den Führungsbändern 32 und 34 sowie dem Führungsschuh 38 sind zur deutlicheren Darstellung stark vergrößert gezeichnet.

Die in Fig. 1 dargestellte Kammer A-B zeigt den in F i g. 3 und F i g. 4 angegebenen Abschnitt des Schlauches an.

Unter Berücksichtigung der oben angegebenen Maßnahmen kann die Breite H-S der Längsnaht 12 (Fig. 1) leicht minimal gehalten werden. Wie anhand der F i g. 2 bzw. 5 erläutert wurde, wird die Hitze auf die Innenseite der Längsnaht und nicht auf die Außenseite des Werkstoffes konzentriert. Dies führt zu einem minimalen Schrumpfen des Kunststoffes bzw. Werkstoffes im unmittelbar an die Schweißnaht angrenzenden Bereich. Da die Schweißnaht bzw. der überdeckte Bereich in Längsrichtung des Schlauches relativ schmal ist, steht auch eine relativ große Fläche zum Bedrucken oder Dekorieren des Schlauches zur Verfügung.

Die Bahn 10 kann ungefähr 0,254 bis 0,304 mm stark sein. In diesem Fall eignet sich für die Induktionsspule 24 eine Frequenz von etwa 450 kHz. Die Metallfolie 16 muß nicht aus Aluminium bestehen; wesentlich ist lediglich, daß sie aus einem nicht-eisenhaltigen Material bzw. Werkstoff hergestellt ist. Das Laminat kann zwei oder mehr Folien, die durch Kunststoffschichten voneinander getrennt sind, sowie eine Papierbahn aufweisen.

Würde man als Metallfolie ein eisenhaltiges Metall, z. B. eine Folie aus rostfreiem Stahl verwenden, dann würde die Wärme nicht an den einander überlappenden Kamen wirksam werden. Vielmehr würde der Kunststoff in gewissem Abstand — gemessen Umfangsrichtung — von der Längsnaht des Schlauches 14 weich werden. Unmittelbar im Bereich der Längsnaht würde dann keine Erweichung auftreten; hier wäre gerade aber ein Fließen und Verschweißen des Kunststoffs bzw. eines thermoplastischen Werkstoffes entscheidend.

Mit Hilfe der Vorrichtung kann praktisch auch eine Stoßnaht hergestellt werden, da der Kunststoff bzw. Werkstoff zu den freiliegenden Metallkanten fließt. Es kann auch mit der Vorrichtung eine Faltnaht (umgeknickte Naht oder mehrfach zusammenhängende Naht) hergestellt werden.

Unabhängig von der Stärke der Längsnaht kann die für eine optimale Verschweißung benötigte Induktionsenergie leicht eingestellt werden. Diese Möglichkeit bringt einen großen technischen Fortschritt, insbesondere dann, wenn die zur Herstellung der Längsnaht verwendete Vorrichtung mit Bahnen beschickt wird, die mal dicker und mal dünner als die zuvor verwendeten Bahnen sind. In diesem Fall ist es nämlich lediglich notwendig, die elektrische Energie zu vergrößern oder zu verkleinern. Dies kann ohne jegliche Verzögerung erfolgen.

Die oben angedeuteten höheren Produktionsgeschwindigkeiten können allein schon deswegen erzielt werden, weil eine wirkungsvollere Erhitzung durchgeführt wird. Hinzu kommt, daß das mit der Vorrichtung hergestellte Produkt ein gefälligeres Aussehen hat, weil die Schweißnaht äußerst schmal ist. Auch läßt sich das Induktionsfeld ohne jegliche Verzögerung den jeweiligen Verhältnissen optimal anpassen. Auch benötigt die Vorrichtung gerade nur so viel Wärme, wie zur Herstellung der Längsnaht unbedingt erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen eines Schlauches aus einer endlosen Bahn aus mit thermoplastischem Werkstoff beschichteter Metallfolie, mit Einrichtungen zum kontinuierlichen Umlegen der Bahn in die Schlauchform Ober einen Dorn, mit einer längs einer Mantellinie im Dorn angeordneten Leiste aus magnetisierbarem Material und einer über dem Mantel angeordneten Induktionsheizeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der Induktionsspule (24) den Schlauch umschlingen und daß der Dorn (28) mindestens im Bereich der Leiste (26) aus nicht-eisenhaltigem Werkstoff besteht

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Dcrns (28) .Schaftstutzen (29, 30) aus eisenhaltigem Werkstoff befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch beidseitig der Verbindungsstelle des Schlauches vorgesehene Führungsbänder (32,34).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule so einstellbar ist, daß die freiliegenden Ränder (E) der Metallfolie durch die Schmelze vollständig bedeckt sind.