DE29905766U1 - Vorrichtung in einer Tubenfüll- und -versiegelungsmaschine zur Erhitzung eines Teils der Innenseite einer Plastikverpackungstube - Google Patents
Vorrichtung in einer Tubenfüll- und -versiegelungsmaschine zur Erhitzung eines Teils der Innenseite einer PlastikverpackungstubeInfo
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Description
Norden Pac Development AB E 819 BE/hae
S-391 28 Kalmar 29. März 1999
zur Erhitzung eines Teils der Innenseite einer
GEBIET DER ERFINDUNG:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einer Tubenfüll- und -Versiegelungsmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zur Hitze-Aktivierung eines Teils der inneren Oberfläche einer Plastikverpackungstube, die an einem Ende
offen ist.
Der Versiegelungsprozeß einer derartigen Maschine umfaßt zwei Schritte, nämlich zuerst die Hitze-Aktivierung der inneren
Oberfläche eines offenen Endes einer zu versiegelnden Plastiktube und dem anschließenden Zusammenklemmen des Endes
zwischen Versiegelungsbacken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Es ist zur Schaffung einer quer verlaufenden Versiegelung an dem offenen Ende einer elastischen Plastiktube bekannt,
ein Heißluft-Heizgerät in das offene Ende einzuführen (siehe US-A-4,511,426). Anschließend wird Heißluft durch eine
Vielzahl von kleinen Öffnungen in der Düse des offenen En-
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des und über die innere Umfangsflache der Tube ausgeblasen,
so daß die innere Oberfläche der Plastiktube auf ihrer gesamten inneren Umfangsfläche aktiviert wird. Der Begriff
"Aktivierung" bedeutet, daß das Material auf der inneren Oberfläche der Tube bis zu einem Grad aufgeweicht wird, daß
die gegenüberliegenden inneren Oberflächen durch Zusammenschmelzen versiegelt werden, wenn eine mechanische Klemmkraft
und eine Kühlung auf die äußere Oberfläche der hohlen Tube aufgebracht und die Tube abgeflacht wird. Die tatsächlieh
zur Aktivierung des Kunststoffmaterials erforderliche Temperatur hängt von dem betreffenden Kunststoffmaterial
ab.
Während sich eine derartige Lösung als wertvolle Verbesserung gegenüber anderen verfügbaren Anordnungen erwiesen
hat, verfügt das Gerät normalerweise über eine aus Metall bestehende Heißluftdüse, die selber Zeit benötigt, um Betriebstemperatur
zu erreichen. Deshalb müssen beim Betrieb des Gerätes Übergangseffekte beim Hochfahren des Geräts berücksichtigt
werden, damit man die richtige Temperatur erhält.
Zusätzlich sind die Erscheinungsform und der Typ der durch die Heißluft-Technik erhältlichen Versiegelung oder
Schweißnaht von Natur aus auf die Gestaltung der Heißluftdüse, speziell des Heißluftauslasses, beschränkt.
Falls beispielsweise eine phantasievolle Gestaltung, wie ein an die Krümmung einer Hand oder eines Fußes erinnerndes
versiegeltes Tubenende, gewünscht wird, erfordert dies eine besondere Düsengestaltung für jede phantasievolle Endversiegelung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung versucht die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, indem eine Vorrichtung gemäß Anspruch
1 bereitgestellt wird, wobei die Energie von einer Lichtquelle verwendet wird, um genau und selektiv den gewünschten
Bereich bzw. die gewünschten Bereiche des Kunststoffmaterials
zu aktivieren.
Vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen bezeichnet.
Mit der Vorrichtung der Erfindung wird eine hervorragende Steuerung der Wärmeverteilung in und um die Versiegelungszone
erreicht, indem die Intensität des von der Quelle ausgehenden Lichtstrahls in geeigneter Weise kontrolliert
wird, und indem außerhalb der Tube eine Wärmesenke auf einer Ebene angeordnet wird, die im wesentlichen derjenigen
entspricht, wo auf der Tubeninnenseite der spotartige Lichtstrahl einwirkt. Durch die Anordnung der Wärmesenke
als zylindrische Hülse oder als Ring mit einem im wesentlichen dem Nenndurchmesser der Tube gleichen Innendurchmesser
ist die Wärmesenke auch nützlich zur Hervorbringung eines perfekt runden, kreisförmigen Tubenendes zur Hitze-Aktivierung
und das Tubenende wird mit derselben axialen Zentrierungslinie wie die Tubenhalterung und die zylindrische
Wärmesenke zentriert.
Auch erlaubt die Erfindung die Anordnung der Lichtquelle und zugehöriger Ausrüstung vollständig außerhalb des Tubenendes
an einer entfernten Stelle. Eine derartige Anordnung kann zu einer Erhöhung des Füllniveaus (d.h. des Tubenfüllungsanteils)
und einer Zunahme der Verarbeitungsgeschwindigkeit führen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte,
nicht beschränkende Ausführungsformen beschrieben, die in den Fig. 1 bis 6 dargestellt sind.
Fig.l zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung
mit einer Laserlichtquelle, die auf das obere offene Ende einer in Drehung versetzten Kunststofftube
gerichtet ist.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung ähnlich zu Fig. 1, wobei jedoch eine angewinkelte
Spiegel- oder Brechungsfläche verwendet wird.
Fig. 3 zeigt schematisch einen Abschnitt einer intermittierend arbeitenden Tubenfüllmaschine, wobei die
Heizstation und die Klemmstation dargestellt sind und die Heizstation arbeitet.
Fig. 4 zeigt denselben Abschnitt wie in Fig. 3, wobei jedoch die Klemmstation arbeitet.
Fig. 5 zeigt schematisch die Mittel zur Drehung der Tubenhalterung
und der Tube und
Fig. 6 zeigt die Klemmbacken in einer Wirkstellung.
In Fig. 1 ist eine Lichtquelle, wie eine Laserquelle Si, so
angeordnet, daß deren Lichtstrahl 3 in einer bestimmten Ebene auf die innere Oberfläche 2 der Tube 14 gerichtet
ist. Die gewählte Ebene ist die Stelle, die später von den Versiegelungsbacken (Fig. 6) zusammengeklemmt wird, um die
Versiegelung zu bilden, sobald die innere Oberfläche aktiviert worden ist.
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Die Tuben sind Kunststofftuben oder kunststofflaminierte
Tuben, die beispielsweise durch Extrusion oder Co-Extrusion hergestellt werden. Typischerweise werden PE- oder PP-Tuben
verwendet, obwohl auch andere Typen möglich sind.
Der Strahl ist spot-light-artig, so daß er eine Strahlaufweitung
(d.h. eine Ausdehnung) in vertikaler Richtung aufweist, die angemessen ist, um eine geeignete Breite der
Versiegelung bereitzustellen. Typischerweise wäre eine derartige Strahlaufweitung zwei oder mehr Millimeter.
An ihrem offenen Ende wird die gefüllte Tube in eine zylindrische Hülse oder einen Ring 20 eingeführt, der eine
durchgehende, zentrische, kreisförmige Öffnung 27 darin aufweist. Der Durchmesser der Öffnung ist im wesentlichen
gleich dem Nenndurchmesser der Tube. Da die aus Transportkästen kommenden und zu der Heizstation in der Tubenfüll-
und -Versiegelungsmaschine weitergeleiteten Tuben an ihren offenen Enden einen anderen als einen perfekt kreisförmigen
Querschnitt aufweisen können, bedeutet dies, daß das Äußere des Tubenendes in der Heizstation in Fig. 1 in engen, aber
gleitfähigen Kontakt mit den Wänden der Öffnung 27 gebracht und in bezug auf die Linie A-A zentriert wird. Das Einführen
in die Öffnung wird durch die abgestumpfte konische Eintrittsfläche 28 erleichtert.
Durch die Bereitstellung von Kanälen 29 für ein Kühlmedium werden die Hülse 20 und die Wände der Öffnung 27 auf einem
Temperaturniveau gehalten, um durch Wärmeleitung jeden Wärmeüberschuß an der Tubenaußenseite auf die Hülse und das
Kühlmedium abzuleiten. Dies bedeutet, daß die Hülse als Wärmesenke wirkt, wodurch einer Deformation des Tubenendes,
insbesondere an dessen Außenseite, in dem Fall vorgebeugt wird, daß die Wärmeenergiezuführung zu der Tubeninnenseite
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zu groß ist.
Bei einer Anwendung in einer Tubenfüll- und -versiegelungsmaschine
wird die Laseranordnung aus Fig. 1 in eine Station 10 in den Fig. 3 und 4 eingebaut. Ein aus Kettengliedern 2
bestehender Endlosforder trägt in jedem Glied eine Tubenhalterung
25, die jeweils eine Tube 14 trägt. In der Heizstation 10 sind Mittel (nicht dargestellt) angeordnet, um
die Tubenhalterung 25 und die Tube in eine erhöhte Position zu heben. In dieser Position ist die Tubenhalterung 25 (wie
in Fig. 3 dargestellt) in einer Ebene oberhalb der Förderglieder 24 und das Tubenende wird in die Wärmesenke-Hülse
eingeführt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
In dieser angehobenen Position wird die drehbar gelagerte Tubenhalterung von einer sich drehenden Scheibe 30 (Fig. 5)
ergriffen, die über eine sich drehende Welle 31 von einem Motor 32 angetrieben wird. Die Umdrehungsgeschwindigkeit
der Tube kann mehrere 100 UpM betragen, ohne ein Herausfließen des Inhalts 4 der Tube zu verursachen. Die Wärmesenke-Hülse
20 stört die Drehung nicht, vielmehr wird die Weiterleitung eines Überschusses an Wärmeenergie gerade
durch die Drehung und den Gleitkontakt verbessert.
Der Drehung der Tubenhalterung 25 und der Tube kann eine Oszillation in der Längsachse der Tube überlagert werden.
Eine derartige überlagerte Oszillation kann verwendet werden, um die Ausdehnung des hitzeaktivierten Gebiets in
Richtung der Längsachse der Tube zu erweitern oder um die in der Beschreibungseinleitung erwähnten phantasievollen
Typen von Versiegelungen zu gestalten, was von größtem Interesse ist.
Unter Berücksichtigung des Einflusses der temperaturju-
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stierbaren Wärmesenke 20 (Hülse) auf das Wärmegleichgewicht wird die Ausgangsenergie des Lasers Si so eingestellt, daß
die Intensität des Strahls 3 an der inneren Oberfläche nur eine Aktivierung der inneren Oberfläche-, jedoch keine Deformation
der äußeren Oberfläche verursacht. Auf diese Weise kann die Deformation der Tube, die ein Bedrucken darauf
beeinflussen könnte, auf einem Minimum gehalten werden. Für jeden Typ von Plastikmaterial und jede Anwendung kann die
erforderliche Intensität durch einfaches Experimentieren bestimmt werden.
Nach der Erhitzung der inneren Oberfläche der Tube in Station 10 in Fig. 3 wird die Tube einen Schritt weiter zur
Klemmstation geleitet, wo die Klemmbacken 22 (siehe auch Fig. 6) die hitzeaktivierte innere Tubenoberfläche zu einem
quer verlaufenden oder andersartigen Versiegelungsende zusammenpressen. Normalerweise werden die Klemmbacken durch
eine Anordnung gekühlt, die derjenigen für die Wärmesenke-Hülse ähnlich ist.
Es ist ersichtlich, daß keine Ausrüstung innerhalb des geschlossenen
Volumens der Tube 14 angeordnet werden muß. So kann die Hitze-Aktivierung sofort beginnen, wenn die Tuben
in die Hitze-Aktivierungsstation eingereiht und durch die Tubenhalterungen 25 angehoben werden.
Darüber hinaus kann das Niveau des Inhalts 4 erhöht werden, da innerhalb der Tube keine Ausrüstung erforderlich ist.
Insbesondere ist zum Schutz des Inhalts kein Hitzeschild erforderlich, wie im Fall des Heißluft-Aktivierungsgeräts.
In einer in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird Licht von einer Lichtquelle S3 abwärts
entlang eines Lichttubus 9 auf eine reflektierende Oberflä-
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ehe gerichtet, die in geeigneter Weise angewinkelt ist, so
daß Licht die innere Oberfläche 2 an der gewünschten Stelle erreicht.
In der dargestellten Ausführungsform ist die reflektierende
Oberfläche in ungefähr 45° zum einfallenden Lichtstrahl angewinkelt, obwohl der Winkel entsprechend den Umständen
verändert werden kann. Falls es beispielsweise erwünscht ist, die gesamte Apparatur außerhalb der offenen Tube anzuordnen,
können das Gehäuse 9 und die reflektierende Oberfläche so angeordnet werden, daß Licht wieder auf die innere
Oberfläche 2 gerichtet wird, indem die Reflexion bei einem größeren Einfallswinkel erfolgt.
In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 wird die Tube 14 gedreht und oszilliert optional, um an der inneren Umfangsfläche
zu erhitzen.
Der Betrieb der zum Zusammenklemmen der Tubenenden dienenden Klemm- und Versiegelungsbacken ist schematisch in Fig.
6 dargestellt und muß nicht weiter detailliert beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in bezug auf die bevorzugten
Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung
nicht darauf beschränkt und kann in vielfältiger Weise verändert werden, ohne den Schutzbereich der anliegenden Ansprüche
zu verlassen.
Obwohl die Erfindung in bezug auf eine Laserquelle beschrieben wurde ist es beispielsweise selbstverständlich
auch möglich, eine andere Lichtquelle und geeignete Fokussierungsmittel (z.B. optische Fokussierungsmittel) zu verwenden,
um die gewünschte Intensität an der geeigneten Stelle zu erhalten.
Claims (7)
1. Vorrichtung in einer Tubenfüll- und -versiegelungsmaschine zur Erhitzung eines Teils einer inneren Oberfläche
(2) einer hohlen, elastischen Kunststoff-Verpackungstube
(1), die an einem Ende offen ist und bei welcher der zu erhitzende
Teil zur Versiegelung hitzeaktivierbar ist, wobei die Maschine Mittel aufweist zur Weiterleitung der Tuben zu
Bearbeitungsstationen und Mittel zur Halterung der Tuben während des Transports und der Bearbeitung, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung eine Lichtquelle (Si, S3) zur Bereitstellung
von Hitze-Aktivierungsenergie aufweist, daß Mittel (Si, 7, 10) vorgesehen sind zur Ausrichtung eines spotartigen
Lichts (3) von der Lichtquelle auf einen vorgegebenen, begrenzten, spotartigen Bereich der inneren Oberfläche (2),
daß Mittel (30, 31, 32) zur Drehung der Tube um ihre Längsachse angeordnet sind, damit das hitzeaktivierende, begrenzte,
spotartige Licht den Umfang der inneren Oberfläche überstreicht, um die innere Oberfläche in einer vorgegebenen
Ebene zu aktivieren.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmesenke-Mittel (20) in einer Position angeordnet
ist, um die Tube an ihrer Umfangsflache außen in einer Ebene
zu umgeben, in der das spotartige Licht entlang streicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmesenke-Mittel eine durchgehende, kreisförmige
Öffnung (27) mit einem im wesentlichen dem Nenndurchmesser
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der Tube entsprechenden Durchmesser aufweist und daß das vor der Einführung der Tube in die Öffnung dem offenen Tubenende
gegenüberliegende Ende der Öffnung als sich erweiternder, abgestumpfter, konischer Endabschnitt (28) geformt
ist, der einen Eintrittsabschnitt bildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmesenke-Mittel eine Durchführung (29) für ein
Kühlmedium aufweist.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen
sind zum Anheben der Tubenhalterungsmittel (25) zum Einführen des offenen Tubenendes in die Öffnung (27) des
Wärmesenke-Mittels.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hitze-Aktivierungsposition
Oszillierungsmittel für das Tubenhalterungsmittel (25) angeordnet sind, um eine vorgegebene
Hitze-Aktivierungsbreite oder -musterform durch das spotartige Licht in einer vorgegebenen Ebene zu definieren.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle
ein Laser ist.
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