DE3013824A1

DE3013824A1 - Vorrichtung und verfahren zum zerschneiden und verschweissen von polymerisatfolien

Info

Publication number: DE3013824A1
Application number: DE19803013824
Authority: DE
Inventors: Richard Lee Joice
Original assignee: ADAMO JOSEPH C
Current assignee: ADAMO JOSEPH C
Priority date: 1979-04-12
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1980-10-30
Also published as: DK157780A; JPS55143236A; US4259134A

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Zerschneiden und Verschweißen

von Polymerisatfolien

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneide- und Schweißvorrichtung, die gestattet, mehrere Lagen aus thermoplastischer Polymerisatfolie zu zerschneiden und die Kanten aufeinanderlieliegender Lagen zur Herstellung von Beuteln oder zum Versiegeln oder zu ähnlichen Verfahrensgängen dicht miteinander zu verbinden.

Folien aus synthetischen thermoplastischen Polymerisaten werden gefaltet, zugeschnitten und an den Kanten dicht verschweißt oder ähnlich bearbeitet, um vollautomatisch die üblicherweise als "Kunststoffbeutel" bezeichneten Gegenstände herzustellen- Derartige Beutel oder Tüten dienen zum Verpacken, Lagern und Handhaben einer breiten Vielfalt von Produkten, wobei u. a. die Nahrungsmittelverarbeitende Industrie derartige Folien und Beutel in großen Mengen bzw. Stückzahlen verbraucht. Bei der Herstellung derartiger Produkte wird die Folie hergestellt und in zwei Lagen als Vorratsrolle mit bereits verschweißten bzw. durchgehenden Kanten aufgewickelt, so daß die Vorratsrolle einen flachen Schlauch trägt. Sollen pro Wickellage und -breite zwei Beutel hergestellt werden, läßt man die Foliendoppellage durch eine Schneidvorrichtung laufen, die die Lagen durchtrennt und gleichzeitig die übereinanderliegenden Kanten verschweißt, so daß zwei nebeneinanderlaufende schmalere Schläuche entstehen. Bei der Schneidvorrichtung handelt es sich um ein scharfes gegabeltes Messer, wobei das Verschweißen durch Beheizen dieses Messers erfolgt. Bei normalen Foliengeschwindigkeiten muß das Messer auf ziemlich hohe Temperaturen erwärmt werden, damit die thermopla-

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stische Folie ihre Verschweißtemperatur erreicht. Ein Problem ist, daß bei derart hohen Temperaturen die Folie oft örtlich überhitzt wird und kristallisiert, so daß das Material an der Verbindungsstelle geschwächt wird. Oft führt das Überhitzen auch dazu, daß die Folie unmittelbar nach dem Durchlaufen der Schneidvorrichtung weich und damit schwach ist, so daß die beim schnellen Foliendurchlauf auftretenden Kräfte die Verbindung schwächen und auch aufreißen. Fehlerstellen treten daher am häufigsten an den Schweißnähten auf. Es besteht daher Bedarf an einer verbesserten Schneide- und Schweißvorrichtung, mit der sich der Schneide- und Schweißvorgang bei hoher Geschwindigkeit unter Bildung einer zuverlässigen und festen Schweißnaht durchführen läßt.

Zusammengefaßt gesagt, richtet sich die vorliegende Erfindung '■ auf eine Schneid- und Schweißvorrichtung für Polymerisatfolien sowie auf ein entsprechendes Verfahren. Die Vorrichtung weist einen Vorwärmstab auf, der so liegt, daß er eine Polymerisatfolie während ihres Zulaufs zur Schneideinrichtung vorwärmt; dabei erfolgt das Verschweißen zusammen mit dem Aufschneiden der Folie.

Es ist also ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schneid- und Schweißvorrichtung für Polymerisatfolien anzugeben, in der ein Vorheizelement Lagen aus thermoplastischer Polymerisatfolie unmittelbar vor dem Schneiden vorwärmt, so daß das Verschweißen während des Zerschneidens verbessert wird. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schneid- und Schweißvorrichtung für Polymerisatfolien anzugeben, mit der man eine verbesserte Schweißnaht zwischen den Polymerisatfolienlagen während des Schneidvorgangs und ohne Überhitzung erhält. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ver- \ schweißen der Kanten von thermoplastischen Polymerisatfolien an- j zugeben, nach dem man vorwärmt und dann die Lagen im heißen Zu- ι stand zerschneidet, so daß die Lagen zerschnitten und aufeinan-

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derliegende Lagen miteinander verschweißt werden. Zusätzliche Ziele sind u. a., die obengenannten Ziele auf eine wirtschaftliche und zuverlässige Weise zu erreichen.

Die neuartigen Besonderheiten der vorliegenden Erfindung sind in den vorgehenden Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung soll hinsichtlich ihrer Organisation und Arbeitsweise sowie mit weiteren Zielen und Vorteilen unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlich beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine isometrische Darstellung einer Schneid- und Schweißvorrichtung für thermoplastische Polymerisatfolien mit einer Vorwärmeinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Schnitt auf der Ebene 2-2 der Fig. 1, wobei einige Teile weggebrochen gezeigt sind;

Fig. 3 ist ein waagerechter Schnitt durch die Schneid- und Schweißvorrichtung allgemein auf der Ebene 3-3 der Fig. 2;

Fig. 4 ist ein vergrößerter und teilweise weggebrochener Seitenriß der Vorwärmstange und des Messers der Schneid- und Schweißvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist ein teilweise weggebrochener vergrößerter Schnitt allgemein auf der Ebene 5-5 der Fig. 2;

Fig. 6 ist ein teilweise weggebrochener Seitenriß einer Vorrichtung zur Behandlung gefüllter Beutel aus thermoplastischer Polymerisatfolie und zeigt die Schneide- und Schweißvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung auch beim Verschließen der Beuteloberkante;

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Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt allgemein auf der Ebene 7-7 der Fig. 6;

Die Schneide- und Schweißvorrichtung für Polymerisatfolien nach der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 allgemein bei 10 gezeigt. Die Schneide- und Schweißvorrichtung 10 ist in einer Konstruktion enthalten, durch die eine Polymerisatfolie läuft. Die Konstruktion 12 ist dabei eine Art einer Folienverarbeitungsanlage, in der man die Vorrichtung 10 zweckmäßig vorsehen kann. Die Seitenrahmen 14, 15 lagern eine Welle 16, auf die die Vorratsrolle 18 aufgeschoben ist. Die Vorratsrolle 18 ist dabei ein aufgewickelter Schlauch aus Folienmaterial aus einem thermoplastischen synthetischen Polymerisat, häufig Polyäthylen. Sie wird als Folienbahn 20 abgewickelt und durch die Konstruktion 12 geführt. Wie in den Fig. 2 und 5 gezeigt, besteht dabei die Folienbahn 20 aus einer oberen Lage 22 und einer unteren Lage 24. Diese Lagen sind gewöhnlich an den Kanten miteinander verbunden, so daß die Folienbahn 20 einen Schlauch bildet. Die Bahn 21 läuft unter den Führungsstangen 26, 28, 30 und 32 hindurch und über die Führungsstangen 34, 36 und 38. Die Stangen 26 bis 39 sind dabei als Beispiel für Mittel zur Führung des Bahndurchlaufs dargestellt; man kann jedoch auch andere Durchlaufführungsmittel in dieser oder einer anderen Anordnung verwenden. Die Bahn wird durch beliebige zweckmäßige Einrichtungen vorbewegt - bspw. eine Bahnwickleroder eine Beutelherstellungsmaschine.

Die Lagerstange 40 ist an den Seitenrahmen 14, 15 befestigt. Die Platte 42 ist bei 44 durchbohrt und bei 46 eingeschnitten, so daß man mit einer Festziehschraube 48 die Platte in beliebiger Stelle entlang der Lagerstange 40 festlegen und so die Schneide- und Schweißlinie festlegen kann; auch eine beliebige Winkellage ist möglich. Die Isolierstoffauflage 50 ist mit den Schrauben 52, 54 in Langlöchern in der Auflage auf der Platte 42 befestigt. Auf diese Weise läßt die Auflage 50 sich auf der Platte 42 justieren und festlegen.

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Der Schneide- und Schweißstab 56 ist U-förmig gebogen mit nach oben verlaufenden Schenkeln 58, 60, die auf der Isolierstoffauflage 50 mit den Befestigern 62, 64 festgelegt sind, bei denen es sich um Schrauben oder Nieten handeln kann, die i-n die Isolierstoff auf lage eingebracht sind, ohne die Platte 42 zu berühren. An den oberen Enden der Schenkel 58, 60 sind Anschlußelemente 66, 68 ausgebildet, an die man die elektrischen Zuleitungen 70, 72 anschließen kann; vergl. Fig. 1.

Der Heizstab 74 ist an die Schenkel 58, 60 anschließend ausgebildet. Wie üblich, besteht der gesamte Schneide- und Schweißstab 56 aus elektrisch leitfähigem Metall, so daß er sich erwärmt, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt. Die in Fig. 1 gezeigte Betriebsstromversorgung liefert den Arbeitsstrom in einer zur gewünschten Beheizung erforderlichen Stromstärke. Der Stab 56 ist aus einem geeigneten Werkstoff mit einem zur Erwärmung geeigneten Widerstand hergestellt und kann weiterhin zu einer scharfen Schneide geformt, gehärtet und geschliffen werden. Der Stabteil 74 ist nach der vorliegenden Erfindung so ausgebildet, daß der abgesetzte Heizabschnitt 78 (vergl. Fig. 2 und 3) unmittelbar auf der Folienbahn 20 aufliegt, während diese an dem Schneide- und Schweißstab vorbeiläuft. Dabei wird Wärme vom Stabteil 74 auf die Folienbahn 20 mittels des Heizabschnitts 78 übertragen. In der Laufrichtung der Folienbahn 20 hinter dem Heizabschnitt 78 ist der Stabteil zu einem Messer mit einer abwärts gebogenen Zinke 30 ausgestaltet. Der Schlitz zwischen dem Hauptteil des Stabteils 74 und der Zinke 80 ist auf herkömmliche Weise (vergl. Fig. 3) angeschliffen, so daß die Bahn 20 beim Durchlauf zerschnitten wird. Das gegabelte Messer 82 mit den geschliffenen Schlitzkanten schneidet die durchlaufende Folienbahn 20 entzwei. Die Schneide- und Schweißlinie ist in den Fig. 1 und 3 bei 83 gezeigt.

Der kissenartig vorstehende Heizabschnitt 78 nach der vorliegenden Erfindung liefert genug Wärme, daß die Lagen 22, 24 an-

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schmelzen. Im Vorwärmbereich 84 (vergl. Fig. 5) werden sie dabei von der Vorwärme teilweise verschweißt. Das vollständige Verschweißen der Lagen im Schweißbereich 86 erfolgt, nachdem das Messer 82 die Lagen durchschnitten hat, und wird weiterhin gewährleistet durch den Umstand, daß die durchlaufende Folienbahn zunächst vorgewärmt und dann mit einem heißen gegabelten Messer zerschnitten wurde.

Wie die maßstabsgetreu gezeichnete Fig. 4 zeigt, war der Heizabschnitt 78 zunächst über die gesamte Länge L2 angelegt, wurde dann aber im Verlauf von Versuchen so lange verkürzt, bis er die erforderliche Vorwärmemenge auf die durchlaufende Bahn übertrug. Diese Lange wurde experimentell für ein bestimmtes Folienbahnmaterial sowie dessen Dicke und Durchlaufgeschwindegkeit zur optimalen Länge L1 bestimmt. Die zum Vorwärmen verfügbare Wärmemenge hängt natürlich von der Länge des Heizabschnitts ab. Bringt man zu viel Wärme auf, wird die Folienbahn so weich, daß sich kein einwandfreier Schnitt mehr ergibt. Wärmt man zu schwach vor, muß zu viel Wärme am Messer 82 zugeführt werden, so daß die Folien überhitzt werden können. Weiterhin ist wesentlich, daß zwischen dem Vorwärmen und dem Schneiden eine gewisse Verzögerung vorliegt, so daß die in die oberste Schicht der oberen Lage 22 eingeleitete Wärme genung Zeit hat, durch die Grenzfläche zwischen der oberen und unteren Lage 22, 24 zu strömen, wo die Lagen miteinander verschweißt werden sollen. Mit dieser Anordnung erhält man also ein Vorwärmen sowie ein einwandfreies Verschweißen und Aufschneiden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Anwendung des Schneide- und Schweißstabes 56. Hier fördert eine Vorrichtung die Beutel 90, 92 und 94 aus einer Anfangsposition (bspw. in einer Beutelherstellungsvorrichtung oder einer Beutelvorratseinrichtung wie bspw. einem Bügelgehänge) durch eine Füllstation und schließlich durch die Schneide- und Schweißstation, in der der Schneide- und Schweißstab 56 sich befindet. Zwei Förderer-Oberläufe 96, 98 Ie-

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gen sich an die gegenüberliegenden Seiten des Oberteils jedes Beutels der Beutelfolge an, zwei Unterlaufe 102, 100 unterhalb der Oberläufe. Die Förderbänder werden dabei beispielsweise von einer Feder 104 elastisch auf die Beutel gedrückt und beispiels¹ weise mit einem Motor 106 angetrieben. Auf diese Weise werden die Beutel von Station zu Station geführt. Wenn die Beutel auf die Schneide- und Schweißstation zulaufen, sind sie bereits gefüllt und zum abschließenden Verschweißen bereit.

Der Schneide- und Schweißstab 56 in den Fig. 6 und 7 hat den gleichen Aufbau wie der in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 5 gezeigte. Er ist an eine Stromquelle angeschlossen, so daß er auf die erwünschte Temperatur widerstandserwärmt wird. Eine Betriebsstromversorgung steuert die Temperatur des Schneide- und Schließstabs so, daß die durchlaufenden Beutel nacheinander vorgewärmt und dann auf der Linie 110 durchschnitten und verschweißt werden. Wie die Fig. 7 zeigt, werden die Beutel über dem gefüllten Beutelteil, aber unter den Bügellöchern abgeschnitten und verschweißt, so daß die am rechten Ende der Vorrichtung 88 ausgetragenen Beutel sauber bearbeitet und einwandfrei dicht verschlossen sind.

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Zusammenfassung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneide- und Schweißeinrichtung zum Zerschneiden mehrerer Lagen aus thermoplastischer Polymerisatfolie und zum Verschweißen der aufeinanderliegenden Folienkanten bei der Herstellung von/oder zum Verschweißen von Beuteln und ähnlichen Arbeitsvorgängen an thermoplastischer synthetischer Polymerisatfolie. Nach dem Stand der Technik läßt man die Folienlagen durch eine Schneidvorrichtung laufen, die die Lagen durchschneidet und gleichzeitig die aufeinanderliegenden Kanten miteinander verschweißt. Bei der Schneidvorrichtung handelt es sich um eine scharfe gegabelte Klinge; das Verschweißen erfolgt durch Erwärmen der Schneideinrichtung. Bei normal schnellem Durchlauf der Folien muß die Schneidklinge auf sehr hohe Temperaturen erwärmt werden, um die Folien auf Schweißtemperaturen zu bringen- Dabei wird die Folie jedoch oft örtlich überhitzt und kristallisiert und so das Folienmaterial an der Schweißnaht geschwächt. Die beim schnellen Foliendurchlauf auftretenden Kräfte können ebenfalls zu einem Schwächen oder Aufreißen der Schweißnaht führen, während sie vom vorgehenden überhitzen noch warm ist. Es besteht daher Bedarf an einer verbesserten Scheide- und Schweißvorrichtung für Polymerisatfolien, die ein Schneiden und Schweißen im schnellen Durchlauf erlaubt, aber dennoch eine zuverlässige und feste Schweißnaht herstellt. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schneiden und Schweißen von Polymerisatfolien mit einem einheitlichen Vorwärm-, Schneide- und Schweißstabelement, das die Polymerisatfolie vorwärmt, während sie zur Schneideeinrichtung läuft, so daß mit verringerter Temperatur geschweißt werden kann.

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Claims

23937 Hartland, Canoga Park, California, V. St. A.
2) JOSEPH C. ADAMO

9931 Lurline Avenue Nr. 130, Chatsworth, California, V. St. A.

Patentansprüche

1 .^ Verfahren zum Aufschneiden und Verschweißen mehrerer aufeinandergelegter Schichten aus thermoplastischer Polymerisatfolie, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl entlang einer Schneide- und Schweißlinie zu zerschneidender und zu verschweißender aufeinander gelegter Folienlagen aus thermoplastischem synthetischem Polymerisatmaterial vorschiebt, einen Heizstab mit einem Vorwärmteil und einem Schneide- und Schweißteil auf der ' Linie anordnet und den Heizstab so beheizt, daß der Vorwärmteil und der Schneide- und Schweißteil gleichzeitig und gemeinsam erwärmt werden, die thermoplastische Polymerisatfolie dabei vorgewärmt, und danach während des Vorlauf entlang der Linie zerschnitten und verschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

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zum Erwärmen einen elektrischen Strom durch den Heizstab schickt, um diesen widerstandszubeheizen.
3. Vorwärm-, Schneide- und Verschweißeinrichtung für Schneide- und Schweißvorrichtungen für thermoplastische synthetische Polymerisatfolien, die als einheitlicher Stab vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab einen Schneide- und Schweißteil, der an der Bewegungsbahn einer Vielzahl von Lagen aus thermoplastischer Polymerisatfolie anordenbar ist, während die Folie entlang einer Linie läuft, auf der das Schneiden und Schweißen stattfinden soll, und einen Vorwärmteil aufweist, der in Wärmeleitkontakt mit der Polymerisatfolienlage entlang der Linie an einer Stelle liegt, wo die Folie vorgewärmt wird, bevor sie zerschnitten wird.
4, Vorwärm-, Schneide- und Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmteil vom Schneide- und Schweißteil so beabstandet liegt, daß ein Wärmehaltintervall zwischen dem Kontaktbereich der Polymerisatfolie und des Vorwärmteils und dem Schneide- und Schweißteil entsteht.
5. Vorwärm-, Schneide- und Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneide- und Schweißteil ein gegabeltes Messer und der Vorwärmteil eine Heizauflage aufweisen.
6. Vorwärm-, Schneide- und Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem einheitlichen Stab um ein elektrisches Heizelement handelt, durch den ein elektrischer Strom fließt, um ihn unmittelbar widerstandszubeheizen und so den Vorwärmteil und den Schneide- und Schweißteil ge-

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meinsam zu erwärmen.
7. Vorwärm-, Schneide- und Schweißeinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet weiterhin durch Mittel, um entlang der SchweiS-linie mehrere übereinandergelegte Lagen aus thermoplastischer synthetischer Polymerisatfolie vorzubewegen, und durch eine Energiequelle, die das einheitliche Stabelement beheizt.

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