DE4018659C2 - Reibschweißvorrichtung zur Herstellung eines Verschlusses an einem biegsamen thermoplastischen Umreifungsband - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Reibschweißverbindung zur Herstellung eines Verschlusses an einem biegsamen, thermoplastischen Umreifungsband, - mit zwei gegeneinander wirkenden, zueinander komplementär geformten Bandangreif­ elementen, zwischen denen zwei sich gegenseitig überlappende Bandabschnitte des Umreifungsbandes aufnehmbar und zusammenpreßbar sind, wobei jedes Bandangreifelement eine konturierte Oberfläche aufweist und wobei eines der Bandangreifelemente mit einem Antrieb für die Reibschweißbewegung verbunden ist.

Der Verschluß an einem thermoplastischen Umreifungsband muß eine ausreichende Zugfestigkeit haben, um den auf die Schweißstelle wirkenden Kräften in Richtung der Umreifungsbandlänge, kurz Bandlänge genannt, zu wider­ stehen. Der Verschluß muß darüber hinaus eine ausreichende Abzieh- oder Abstreiffestigkeit haben, um den Kräften zu widerstehen, die schräg oder senkrecht zur Länge des Umreifungsbandes ausgerichtet sind. Eine geringe Abziehfestigkeit kann zu einem unbeabsichtigten Öffnen des Verschlusses führen.

Aus DE 27 44 803 A1 ist ein Verschluß bekannt, bei dem überlappende Bandabschnitte des Umreifungsbandes durch eine mäanderförmige Siegelstelle miteinander verbunden sind. Die Siegelstelle besteht aus mehreren, in Querrichtung zur Laufrichtung des Umreifungsbandes ange­ ordneten Erhebungen und Vertiefungen. Der Schweißbereich und die Anschlußbereiche in Laufrichtung des Umreifungs­ bandes sind parallel zur Zugrichtung ausgerichtet.

Aus US 3 494 280 ist ein durch Reibschweißung herstell­ barer Verschluß an einem Umreifungsband bekannt, der in Laufrichtung des Umreifungsbandes einen doppellagigen, konkav nach außen geformten Abschnitt aufweist. Die Verbindung ist mit Hilfe einer Reibschweißvorrichtung her­ stellbar, die eine Reibschweißbewegung in Bandlängs­ richtung ausführt.

Die Abziehfestigkeit der bekannten, durch Reibschweißung herstellbaren Verschlüssen an thermoplastischen Umrei­ fungsbändern ist unbefriedigend, insbes. bei dicken Umreifungsbändern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu­ grunde eine Reibschweißvorrichtung anzugeben, mit der ein Verschluß hoher Abziehfestigkeit herstellbar ist.

Die Aufgabe wird bei einer Reibschweißvorrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Oberfläche der Bandangreifelemente in Bandlängsrichtung eine wellenförmige Krümmung bestehend aus einem konvex gekrümmten Flächenabschnitt und einem konkav gekrümmten Flächenabschnitt aufweisen, wobei die durch einen Trennschnitt begrenzten Bandenden der beiden überlappenden Bandabschnitte jeweils an dem konkav gekrümmten Flächenabschnitt der Bandangreifelemente anliegen und daß das an den Reibschweißantrieb angeschlossene Bandangreifelement in Querrichtung des Umreifungsbandes horizontal bewegbar ist. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Reibschweiß-Vor­ richtung sind Gegenstand der nachgeordneten Patent­ ansprüche 2 und 3.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Umreifung eines Gegenstandes

Fig. 2A den Verschluß des Umreifungsbandes in perspektivischer, stark vergrößerter Darstel­ lung,

Fig. 2B eine weitere Ausführungsform des in Fig. 2A dargestellten Verschlusses,

Fig. 3 eine Reibschweißvorrichtung zur Herstellung des in Fig. 2B dargestellten Verschlusses

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung der Vorrichtung gemäß Fig. 3,

Fig. 5 die Vorderansicht der Reibschweißvorrichtung in Schließstellung,

Fig. 6 eine vergrößert dargestellte Vorderansicht der Bandangreifelemente der Reib­ schweißvorrichtung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Gegenstand in Fig. 6 entlang der Ebene 7-7,

Fig. 8 eine Draufsicht auf den Gegenstand in Fig. 6 entlang der Ebene 8-8 und

Fig. 9 eine Einzelheit aus den Fig. 6 bis 8 in stark vergrößerter Darstellung.

Fig. 1 stellt in vereinfachter, schematischer Form das Umreifen eines Gegenstandes oder einer Verpackung P mit einer umringenden Schleife des Umreifungsbandes S dar. Zum Zwecke der Klarheit der Darstellung ist das Umreifungsband S mit räumlichem Abstand zur Verpackung P und mit räumlichem Abstand der überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ zueinander gezeigt. Typischerweise wird ein Endstück E der überlappenden Länge L₂ durch herkömmliche Mittel, die nicht dargestellt sind, gegriffen und an dem Umreifungsband S wird gezogen, so daß die Bandschleife eng um den Gegen­ stand P angezogen wird.

Dann werden die überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ in einer in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Verbindungszone J miteinander verbunden. Der Abschnitt jeder Länge L₁ und L₂ in der Verbindungszone J kann als Verbindungsteil J₁ bzw. J₂ definiert werden. Diese Terminologie wird in dieser Be­ schreibung und in den anhängenden Patentansprüchen ver­ wendet, um die Verbindungsteile J₁ und J₂ sowohl bevor als auch nachdem die Verbindung tatsächlich erzeugt worden ist zu beschreiben.

Der gespannte Schleifenteil des Umreifungsbandes S kann dadurch gekennzeichnet werden, daß der Schleifenteil ein Nachlaufteil T₁ hat, das sich von der Bandlänge L₁ an von dem Verbindungsteil J₁ aus fortsetzt, und ein Nach­ laufteil T₂ hat, das sich von der Bandlänge L₂ an in entgegengesetzter Richtung von dem Verbindungsteil J₂ aus fortsetzt. Bei einer herkömmlichen Verbindung setzen die Nachlaufteile T₁ und T₂ sich typischerweise gewöhnlich in, im wesentlichen parallelen Ebenen fort, jedenfalls wenigstens im direkten Anschluß an die Ver­ bindungszone J, wenn die Bandlängen L₂ und L₂ von Anfang an in einem herkömmlichen Umreifungswerkzeug, das eine Spannung aufbringt und eine Verbindung zwischen den überlappenden Umreifungsbandteilen erzeugt, positioniert werden. Während der Herstellung der Verbindung in einem herkömmlichen Umreifungswerkzeug oder in einer Umrei­ fungsmaschine kann die Länge jedes parallelen Nachlauf­ teils T₁ und T₂, welches in dem Werkzeug positioniert ist, länger oder kürzer als die Länge der Verbindung per se sein. In einigem Abstand zur Verbindungszone bleiben die Nachlaufteile T₂ und T₁ nicht mehr länger parallel und sind statt dessen in anderen Richtungen orientiert (infolge von Einflüssen des Umreifungswerkzeuges, der Bandspannung oder der Verpackungsgestaltung).

Aus Fig. 2A ist die erfindungsgemäße Gestaltung eines durch Reibschweißen hergestellten Verschlusses ersicht­ lich. Die Verbindung ist zwischen einer ersten Länge L₁ eines thermoplastischen Umreifungsbandes und einer zweiten Länge L₂ eines thermoplastischen Umreifungsbandes ausgebildet. Die Länge L₁ besitzt wenigstens ein erstes Verbindungsteil J₁, und die Länge L₂ besitzt wenigstens ein zweites Verbindungsteil J₂.

Die Verbindungsteile J₁ und J₂ sind mit flächenzuge­ wandten Seiten entlang eines Schweißbereiches W zusammengeschweißt. Der Schweißbereich W ergibt sich aus der Verschmelzung oder Erschmelzung eines Teils der Dicke jedes Bandlängenverbindungsteils J₁ und J₂ in der Berührungszone. Bei der Abkühlung bildet jeder aufgeschmolzene Teil einen im wesentlichen konti­ nuierlich wieder erstarrten Dickenteil, der mit dem im wesentlichen kontinuierlich wieder erstarrten Dickenteil des anderen Bandlängenverbindungsteils verschmolzen ist.

Die Länge L₁ besitzt auch ein angeschlossenes Nachlauf­ teil T₁, das sich von dem ersten Verbindungsteil J₁ aus fortsetzt, und die zweite Länge L₂ besitzt ein ange­ schlossenes Nachlaufteil T₂, das sich von dem zweiten Verbindungsteil J₂ aus fortsetzt. Jedes Nachlaufteil T₁ und T₂ setzt sich von dem angeschlossenen Verbindungsteil J₁ bzw. J₂ aus fort, und zwar im allge­ meinen in eine Richtung weg von dem anderen Bandlängen­ nachlaufteil. Die Nachlaufteile T₁ und T₂ werden während der beginnenden Formung der Verbindungsgestaltung definiert, wie jedes Nachlaufteil wenigstens einen Teil seiner Länge hat, der sich in einer, im allgemeinen zu einer Referenzebene R parallelen Ebene fortsetzt. Die Nachlaufteile T₁ und T₂ können länger oder beträchtlich kürzer als die Verbindungsteile J₁ und J₂ sein.

In Fig. 2A wurde die Referenzebene R willkürlich gewählt und sie ist unter einem Winkel M zur Horizontalen (Linie H) dargestellt. Die überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ sind derart ausgerichtet, daß wenigstens ein Teil jeder Länge der anschließenden Nachlaufteile T₁ und T₂ über­ wiegend parallel zur Referenzebene R verläuft. Weiterhin ist in der besonderen Gestaltung, die in Fig. 2A darge­ stellt ist, wenigstens ein Teil der Länge des Nachlauf­ teils T₁ überwiegend in der gleichen Ebene wie zumindest ein Teil der Länge des Nachlaufteils T₂. Das ist durch eine Ebene C dargestellt, die parallel zur Referenzebene R verläuft und welche entlang der Mitte der Banddicke eines Teils der Länge des Nachlaufteils T₁ und in der Mitte eines Teils der Länge des Nachlaufteils T₂ liegt.

Man kann folglich sehen, daß, wenn eine Spannung an die Bandnachlaufteile T₁ und T₂ der Verbindung in Fig. 2A angelegt wird, die Spannkraft in die Richtung der Spannungspfeile F₁ und F₂ im wesentlichen in der gemeinsamen Ebene C wirken würde.

Bei dieser Gestaltung sind die Nachlaufteile T₁ und T₂ nicht gegeneinander versetzt. Deshalb bewirken die Spannkräfte F₁ und F₂ kein Moment in bezug auf eine Wirkungslinie in der gemeinsamen Ebene C.

Wie am besten in Fig. 2A dargestellt ist, hat der Schweißbereich W eine derartige Orientierung, daß die Länge der Schmelze W Teile besitzt, die nicht parallel zur Referenzebene R verlaufen. Tatsächlich besitzt der Schweißbereich W in der dargestellten, bevorzugten Form wenigstens einen konvexen Abschnitt am linken Ende und einen konkaven Abschnitt am rechten Ende. Außerdem kreuzt die Schmelze W die gemeinsame Ebene C und hat einen zentralen Bereich, der nach unten gekrümmt ist oder von links nach rechts, wie in Fig. 2A gezeigt ist, abfällt.

Es wird auch angemerkt, daß die erste Bandlänge L₁ ein Bandende E₁ besitzt, das über das linke Ende des Schweißbereiches W hinausragt und das mit der darunterliegenden Bandlänge L₂ nicht direkt verbunden ist. Gleichermaßen hat am anderen Ende der Schmelze W die zweite Bandlänge L₂ ein Bandende E₂, das über das Ende des Schweißbereiches W hinausragt, und das mit der darüberliegenden Bandlänge L₁ nicht direkt verbunden ist. Die Bandenden E₁ und E₂ können im Verhältnis zum Schweißbereich W beträchtlich länger als gezeigt sein, oder sie können unterschiedlich (ungleich) lang sein. Bei präzise hergestellten Verbindungen können die Vorlaufenden sehr kurz sein und praktisch mit den Enden des Schweißbereiches zusammenfallen.

Die Gestaltung der in Fig. 2A dargestellten Verbindung würde unter Spannung (durch die ansetzenden Kräfte F₁, F₂) reagieren, so daß die Belastungskräfte auf den Schweißbereich W, die dazu führen würden, daß die zwei Bandlängen L₁ und L₂ sich ablösen oder abgezogen werden, reduziert werden. Folglich erhöht sich der Abziehwider­ stand der Schweißverbindung.

Es ist festgestellt worden, daß ein erhöhter Abzieh­ widerstand auch erreicht wird, wenn die Enden des Schweißbereiches W weiter versetzt sind, so daß das Nachlaufteil T₁ der Bandlänge L₁ unter einer zentralen Ebene C liegt, wie es bei einer bevorzugten, modifizier­ ten Form der Verbindung in Fig. 2B dargestellt wird. In Fig. 2B ist das Nachlaufteil T₁ in einer Ebene C₁ und das Nachlaufteil T₂ in einer Ebene C₂ fortgesetzt. Die Ebenen C₁ und C₂ sind parallel zu einer Referenzebene R′ und zu der zentralen Ebene C′. In der Gestaltung nach Fig. 2B ist die Spannkraft F₁ versetzt zu, und nicht in einer Ebene mit, der Spannkraft F₂. Die äußeren Kräfte F₁ und F₂ sind jedoch parallel. Die resultierende Aus­ breitung der inneren Kräfte in der Schmelze W ist nichtsdestoweniger in vorteilhafter Weise unterschied­ lich zu der Ausbreitung von, im wesentlichen, Scher­ kräften, die in einer herkömmlichen Verbindung auftreten, bei welcher der Schweißbereich W gewöhnlich in einer Ebene zwischen, und parallel zu, parallelen Bandverbindungsteilen liegt.

Die Fig. 3 bis 9 zeigen eine Reibschweißvorrichtung zur Herstellung des beschriebenen und in Fig. 2B dargestellten Verschlusses. Die Vorrichtung besitzt ein erstes Bandangreifelement 21 und ein zweites Bandan­ greifelement 22. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Bandangreifelemente 21, 22 so einge­ richtet, daß sie anfänglich in einer räumlich getrennten Position angeordnet sind, um die überlappenden Band­ längen L₁ und L₂ aufzunehmen. Das erste Bandangreifele­ ment 21 ist relativ zum zweiten Bandangreifelement 22 bewegbar. Das zweite Bandangreifelement 22 ist stationär angeordnet und an einem gebräuchlichen Halter, wie an den Rahmen eines Umreifungswerkzeuges oder einer Umrei­ fungsmaschine befestigt.

Den Fig. 3 und 4 entnimmt man, daß das erste Bandan­ greifelement 21 mittels einer Achse 23 in einem Paar nach unten hängender Arme 25 schwenkbar gelagert ist, die an ihren oberen Enden an einem Hebelarm 27 über eine Achse 29 schwenkbar angeordnet sind. Die Achsen 23 und 29 werden mit Sicherungsringen 31 in ihrer Position ge­ halten.

Die Achse 23 ist parallel zu den Bandlängen L₁ und L₂ angeordnet. Dies gestattet dem Element 21 soweit wie notwendig zu verschwenken, um sich genau an die Bandlänge L₁ anzuschmiegen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, daß das zweite Bandangreifelement 22 schwenk­ bar in der Vorrichtung unterhalb des ersten Bandangreif­ elementes 21 gelagert wird. Diese Schwenkachse würde parallel zu der Bandlänge L₁ und L₂ angeordnet sein und es würde dem Bandangreifelement 22 gestatten, so weit wie notwendig zu verschwenken, um sich genau an die Bandlänge L₂ anzuschmiegen.

Der Hebelarm 27 des ersten Bandangreifelementes 21 be­ sitzt ein Lager 33, um den Hebelarm 27 mit einer Achse (nicht dargestellt) schwenkbar zu verbinden, wodurch eine hin und her gehende Bewegung des Hebelarmes 27 er­ möglicht wird, die eine vertikale hin und her gehende Bewegung des ersten Bandangreifelementes 21 bewirkt.

Ein im allgemeinen horizontal angeordneter Arm 41 ist an einem Ende des ersten Bandangreifelementes 21 über die Achse 23 angekoppelt und besitzt zur Montage an eine exzentrische Antriebswelle (nicht dargestellt) am anderen Ende einen Lagerring 43, um eine allgemein hori­ zontale hin und her gehende Bewegung des ersten Bandan­ greifelementes 21 zu erzeugen.

Falls es gewünscht wird, die Bandlängen automatisch von einer Bandquelle abzutrennen, kann ein oberes Messerelement 47 mittels der Achse 23 an einem Ende des ersten Bandangreifelementes 21 befestigt werden. Das obere Messerelement 47 besitzt eine nach unten gerichtete Schneide 40 (Fig. 4 und 5).

An dem zweiten Bandangreifelement 22 angrenzend ist ein unteres Messerelement 51 vorgesehen (Fig. 4 und 5). Das untere Messerelement 51 besitzt eine nach hinten vor­ stehende Platte 53, die eine Lagerstelle 55 für eine angepaßte schwenkbare Verbindung des unteren Messerele­ mentes 51 um eine Achse (nicht dargestellt) des Werk­ zeuges definiert, um dem unteren Messerelement 51 zu er­ möglichen, nach oben gehoben zu werden, um das Einsetzen oder das Entfernen der Bandteile zu erleichtern.

Das untere Messerelement 51 besitzt auch ein Paar parallele Halter 59, die mit dem unteren Ende der Messerelementplatte 53 verbunden sind und welche auf einer Seite der Platte 53 außen mit einem Abstand zur Platte 53 angeordnet sind, so daß das obere Messerelement 57 zwischen den Haltern 59 und der Platte 53 (Fig. 3) des unteren Messerelementes 51 aufgenommen werden kann.

Das vordere Ende des unteren Messerelementes 51 besitzt eine nach oben gerichtete Schneidkante 61 (Fig. 4), die so positioniert ist, daß sie mit der Schneidkante 49 des oberen Messerelementes zusammenwirkt, um die obere Bandlänge L₁ abzutrennen, wenn das obere Messerelement 47 mit dem ersten Bandangreifelement 21 nach unten ge­ trieben wird.

Mit Bezug auf Fig. 5 ist zu sehen, daß das erste Bandan­ greifelement 21 zu dem zweiten Bandangreifelement 22 hin nach unten bewegt werden kann, um die Bandlänge L₁ und L₂ zusammenzupressen. Anfangs, wenn die Bandangreifele­ mente 21 und 22 getrennt voneinander sind, werden die überlappenden Bandlängen L₁, L₂ im allgemeinen in ver­ tikaler Deckung positioniert, wobei die zweite Bandlänge L₂ so gelegt wird, daß sie unter dem unteren Messerele­ ment 51 hindurchführt, und wobei die erste Bandlänge L₁ über dem unteren Messerelement 51 positioniert ist. Dann kann, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, das erste Band­ angreifelement 21 nach unten bewegt werden, um die Bandlänge L₁ und L₂ gegen das zweite Bandangreifelement 22 zusammenzupressen. Da das obere Bandangreifelement 21 nach unten bewegt wird, zwingt das obere Messerelement 47 die obere Bandlänge L₁ gegen das untere Messerelement 51 nach unten, um den Teil der oberen Bandlänge L₂, der über die Verbindungszone hinausragt, abzutrennen.

Es wird verständlich, daß die Bandlängen L₁ und L₂ unter Spannung sein können (z. B. sind sie Teil eines gespannten Umreifungsbandes, das einen Gegenstand umschließt). Andererseits können die Bandlängen und L₂ völlig ungespannt sein. Sogar wenn die Bandlängen L₁ und L₂ Teil einer Bandschleife sind, welche um einen Gegenstand gespannt ist, kann die Spannung an einer oder an beiden überlappenden Verbindungsteilen J₁ und J₂ im Bereich Verbindung gelockert werden. Zu diesem Zweck können herkömmliche Elemente oder Mechanismen (nicht dargestellt) zum Festhalten des Bandes auf jeder Seite der Bandangreifelemente 21, 22 vorgesehen sein, um die Bandlängen L₁ und L₂ dicht anliegend festzuhalten und die Spannung in der restlichen Bandschleife aufrecht zu­ erhalten, während die überlappenden Teile der Bandlängen L₁ und L₂ in einem im wesentlichen, ungespannten Zustand beibehalten werden. Die Elemente zum Festhalten des Bandes, zur Erhaltung der Spannung in der Schleife, können von herkömmlicher Bauweise und Form sein und sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Im allgemeinen benötigt das Formen einer Verbindung in gespannten Bandteilen eine erhöhte Energie, um die über­ lappenden Teile in einer flächenzugewandten Lage zu halten, und um eine relative Vibrationsbewegung zwischen den überlappenden Bandteilen zu bewirken. Die größere Energie, die für eine geeignete Verbindung der überlappenden Bandteile, welche unter Spannung sind, benötigt wird, wird in einer großen Umreifungsmaschine leichter bewältigt. In einem kleineren Umreifungswerkzeug, wo der Motor und die Größe der Komponenten entsprechend kleiner sind, kann es empfehlenswert sein, wenigstens ein, wenn nicht beide überlappenden Bandteile im, im wesentlichen, ungespannten Zustand zu halten, während der Verschluß hergestellt wird.

Die Bandangreifelemente 21 und 22 haben eine neuartig geformte Oberfläche und eine Anordnung, die zur ver­ besserten Gestaltung der Bandlängen führt, welche für den Aufbau der verbesserten Verbindung sorgt. Die Ober­ flächen der Bandangreifelemente sind den Fig. 6 bis 9 entnehmbar. Fig. 6 zeigt das Profil des Bandangreif­ elementes.

Das erste Bandangreifelement 21 besitzt eine Oberfläche 81, die mit einer Fläche der ersten Bandlänge L₁ in Kontakt tritt. Gleichermaßen hat das zweite Bandangreif­ element 22 eine Oberfläche 82, die mit einer Fläche der zweiten Bandlänge L₂ in Kontakt tritt. Der Fig. 6 entnimmt man, daß jede Oberfläche 81 und 82 eine konkave Fläche aufweist, welche vorzugsweise zylindrisch ausge­ bildet ist und einen Radius A hat. Beide Oberflächen 81 und 82 haben auch eine größere konvexe Fläche, die vorzugsweise ebenfalls ausgebildet ist und einen Radius B hat. Bei der bevorzugten Ausführungsform besitzt jede Angreiffläche 81 und 82 weiterhin zwischen, und in diese übergehend, der konkaven Fläche und der konvexen Fläche eine ebene Fläche 90.

Es ist festgestellt worden, daß, wenn die Bandangreifele­ mente 21 und 22 in einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Reibungsschweißverbindung eingesetzt werden, die Band­ verbindungsteile dazu neigen, zuerst an dem ebenen Bereich 90 der Bandangreifelemente 21 und 22 aufzuschmelzen, und daß der aufgeschmolzene Bereich dann zu den Enden der Bandangreifelemente 21, 22 hin fort­ schreitet. Es hat sich gezeigt, daß dieses eine beständigere Herstellung von Schweißverbindungen mit höherer Abziehfestigkeit ergibt.

Bei einer bevorzugten Form der Bandangreifelemente 21 und 22 für den Gebrauch mit Polyäthylen-Terephthalaten, wobei das Umreifungsband eine Dicke zwischen ungefähr 0,81 mm und ungefähr 0,96 mm hat, beträgt der Radius A der konkaven Fläche ungefähr 17 mm, und der Radius B der konvexen Fläche ungefähr 14 mm. Die Differenz der Radien paßt zu der "inneren" und "äußeren" Krümmung der Bandlängen in Übereinstimmung mit der Krümmung der Oberflächen 81 und 82. Aus praktischen Gründen, einschl. von Gründen, die sich aus Herstellungstoleranzen, Unge­ nauigkeit, der Anordnung der Teile, und der Banddicken­ unterschiede, ergeben, wurde die 3-mm-Differenz zwischen den Radien A und B der Krümmung so gewählt, daß sie un­ gefähr das Vierfache der Banddicke beträgt.

An jedem Bandangreifelement 21 und 22 hat die ebene Fläche 90 zwischen der konkaven Fläche und der größeren konvexen Fläche eine Länge von ungefähr 8,8 mm. Außerdem ist der Fig. 6 entnehmbar, daß das Zentrum der Krümmung von Radius A der konkaven Fläche des ersten Bandangreifelementes 21 mit einem Abstand Z links vom Zentrum der Krümmung von Radius B der konvexen Fläche des zweiten Bandangreifelementes 22 versetzt ist. Es hat sich gezeigt, daß dies für die Kontrolle des Reibungsschweißprozesses hilfreich ist, so daß das Band­ material zuerst an den flachen Bereichen 90 aufgeschmolzen wird.

Außerdem ist an dem rechten Ende des Bandangreifelementes 21, wie es in der Fig. 6 gezeigt ist, die konvexe Fläche mit einem sehr kleinen Radius D begrenzt. Gleichermaßen ist an dem linken Ende des zweiten Bandangreifelementes 22, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, die konvexe Fläche mit einem sehr kleinen Radius D begrenzt. Bei einer bevorzugten Form der Band­ angreifelemente für den Gebrauch mit Polyäthylen-Terephthalaten, wobei das Band eine Dicke zwischen 0,81 mm und 0,96 mm hat, beträgt der Radius D ungefähr 1 mm. Es hat sich gezeigt, daß die Radien D einigermaßen dahin wirksam sind, einen divergierenden Mündungseffekt zu erzeugen, der den Fluß des geschmol­ zenen Materials während des Reibungsschweißprozesses unterstützt.

Der Fig. 6 entnimmt man ferner, daß die konvexe Fläche des ersten Bandangreifelementes 21 in eine Richtung hin zu dem zweiten Bandangreifelement 22 weiter vorsteht, als die konkave Fläche des Bandangreifelementes 21. Gleichermaßen steht die konvexe Fläche des zweiten Bandangreifelementes 22 hin zu dem ersten Bandangreif­ element 21 weiter vor, als die konkave Fläche des zweiten Bandangreifelementes 22.

Bei einer bevorzugten Form der Bandangreifelemente beträgt die maximale Amplitude der konkaven Fläche und der konvexen Fläche jedes Elementes ungefähr 1,8 mm, und zwar für den Gebrauch mit einem Band, das eine Dicke von ca. 0,81 mm bis ca. 0,96 mm hat.

Die Oberfläche 81 des ersten Bandangreifelementes 21 weist ein erstes Ende 101 (Fig. 5) auf, das so einge­ richtet ist, daß es die erste Bandlänge L₁ außerhalb eines ersten Endes des Schweißbereiches W be­ rührt. Die Oberfläche 81 hat außerdem ein zweites Ende 102 (Fig. 5), das so eingerichtet ist, daß es die erste Bandlänge L₁ anschließend an einem zweiten Ende des Schweißbereiches W berührt.

Gleichermaßen hat die Oberfläche 82 des zweiten Bandan­ greifelementes 22 ein erstes Ende 121 (Fig. 5), das so eingerichtet ist, daß es die zweite Bandlänge L₂ im Anschluß an das erste Ende des Schweißbereiches W berührt und ein zweites Ende 122 (Fig. 5), das so eingerichtet ist, daß es die zweite Bandlänge L₂ jenseits des zweiten Endes des Schweißbereiches W berührt.

Wie aus den Fig. 5 und 6 deutlich wird, stehen die ersten und zweiten Bandangreifelemente 21 und 22 seit­ lich versetzt miteinander in Beziehung, wobei das zweite Ende 102 der ersten Angreiffläche 81 zwischen dem ersten Ende 121 und dem zweiten Ende 122 der zweiten Angreif­ fläche 82 angeordnet ist. Gleichermaßen liegt das erste Ende 121 der zweiten Angreiffläche 82 zwischen dem ersten Ende 101 und dem zweiten Ende 102 der ersten An­ greiffläche 81.

Es ist auch erkennbar (Fig. 5 und 6), daß der Teil der ersten Angreiffläche 81, der sich über das erste Ende 121 der zweiten Angreiffläche 82 hinaus erstreckt, zu dem zweiten Bandangreifelement 22 hin gekrümmt ist. Gleichermaßen ist der Teil der zweiten Angreiffläche 82, der sich über das zweite Ende 102 der ersten Angreif­ fläche 81 hinaus erstreckt, zum ersten Bandangreifele­ ment 21 hin gekrümmt.

Wenn die Vorrichtung in einem Reibungsschweißwerkzeug mit den Schneidelementen 47 und 51 verwendet wird, hat sich gezeigt, daß es vorteilhaft ist, eine konvexe Krümmung an dem linken Ende des ersten Bandangreifelementes 21 vorzusehen, wobei sich die Krüm­ mung außerhalb des ersten Endes 101 der ersten Angreif­ fläche 81 fortsetzt. Diese Krümmung ist in Fig. 6 durch den Radius G bezeichnet) und diese Krümmung bewirkt, daß die Beanspruchung der Bandlänge L₁ vermindert wird, wenn das erste Bandangreifelement 21 die Bandlänge L₁ gegen das untere Schneidelement 51 drückt. Bei der bevorzugten Form der Bandangreifelemente für den Gebrauch mit Polyäthylen-Terephthalaten, wobei das Band eine Dicke zwischen 0,81 mm und 0,96 mm hat, beträgt der Radius G ungefähr 4 mm.

Zusätzlich ist aus Fig. 5 entnehmbar, daß, wenn die Bandangreifelemente 21 und 22 der dargestellten be­ vorzugten Ausführung in der geschlossenen oder fest­ klemmenden Position um die Bandlängen L₁ und L₂ herum sind, der Abstand zwischen den Angreifflächen 81 und 82 im allgemeinen über die Länge der Bandangreifelemente zwischen dem ersten Ende 121 der zweiten Angreiffläche 82 und dem zweiten Ende 102 der ersten Angreiffläche 81 einheitlich groß ist. In der bevorzugten Ausführung der Vorrichtung wird der einheitlich große Abstand zueinander auch aufrechter­ halten, wenn die Bandangreifelemente 21 und 22 weiter auseinander in eine Entnahmeposition für das Umreifungsband bewegt werden.

Die Bandangreifelemente 21 und 22 können für eine Benutzung in einem Umreifungswerkzeug eingerichtet sein und können dazu eingerichtet sein, im wesentlichen gleichzeitig zwei verschiedene Funktionen zu erfüllen, nämlich erstens eine verbesserte Gestaltung der ersten und zweiten überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ hervorzubringen, und zweitens eine Reibungsschweißverbindung zwischen den überlappenden Bandteilen zu erzeugen. Zu diesem Zweck muß eine relative, körperliche Gleitbewegung zwischen den überlappenden Bandteilen mit den Bandangreifelemen­ ten 21 und 22 bewirkt werden. Um dies zu fördern, sind die Bandangreifelemente 21 und 22 vorzugsweise mit einer Mehrzahl von Bandangreifzähnen 150 ausgerüstet.

Wie am besten aus den Fig. 6 bis 8 ersichtlich, sind die Zähne 150 auf dem ersten Bandangreifelement 21 in Deckung zu den Zähnen 150 auf dem zweiten Bandangreif­ element angeordnet. Jedes Element hat fünf Reihen von Zähnen und jede Reihe besitzt elf Zähne. Die Zähne 150 haben in jeder Reihe über die Breite der Angreiffläche jedes Angreifelementes einen einheitlichen Abstand voneinander.

Die Reihen der Zähne sind vorzugsweise mit gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnet und der Mittenabstand zwischen angrenzenden Zahnreihen beträgt ungefähr 4 mm, wobei das Umreifungsband eine Dicke zwischen 0,81 mm und 0,96 mm hat. Bei einem solchen Umreifungsband haben die Zähne 150 auch in jeder Reihe vorzugsweise einen gleichmäßigen Abstand voneinander, wobei der Mittenab­ stand zwischen angrenzenden Zähnen in jeder Reihe etwa 2 mm beträgt.

Jeder Zahn hat allgemein die Gestalt eines länglichen, dreiseitigen Prismas, das durch zwei längliche, schräg verlaufende Seitenwände 155 (Fig. 9) und durch zwei schräg verlaufende Begrenzungswände 157 (Fig. 6) definiert wird.

Die Gestaltung, die Größe, die Orientierung, der Abstand und die Anzahl der Zähne 150 kann u. a. in Abhängigkeit von der Art des Umreifungsbandes, der Breite und der Dicke des Umreifungsbandes, von den Bearbeitungskräften, die dem Umreifungsband von den Bandangreifelementen auferlegt wird, variieren.

Es wird erkennbar, daß die Bandangreifelemente 21 und 22 wirkungsvoll und bequem in einem reibungsverschweißenden Umreifungsbandwerkzeug zur Formung einer Reibungsschweißverbindung eingesetzt werden können, genauso gut wie um die verbesserte Bandgestaltung an der Verbindung hervorzubringen, wobei die Gestaltung den Abziehwiderstand der Verbindung erhöhen wird. Wenn die Bandangreifelemente 21, 22 in dieser Weise eingesetzt werden, können passende, herkömmliche Bearbeitungsmittel verwendet werden, um die relative, vertikale Bewegung zwischen den Bandangreifelementen 21, 22 zwischen erstens der offenen Position (die das Einsetzen der überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ zwischen den Bandan­ greifelementen 21, 22 ermöglicht) und zweitens einer geschlossenen Position zu bewirken, wobei die Bandan­ greifelemente 21, 22 die überlappenden Bandlängen L₁ und L₂ gegeneinander pressen. Zu diesem Zwecke können die Arme 25 und der Hebelarm 27 (Fig. 3) mit einer herkömmlichen Vorrichtung betätigt werden. Verschiedene geeignete, herkömmliche Vorrichtungen sind in US 4 776 907, US 4 313 779 und US 3 442 732 beschrieben. Die Einzelheiten solcher Vorrichtungen sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Gleichermaßen können geeignete herkömmliche Antriebsvorrichtungen vorgesehen werden, um das erste Bandangreifelement 21 seitlich hin und her zu bewegen, wenn das Bandangreifele­ ment 21 an den überlappenden Bandteilen angreift, um so die Reibung für die Herstellung der Schweißverbindung zu erzeugen. Die Antriebsvorrichtung kann mit dem ersten Bandangreifelement 21 z. B. über den Arm 41 (Fig. 3) verbunden werden. Verschiedene herkömmliche Antriebsvorrichtungen in Form von Vibrationsantrieben für Bandangreifelemente sind in US 4 776 905, US 4 313 779 und US 3 442 732 offenbart. Die Einzelheiten solcher Vorrichtungen sind ebenfalls nicht Teil der vorliegenden Erfindung.

Nachdem genügend Wärme erzeugt worden ist, um die Berüh­ rungszone der überlappenden Bandteile aufzuschmelzen, wird die Vibrationsbewegung des Bandangreifelementes 21 beendet. Unter Umständen kann es wünschenswert sein, zu­ zulassen, daß die Vibrationsbewegung des Bandangreif­ elementes und daß der Vibrationsantrieb durch die Reibungskräfte, die in der Vorrichtung vor­ herrschen, und durch den Widerstand der aufgeschmolzenen Bandteile auf Null gedämpft werden. Andererseits hat sich herausgestellt, daß es unter Umständen und bei einigen Bandarten vorzuziehen ist, die Vibrationsbewegung des Bandangreifelementes 21 im wesentlichen augenblicklich zu beenden, indem der massigere Vibrationsantrieb sofort von dem weniger massiven Bandangreifelement getrennt wird. Zu diesem Zweck kann ein geeigneter, herkömmlicher Entkopplungsmechanismus und ein dazugehöriges Kontrollsystem vorgesehen werden.

Bei einigen Anwendungen und bei einigen Bandmaterialien kann es wünschenswert sein, den Druck auf die überlappenden Bandteile zu lösen, sobald eine genügende Dicke jedes Bandteils an der Berührungszone aufgeschmol­ zen worden ist. Wenn der Druck gelöst wird, während die Bandteile noch geschmolzen sind, müssen selbstverständ­ lich die Bandverbindungsteile gegenüber jeglicher Spannung, die auf andere Teile des Umreifungsbandes einwirken können, isoliert sein. Bei anderen Anwendungen kann der Druck auf die überlappenden Bandteile eine Zeitlang aufrechterhalten werden, um die geschmolzenen Bandteile abkühlen zu lassen und um diese wenigstens teilweise unter Druck festwerden zu lassen.

In der bevorzugten Form, wobei die Bandangreifelemente 21 und 22 dazu verwendet werden, eine Reibungsschweißverbindung mit Polyäthylen-Terephthalaten zu erzeugen, wobei das Band eine Grenzviskosität von 0,8, eine Dicke zwischen 0,81 mm und 0,96 mm und eine Breite von 16 mm hat, hat sich gezeigt, daß eine Verbindung, die einen verbesserten Abziehwiderstand hat, hergestellt wird, wenn das obere Bandangreifelement 21 bei 320 Hz, bei einer maximalen Amplitude von 1,8 mm unter einem Druck von 1,334 N über einen Zeitraum von 0,5 Sek vibriert wird. Die Bandteile sind während der Reibungsver­ schweißung und während eines Abkühlungszeitraumes von ungefähr 4 Sek, welcher unter Druck passiert, unge­ spannt. Das Bandangreifelement 21 war von dem Vibrationsantriebs am Ende des 0,5 Sek langen Vibrationszeitraumes abgekoppelt worden, so daß die Vibration des Bandes im wesentlichen augenblicklich beendet war. Die sich ergebende Schweißverbindung war 22 mm lang und hatte um ca. 5 mm versetzte im wesentlichen parallel verlaufende Nachlaufteile. Die Verbindung hatte eine dauerhaft verformte Gestalt, wie es in Fig. 2B gezeigt ist (nicht maßstabsgerecht).

Die Werte dieser Herstellungsparameter können in Ab­ hängigkeit von den gewünschten genauen Verbindungsmerk­ malen geändert werden. Zusätzlich kann die Änderung eines Parameters, z. B. des Druckes, die Änderung eines oder mehrerer Parameter (z. B. Vibrationsfrequenz oder -dauer) erfordern. Diese Parameter können sich außerdem in Abhängigkeit von, u. a. der Bandbreite, der Banddicke und den Merkmalen des Bandmaterials ändern.

Mit Bezug auf Fig. 5 wird man gewahr, daß die Bandan­ greifflächen 81 und 82 so eingerichtet sind, daß den Teilen der überlappenden Bandlängen L₁ und L₂, die sich über das linke (erste) Ende 121 des zweiten Bandangreif­ elementes 22 hinaus fortsetzen, eine im allgemeinen schräge Orientierung, von links nach rechts betrachtet aufwärts gerichtet, gegeben wird. Auch den Teilen der überlappenden Bandlängen L₁, L₂, die sich über das rechte (zweite) Ende 102 des ersten Bandangreifelementes 21 fortsetzen, wird im allgemeinen eine schräge Orientierung von links nach rechts betrachtet aufwärts gerichtet, gegeben. Dies führt zu den Bandlängennach­ laufteilen T₁ und T₂ an jedem Ende der Verbindungszone, die in einer Ebene parallel zu der Referenzebene R′ liegen, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Diese Orientierung, gekoppelt mit der nicht parallelen Aus­ richtung zu der Verbindungszone W der Verbindung, trägt, so hat man festgestellt, zur verbesserten Verbindungs­ festigkeit bei. Zusätzlich minimiert die oben beschriebene Orientierung die Höhe der Bandschleifen­ spannung, die aufgrund der Positionierung des zweiten Bandangreifelementes 22 auf der Innenseite der Umrei­ fungsbandschleife zwischen dem Umreifungsband und der Verpackung oder dem Gegenstand, welcher mit der Umrei­ fungsbandschleife zusammengebunden wird, verlorengeht.

Die bevorzugte Form der Bandangreifelemente 21 und 22, wie sie in den Fig. 3 und 9 dargestellt sind, sind für einen Gebrauch mit einem Umreifungsband, das eine Dicke hat, die zwischen ungefähr 0,81 mm und ungefähr 0,96 mm liegt, ausgelegt, so daß die Nachlaufteile des Bandes im ungespannten Zustand zueinander parallel aber mit einem Versatz zueinander von ungefähr 4,8 mm angeordnet sind, d. h., mit Bezug auf Fig. 2B, daß die Ebene C₁ des Nachlaufteils T₁ zu der Ebene C₂ des Nachlaufteils T₂ ungefähr 4,8 mm versetzt ist. Im allgemeinen wird bei der Formgebung der Umreifungsbandgestaltung eine Überkompensation verlangt, wenn die Verbindung der Umreifungsbandschleifenspannung unterworfen wird noch bevor der Schweißbereich vollständig auf Raumtemperatur abgekühlt ist.

Es ist festgestellt worden, daß der oben beschriebene Versatz der Verbindungsgestaltung einen Versatz von ungefähr zwei Banddicken ergibt, nachdem die Verbindung einer wiederholten Belastung und Entlastung von einer ungedämpften Spannkraft von 3500 N unterworfen worden ist.

Claims (3)

1. Reibschweißvorrichtung zur Herstellung eines Ver­ schlusses nach an einem biegsamen thermoplastischen Umreifungsband, - mit zwei gegeneinander wirkenden, zueinander komplementär geformten Bandangreifelementen, zwischen denen zwei sich gegenseitig überlappende Bandabschnitte des Umreifungsbandes aufnehmbar und zusammenpreßbar sind, wobei jedes Bandangreifelement eine konturierte Oberfläche aufweist und wobei eines der Bandangreifelemente mit einem Antrieb für die Reibschweißbewegung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (81, 82) der Bandangreifelemente (21, 22) in Bandlängsrichtung eine wellenförmige Krümmung, bestehend aus einem konvex gekrümmten Flächenabschnitt und einem konkav gekrümmten Flächenabschnitt aufweisen, wobei die durch einen Trennschnitt begrenzten Bandenden (E₁, E₂) der beiden überlappenden Bandabschnitte jeweils an dem konkav gekrümmten Flächenabschnitt der Bandangreifelemente (21, 22) anliegen, und daß das an den Reibschweißantrieb angeschlossene Bandangreifelement (21) in Querrichtung des Umreifungsbandes horizontal bewegbar ist.

2. Reibschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der konkave Flächenabschnitt der beiden Bandangreifelemente (21, 22) jeweils randseitig über den konvexen Flächenabschnitt des komplementären Bandangreifelementes hinaus vorsteht und der vorstehende Randabschnitt zu dem komplementären Bandangreifelement gekrümmt ist.

3. Reibschweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (81, 82) der Bandangreifelemente (21, 22) einen ebenen Flächenabschnitt (90) aufweisen, der zwischen dem konkaven und dem konvexen Flächenabschnitt angeordnet ist und in diese stetig übergeht.