DE4121427A1 - Verfahren zur herstellung einer schweissnaht fuer tubenrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1.

Rohre für Verpackungstuben werden zumeist aus mehr­ schichtigen Kunststoffolien, auch Laminate genannt, hergestellt. Die Herstellung erfolgt durch Umformung eines Folienstreifens oder einer Folienbahn zu einem Rohr, Übereinanderlegen von Randabschnitten der Bahn und Verschweißen der Randabschnitte unter Anwendung von Wärme und Druck zu einer in Längsrichtung des Rohres verlaufenden Schweißnaht.

Schichten eines Laminates haben verschiedenen Anfor­ derungen zu genügen. So muß die das Rohräußere bil­ dende Schicht zur Bedruckung geeignet sein, während die das Rohrinnere bildende Schicht chemisch neutral gegen in einer Tube aufgenommenem Verpackungsgut zu sein hat. Verpackungsgüter mit flüchtigen Aromastof­ fen bedingen zur Tubenrohrherstellung diffusionshem­ mende Laminate. Diese Laminate weisen zwischen zwei Kunststoffschichten eine diffusionshemmende Schicht, eine sogenannte Sperrschicht auf. Die Sperrschichten sind meist aus Aluminium-Folie gebildet, auf die beidseits vermittels Kunststoff-Haftschichten Kunst­ stoffolien aufgebracht sind.

Bei Bildung der Schweißnaht ist nicht mit Sicherheit auszuschließen, daß sich lokal Ausquetschungen, so­ genannte Extrusionen bilden, die mit der inneren Kunststoff-Schicht nicht verbunden sind, und bei Be­ füllung der Tube ihre Verbindung zu einem Folienrand verlieren und somit das Füllgut verunreinigen. Bei Laminaten mit Sperrschichten tritt zu Extrusionen der weitere Nachteil hinzu, daß die dem Tubeninneren zu­ gekehrten Schichten der Ränder vielmals ungenügend abgedeckt sind und mit dem Packgut in Berührung kom­ men. Da die metallische Sperrschicht und die haftver­ mittelnden Schichten gegenüber Packgut zumeist nicht chemisch neutral sind, besteht die Gefahr einer che­ mischen Packgutveränderung oder Kontamination.

Bekannt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung einer Rohrnaht unter Anwendung von Wärme und Druck, mit dem diese Nachteile vermieden sind. Nach dem Verfahren wird ein Folienrand schräg beschnitten, so daß die innere Schicht die übrigen Schichten überragt und die überragende Schicht wird mit der in­ neren Schicht durch Ineinanderfließen verbunden, so daß die übrigen Schichten des beschnittenen Randes überdeckt sind. Zum Zwecke des Ineinanderfließens weist die Vorrichtung, d. h. das Formwerkzeug eine Ausnehmung auf, die das Ineinanderfließen in der Ausnehmung unter Formung einer durchgehend geschlos­ senen Naht bewerkstelligt. Mit diesem bekannten Ver­ fahren und mit der zur Durchführung des Verfahrens bekannten Vorrichtung sind die Probleme der Packgut­ verunreinigung durch Extrusion und der chemischen Packgutveränderung durch Kontakt mit chemisch gegen­ über dem Packgut nicht neutralen Schichten weitgehend gelöst, so daß so hergestellte Tuben bezüglich des Packgutes sehr hohen Reinheitsanforderungen genügen. Die so gebildeten Schweißnähte sind allerdings im Verhältnis zur Wandstärke der Tubenrohre relativ dick, was den Bedienungskomfort eines Tubenrohres im Bereich der Schweißnaht merklich beeinträchtigt. Aus einer Beeinträchtigung dieser Art zieht der Durch­ schnittskonsument aus seinen Erfahrungen und Gewohn­ heiten im Umgang mit Verpackungstuben Rückschlüsse bezüglich der Qualität des Packgutes, dies verstärkt durch den Umstand, als Schweißnähte der genannten Art auf der Tubenaußenseite ein herkömmliches, kon­ sumentenvertrautes Erscheinungsbild zeigen. Hiervon ausgehend hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißnaht für Tubenrohre zu schaffen, das die Vorteile des Verfah­ rens der eingangs genannten Art auf sich vereinigt, jedoch eine Schweißnahtgestaltung gestattet, bei der die Beeinträchtigung des Bedienungskomforts einer Tube vermieden ist und die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Überdeckung der dem Tubeninneren zugekehrten Schweißnahtseite vermittels einer Folie kann die Dicke einer Schweißnaht in herkömmlichen Bemessungen gehalten werden, so daß Bedienungsbeeinträchtigungen vermie­ den sind. Gleichzeitig deckt die Folie chemisch ge­ genüber dem Packgut nicht neutrale Laminatschichten ab und Extrusionen werden vermittels der Folie befe­ stigt, so daß eine so gebildete Tube auch einen ho­ hen Reinheitsgrad des Packgutes gewährleistet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung kennzeichnen die Merkmale der dem Patentanspruch 1 folgenden Ansprüche.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der Be­ schreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 die sich überlappenden Ränder einer mehrsichtigen Folie im Querschnitt mit Ab­ deckfolie vor der Verschweißung,

Fig. 2 den Aufbau einer mehrschichtigen Folie,

Fig. 3 die zwischen zwei als Werkzeuge dienenden Bändern herzustellende Naht im Querschnitt,

Fig. 4 eine fertige Naht im Querschnitt,

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schemati­ schen Seitenansicht,

Fig. 6 einen Rohrbildungsbereich der Vorrichtung nach Fig. 5 in einem gegenüber Fig. 5 vergrößertem Maßstab,

Fig. 7 den Rohrbildungsbereich im Querschnitt,

Fig. 8 ein Detail nach Fig. 7.

Die Fig. 1 zeigt zwei sich überlappende Ränder 14, 16 einer mehrschichtigen Folie, beispielsweise für eine herzustellende Naht eines Tubenrohres für eine Ver­ packungstube. Beide Folienränder weisen eine Innen­ seite 10 und eine Außenseite 12 auf. Die Innenseite 10 ist dem zu verpackenden Gut zugekehrt. Bei der dargestellten Anordnung liegt die Innenseite 10 des einen Randes 14 auf der Außenseite 12 des anderen Randes 16. Die Kanten 18 und 20 der Ränder 14 und 16 sind gerade geschnitten. Mit 21 ist die Abdeckfolie bezeichnet, die bei Bildung der Schweißnaht mit der innenliegenden Schicht 6 der Ränder 14, 16 d. h. dem Tubeninneren verschweißt wird.

Die Fig. 2 zeigt den äußeren Rand 14 in einem Maßstab von 100:1, um die Erläuterungen der einzel­ nen Schichten zu erleichtern. Die äußere Schicht 1 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, bei­ spielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder aus deren Copolymeren. Die zweite Schicht 2 besteht aus Papier, um der Folie die gewünschte Steifigkeit zu verleihen. Die dritte Schicht 3 ist eine Kunststoff- Haftschicht, um eine sichere Verbindung zur vierten Schicht 4 herzustellen, welche aus Aluminium besteht. Die Aluminiumschicht 4 dient insbesondere zur Erzie­ lung der gewünschten Elastizität und gegebenenfalls auch als Diffusionsbarriere. Auf der anderen Seite der Aluminiumschicht 4 befindet sich wiederum eine Kunststoff-Haftschicht 5, um eine sichere Verbindung zwischen der Aluminiumschicht 4 und der inneren Schicht 6 herzustellen. Die innere Schicht 6 ist wie­ derum aus einem thermoplastischen Kunststoff, welcher ebenfalls wie die äußere Schicht 1 schweißbar ist. In ihrer Beschaffenheit kann sich die innere Schicht 6 jedoch von der äußeren Schicht 1 unterscheiden. Die innere Schicht 6 kann beispielsweise transparent sein, während die zum Bedrucken bestimmte äußere Schicht 1 vorzugsweise eingefärbt ist.

Die Fig. 3 zeigt die Abdeckfolie 21 und die sich überlappenden Ränder 14, 16 nach der Fig. 1 zwischen zwei als Werkzeug dienenden Bändern 22 und 26. Das innere Band 22 ist ein Stahlband, während bei der Verschweißung eines Laminates mit metallischer Sperrschicht das äußere Band 26 aus einem nichtme­ tallischen Werkstoff besteht. Wird ein Laminat ohne metallische Sperrschicht verschweißt, so ist das äußere Band 26 vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff. Die Bänder 22 und 26 sind durch die in den Fig. 5 und 6 dargestellten Mittel umlaufend angetrie­ ben, so daß die Verbindung der beiden Folienränder 14 und 16 und der Abdeckfolie 21 endlos und kontinu­ ierlich erfolgt.

Die Schweißwärme wird bei Verarbeitung eines Lamina­ tes mit metallischer Sperrschicht in den beiden sich überlappenden Aluminiumschichten 4 (Fig. 2) mittels Hochfrequenz induktiv erzeugt. Zur Unterstützung ist das innere Band 22 zudem vorgeheizt. Die unmittelbar aufgeheizten Aluminiumschichten 4 beider Ränder geben Wärme an die benachbarten Kunststoffschichten ab, insbesondere an die beiden Haftschichten 3 und 5 und darüber hinaus auch an die thermoplastische Kunst­ stoffschicht 6, welche die innere Schicht bildet und mit der inneren Schicht des gegenüberliegenden Randes zu verschweißen ist, sowie an die Abdeckfolie 21 wo­ bei die Abdeckfolie 21 sich während des Schweißvorganges unter Einwirkung von Wärme und Druck mit der inneren Kunststoffschicht 6 verbindet. Auf die äußere Kunststoffschicht 1 wird durch die aufgeheizte Aluminiumschicht 4 vergleichsweise wenig Wärme über­ tragen, da die zwischenliegende Papierschicht 2 iso­ lierend wirkt. Durch die intensivere Aufheizung der innenliegenden Kunststoffschichten 6 beider Ränder 14 und 16 und der Abdeckfolie 21 erfolgt eine innige Schweißverbindung.

In der Fig. 4 ist die fertige Verbindung im Quer­ schnitt dargestellt. Es ist daraus ersichtlich, daß die thermoplastische Kunststoffschicht 1 des innen­ liegenden Randes 16 im Bereich der Schnittkante 20 und damit verbunden auch die beiden Haftschichten 3 und 5 (Fig. 2) zu einem zipfelartigen Teil 28 heraus­ gequetscht wurden. Dieser zipfelartige Teil 28 ist jedoch von der Abdeckfolie 21 abgedeckt.

Die äußere Kunststoffschicht 1 beider Ränder 14 und 16 ist ebenfalls zu einer durchgehenden Schicht zu­ sammengeflossen, und zwar insbesondere durch den auf die Schicht 1 des äußeren Randes 14 vom Außenband 26 ausgeübten Druck. An der Schnittkante 18 des äußeren Randes 14 wurde ein zipfelartiges Teil 30 der Haftschichten 3 und 5 (Fig. 2) herausgepreßt, wel­ ches in die Schicht 1 eingedrungen ist, ohne diese jedoch zu unterbrechen.

Als Abdeckfolien 21 kommen schweißbare Kunststoff- Folien gleicher oder vergleichbarer chemischer Zusam­ mensetzung wie die innere Schicht 6 in Betracht. So­ fern die Abdeckfolie 21 als ein Laminat ausgebildet ist, ist bei den Laminatschichten darauf zu achten, daß diese chemisch neutral gegenüber dem Packgut sind. Für die Dicke der Abdeckfolie kommen Bemessun­ gen in Größenordnungen zwischen 50 µm und 200 µm, vorzugsweise zwischen 60 µm und 80 µm in Betracht <µm=Mümeter).

Die Abdeckfolie soll die Schweißnaht mindestens ein­ seits mit einem Überstand H von 1 bis 6 mm, vorzugs­ weise 2 bis 4 mm überragen. Gezeigt hat sich das bei einem Überstand H in den genannten Größenordnungen, Extrusionen bei der Verschweißung der Ränder 14, 16, einschließlich Ausquetschungen mit dem Packgut nicht verträglicher Laminatmaterialien aufgefangen und Extrusionen bei der Verbindung der Abdeckfolie 21 mit der inneren Schicht 6 vermieden werden, und eine vollständige Überdeckung chemisch gegenüber dem Packgut nicht neutraler Schichten gewährleistet ist.

Der in der Fig. 5 schematisch dargestellten Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens wird in Richtung A ein von einer nicht dargestellten Vorratsrolle ab­ gezogenes Folienband 38 zugeführt. Die dem Tubeninne­ ren zuzukehrende Kunststoffschicht 6 ist bei der Zu­ führung nach oben gerichtet, während die das Tubenäußere bildende Schicht 1 nach unten gerichtet ist. In der Vorrichtung wird das Folienband 38 um eine sich in seiner Längsrichtung erstreckende Achse kontinuierlich zu einem Rohr 37 mit sich überlappen­ den Rändern aufgerollt, die unter Druck und Wärmeein­ wirkung miteinander verschweißt werden. Zum Aufrol­ len des Folienbandes dient ein unterhalb der Folien­ bahn 38 angeordneter, umlaufend angetriebener Riemen 27. Mittels seitlichen Führungselementen 28 wird der Riemen 27 an seinen beiden Rändern nach oben gewölbt, um das auf ihm ruhende Folienband 38 um einen sich in Längsrichtung oberhalb des Riemens 27 erstreckenden Dorn 30 aufzurollen.

Die sich dabei überlappenden Ränder des Folienbandes werden zwischen dem Innenband 22 und dem Außenband 26 aufeinandergepreßt. Das Innenband 27 erstreckt sich entlang des genannten Dornes 30 innerhalb des zu bildenden Tubenrohres bis zu einer Umlenkrolle 29, so daß es innerhalb des gebildeten Tubenrohres 37 zurückgeführt wird. Bevor das Innenband 22 über eine Führungsrolle 31 in den Rohrbildungsbereich 32 ge­ langt, wird es in seiner Führungsbahn mittels einer Vorrichtung 33 induktiv vorgewärmt. Zur Erzeugung der Schweißwärme dient eine Verschweißvorrichtung 34, welche im Falle einer metallischen Sperrschicht in der Folie beispielsweise die Aluminiumfolie im Foli­ enband 38 induktiv mittels Hochfrequenz aufheizt, wo­ bei der Druck auf die Ränder 14, 16 über den senk­ rechten Abstand der Bänder 22 und 26 einstellbar ist. Im Anschluß an den Verschweißvorgang wird das zugeschweißte Tubenrohr 37 mittels eines Kühlbandes 35 zur Erhöhung der Produktionsleistung abgekühlt. Im Falle reiner Kunststoffolien, also Folien ohne metal­ lische Laminatkomponenten werden zum Eintrag der Schweißwärme die Bänder 22, 26 aufgeheizt, dies durch Hochfrequenz und/oder Kontaktwärmeübertragung vermittels Heizelementen. In Richtung B verlassen die längsseitig zugeschweißten und durch nicht darge­ stellte Mittel vereinzelten Tubenrohre 37 (in Fig. 6 gestrichelt dargestellt) die Vorrichtung.

Aus der Fig. 6 ist ersichtlich, wie das Innenband 22 im Rohrbildungsbereich 32 entlang des Dornes 30 bis zur Umlenkrolle 29 und zurück geführt ist. Der obere Trum 22′ des Innenbandes 22 liegt auf dem Dorn 30, während der untere Trum 22′′ in einer im Dorn 30 angeordneten Längsnut 36 geführt ist.

Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt des Rohrbildungs­ bereiches 32 im Bereich eines seitlichen Führungselementes 28 des aufgerollten Riemens 27. Aus dieser Fig. ist deutlich erkennbar, wie der obere Trum 22′ des Innenbandes 22 auf dem Dorn 30 geführt ist, während der untere Trum 22′′ innerhalb der Nut 36 geführt ist.

Die Fig. 8 zeigt den Rohrbildungsbereich 32 im Quer­ schnitt, mit einer zwischen Innenband 22 und Rand 16 angeordneten, auf dem Innenband aufliegenden Abdeck­ folie 21. Die Rohrnaht ist durch die sich überlappen­ den Ränder 14 und 16 des Tubenrohres 37 gebildet.

In den Fig. 5 und 6 ist mit 39 eine Vorratsrolle be­ zeichnet, von der die Abdeckfolie 21 abgezogen um eine Umlenkrolle 40 umgelenkt und von der Umlenkrolle 40 auf dem Innenband 22 abgelegt wird. Die Abdeckfo­ lie 21 liegt auf dem Innenband 22 auf, während die Ränder 14, 16 von dem Riemen 27 unter Bildung des Tu­ benrohres 37 übereinander positioniert werden und zwischen den Bändern 22 und 26 unter kontinuierlichem Vortrieb letzterer verschweißt werden. Während der Verschweißung wird auch die Abdeckfolie 21 auch un­ ter Wärmeeinwirkung des Innenbandes 22 mit der inne­ ren Kunststoffschicht 6 des Tubenrohres 37 verschweißt. Da zum Zeitpunkt der Verschweißung die Abdeckfolie 21 mit der Kunststoffschicht 6 des Tuben­ rohres 37 eine Verbindung eingeht und das Tubenrohr 37 kontinuierlich vorgetrieben wird, wird die Abdeck­ folie 21 zwangsläufig mit gleicher Geschwindigkeit, d. h. synchron von der Vorratsrolle 39 abgezogen, so daß für die Förderung der Abdeckfolie keine geson­ derten Vortriebs - oder Führungseinrichtungen notwen­ dig werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung einer Schweißnaht für Tubenrohre, insbesondere Tubenrohre für Verpac­ kungstuben durch Umformung einer aus schweißbaren Kunststoffen gebildeten Folienbahn zu einem Rohr mit Rohrinnenseite und Rohraußenseite, Übereinanderlegen je eines zur Rohrinnenseite und Rohraußenseite gerichteten Randabschnittes der Folienbahn und Verschweißung der Randab­ schnitte unter Anwendung von Wärme und Druck zu einer Schweißnaht dadurch gekennzeichnet, daß vor der Verschweißung auf dem zum Rohrinneren gerichteten Randab­ schnitt ein Abdeckfolienstreifen eine Schnitt­ kante des Randabschnittes überragend aufgebracht und anschließend während der Verschweißung die Abdeckfolie mit dem Randabschnitt und dem Rohrin­ neren verbunden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verschweißung zwischen zwei gleichgerichtet endlos umlaufenden Bändern er­ folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Schweißwärme durch Aufheizung der Bänder erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schweißwärme durch Aufheizung einer metallischen Sperrschicht in der Folienbahn erzeugt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schweißwärme in­ duktiv erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Druck durch eine senkrechte Abstandseinstellung zwischen den Bän­ dern vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie auf den zur Rohrinnenseite gerichteten Randabschnitt mit einem Überstand von 1 mm bis 6 mm, vorzugs­ weise 2 mm bis 4 mm aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Abdeckfolie mit einer Dicke von 50 µm bis 200 µm, vorzugsweise 60 µm bis 80 µm aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckfolie durch Verschweißung mit dem Rohrinneren synchron mit der Folienbahn gefördert wird.