DE4121427C2 - Verfahren zur Herstellung einer Schweissnaht für Tubenrohre - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Schweissnaht für TubenrohreInfo
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- B29C66/733—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence
- B29C66/7336—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the optical properties of the material of the parts to be joined, e.g. fluorescence, phosphorescence at least one of the parts to be joined being opaque, transparent or translucent to visible light
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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.
Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung von Tuben, insbesondere
Tubenkörpern aus Folie, d. h. Verbundfolie, bekannt, bei dem zur
Meidung der Berührung des Packgutes mit einer zum Tubeninneren
gerichteten Schnittkante eines Randabschnittes dieser vor
Verschweißung durch ein Folienband eingefaßt, d. h. bedeckt
wird. Bei nach diesem Verfahren hergestellten Produkten ist
durch das Überdecken des Randabschnittes mit Schnittkante eine
Packgutkontamination wirksam vermieden, nicht gelöst ist das
Problem der Extrusionen und die Dicke einer praktisch aus vier
Folienlagen bestehenden Naht.
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. 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 zeigt
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, daß 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. Der Riemen 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 Figur 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 Verpackungstuben durch Umformung
einer aus schweißbaren Kunststoffen gebildeten Folienbahn
zu einem Rohr, Übereinanderlegen je eines zur
Rohrinnenseite und Rohraußenseite gerichteten
Randabschnittes (14, 16) der Folienbahn und Verschweißung
der Randabschnitte unter Anwendung von Wärme und Druck zu
einer Schweißnaht, wobei es vor der Verschweißung auf dem
zum Rohrinneren gerichteten Randabschnitt (16) ein die
Schnittkante (20) dieses Randabschnittes (16) bedeckender
Abdeckfolienstreifen (21) aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Abdeckfolienstreifen (21)
so auf die Innenseite (10) des zum Rohrinneren gerichteten
Randabschnittes (16) aufgebracht wird, daß er die
Schnittkante (20) dieses Randabschnittes überragt und daß
anschließend während der Verschweißung die Abdeckfolie
(21) mit dem Randabschnitt (16) und der Innenseite (10) des
zur Rohraußenseite gerichteten Randabschnittes (14)
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.
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