DE4315067C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildung einer Schweiß- oder Siegelnaht bei einem thermoplastischen Hüllstoff - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung einer Schweiß- oder Siegelnaht bei einem thermoplastischen Hüllstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der EP 0 232 220 B1 bekannt. Das bekannte Verfahren betrifft die Ausbildung einer Längsschweißnaht oder Siegelnaht an einem Folienschlauch bei einer Schlauchbeutelmaschine. Hierbei wird aus einer von einer Rolle abgezogenen ebenen Folie aus thermoplastischem Material durch eine Formschulter ein Schlauch gebildet, der durch Längs- und Querschweißnähte zu einem Beutel geformt wird, der nach dessen Füllung vom Schlauchstrang abgetrennt wird. Die flexible Folie wird von der Vorratsrolle abgewickelt und zur Formschulter geführt, welche die Folie in eine im wesentlichen zylindrische Form um ein Füllrohr herum lenkt, das als Träger für den Folienschlauch während des Verschweißens bzw. Versiegelns des Schlauches dient.

Bei dem bekannten Verfahren wird dabei der Folienschlauch kontinuierlich über das Trägerrohr vorgeschoben und steht mit diesem auch an den zu verschweißenden Schlauchendbereichen in Kontakt. Der Schweiß- oder Siegelkopf wird während des Schlauchvorschubes mit gleicher linearer Geschwindigkeit wie der Schlauch in dessen Vorschubrichtung bewegt. Es versteht sich, daß durch den unmittelbaren Kontakt der zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden Materialbereiche mit dem Träger während des Schweiß- oder Siegelvorganges Nachteile in bezug auf die Qualität der Schweiß- bzw. Siegelnaht entstehen (beispielsweise besteht die Gefahr eines Anhaftens des Materiales am Träger), weil der beim Schweißen aufgeschmolzene Materialbereich unmittelbaren Kontakt mit dem Träger hat.

Der EP 0 165 818 B1 ist eine Folienantriebseinheit entnehmbar, bei der Unterdruck angewendet wird, um hiermit eine bessere Förderung von schlauchförmigem Material mit Hilfe von Riemen zu erreichen. Durch diesen Unterdruck soll das schlauchförmige Material gegen einen Riemen gehalten werden. Der beim Gegenstand dieser Veröffentlichung verwendete Schweißkopf tritt nicht in direkten Kontakt mit dem schlauchförmigen Material, sondern wird gegen den Riemen gepreßt. Der Schweißkopf ist stationär angeordnet und bewegt sich nicht mit der Geschwindigkeit des Schlauches. Der Innenraum des Schlauches steht unter Atmosphärendruck.

Die WO 82/01 359 A1 beschreibt die Förderung eines Schlauches mit Hilfe von Bändern, wobei im Bereich der Bänder Luft gegen die Innenseite des Schlauches geblasen wird, um in diesen Bereichen einen besseren Kontakt zwischen dem Schlauch und den Bändern herzustellen bzw. Reibung zwischen dem Schlauch und dem Träger zu reduzieren. Die Schweißeinrichtung ist hierbei nicht in dem Bereich der zur Ausbildung der Gaspolster dienenden Kammern vorgesehen.

Die zuletzt genannten beiden Veröffentlichungen haben die Zielsetzung, die Förderung des Schlauches zu verbessern, wobei dies dadurch erreicht wird, daß im Bereich der Fördermittel Unterdruck erzeugt bzw. von innen ein Gaspolster aufgebaut wird.

Aus der GB-PS 983 545 ist ein Verfahren zum Verschweißen einer Folie aus thermoplastischem Material, die um eine Packung gewickelt ist, bekannt. Die miteinander zu verschweißenden Abschnitte der Folie werden hierbei mit einer Seite einer erhitzten porösen Metallplatte in Kontakt gebracht, es wird ein Unterdruck an die andere Seite der erhitzten Platte gelegt, und der Druck wird entspannt und die Platte wird abgekühlt. Die Platte besteht hierbei aus Sintermetall, das eine Porösität in einem Bereich von 20 bis 50% aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Art zu schaffen, mit dem sich qualitativ besonders hochwertige Schweiß- oder Siegelnähte herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit ein direkter Kontakt des zum Schweißen bzw. Siegeln aufgeschmolzenen Materialbereiches mit dem Träger verhindert. Stattdessen wird im Schweiß- bzw. Siegelbereich zwischen Träger und dem zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden Materialbereichen ein permanentes Gaspolster ausgebildet, das einerseits für einen entsprechenden Abstand des zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden Materiales zum Träger sorgt, andererseits jedoch dem gegen das Material gepreßten Schweiß- oder Siegelkopf einen ausreichenden Widerstand entgegensetzt, so daß eine Schweiß- oder Siegelnaht mit einwandfreier Qualität hergestellt werden kann.

Wesentlich ist, daß das erfindungsgemäß vorgesehene Gaspolster eine Breite besitzt, die mindestens dem durch den Schweiß- bzw. Siegelvorgang aufgeschmolzenen Materialbereich entspricht. Geht man davon aus, daß der Schweiß- bzw. Siegelkopf eine Breite besitzt, die dem Überlappungsbereich der miteinander zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden Endbereiche des thermoplastischen Materiales entspricht, so sollte die Breite des Gaspolsters mindestens dem Überlappungsbereich des zu verschweißenden bzw. zu versiegelnden Materiales entsprechen. Bei einer breiteren Ausbildung des Gaspolsters wird noch besser sichergestellt, daß der aufgeschmolzene Materialbereich mit dem Träger in Kontakt tritt.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Gaspolster besteht vorzugsweise aus Luft, die auf einen entsprechenden Überdruck gebracht und über eine geeignete Leitung einer das Gas aufnehmenden Kammer zugeführt wird. Von dieser Kammer wird das Gas über eine Vielzahl von Kanälen gegen das zu verschweißende Material geblasen, wobei sich das entsprechende Gaspolster ausbildet. Dabei wird das Gas vorzugsweise senkrecht zur Materialebene auf dieses geblasen.

Bei einer Alternative kann die Anblasrichtung so gewählt sein, daß das Material gleichzeitig einen Bewegungsimpuls erhält, der die Materialförderung übernimmt bzw. diese unterstützt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der vorstehend angegebenen Art mit einem sich mit der Geschwindigkeit des Hüllstoffes bewegenden Schweiß- oder Siegelkopf und einem stationären Träger für den zu verschweißenden oder zu versiegelnden thermoplastischen Hüllstoff, insbesondere eine Schlauchbeutelmaschine. Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Quelle eines unter Überdruck stehenden Gases, eine im Bereich des Trägers und der auszubildenden Hüllstoffnaht angeordnete, das Gas aufnehmende Kammer, eine Leitung für das Gas zwischen Quelle und Kammer und eine Vielzahl von Gasdurchtrittskanälen zwischen der Kammer und der dem Hüllstoff benachbarten Trägeraußenseite aufweist.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist vorzugs­ weise als getaktete oder kontinuierlich arbeitende Schlauchbeutelmaschine ausgebildet. Dies schließt jedoch nicht aus, daß die Vorrichtung beispielsweise auch zum An­ einanderschweißen von ebenen Kunststoffolienbahnen verwen­ det werden kann. Bei dem Träger kann es sich daher um einen solchen mit ebener oder gekrümmter Oberfläche handeln, je nachdem, ob zwei Materialbahnen aneinandergeschweißt oder ein Materialschlauch zusammengeschweißt werden soll.

Anstelle einer Schweißung kann auch eine Siegelung statt­ finden, bei der eine auf das Material aufgetragene Schicht durch Wärmeeinwirkung verbunden wird. Nachfolgend wird der Einfachheit halber jedoch nur von Schweißen, Schweißnaht etc. gesprochen.

Wie erwähnt, wird für den Aufbau des Gaspolsters insbeson­ dere Luft verwendet. Je nach Anwendungsfall können auch an­ dere Gase, beispielsweise Inertgase oder auch reaktive Gase, eingesetzt werden, wobei letztere verwendet werden, wenn gleichzeitig auf den mit dem Gaspolster beaufschlagten Bereich des zu verschweißenden Materiales in irgendeiner Weise chemisch eingewirkt werden soll. Auch physikalische Einwirkungen durch das Gas sind möglich, beispielsweise um die dem Gaspolster zugewandte Seite des zu verschweißenden Materiales zu erwärmen.

Wie bereits erwähnt, soll das Gaspolster einen direkten Kontakt des zu verschweißenden Materialbereiches mit dem Träger verhindern, anderer­ seits jedoch den zu verschweißenden Materialbereich in ausreichender Weise abstützen, so daß der Schweißkopf beim Pressen gegen die Material­ bahn einen ausreichenden Widerstand erhält. Der entsprechende Überdruck des für den Aufbau des Gaspolsters verwendeten Gases ist dabei so zu be­ messen, daß er den vorstehenden Anforderungen genügt, wobei die jeweils vorhandenen Gegebenheiten zu berücksichtigen sind. Beispielsweise sollte das für den Aufbau des Gaspolsters verwendete Gas unter einem Druck von 4 bis 6 bar stehen, mit dem die Gaskammer beaufschlagt wird.

Die das Gas aufnehmende Kammer ist im Bereich des Trägers angeordnet, d. h. vorzugsweise in demselben, beispielsweise in einer Trägerplatte oder innerhalb der Wandung eines Trägerrohres. Bei sehr dünn ausgebildeten Trägern kann die Kammer beispielsweise auch auf der vom Material abgewandten Seite des Trägers ausgebildet sein, wobei sich in diesem Fall die Vielzahl der Gasdurchtrittskanäle durch die gesamte Wandstärke des Trägers erstreckt. Im ersten Fall, wo die Kammer innerhalb des Trägers angeordnet ist, sind die entsprechenden Gasdurchtrittskanäle kürzer.

Die Gasdurchtrittskanäle können durch Bohrungen im Träger gebildet sein. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Vielzahl der Gasdurchtrittskanäle durch die Poren eines Sintermetalls gebildet ist, das zwischen der das Gas aufnehmenden Kammer und dem zu verschweißenden Material angeordnet ist, d. h. die dem Material zugewandte Außenseite des Trägers bildet. Es versteht sich, daß die Außenseite des Sintermetalleinsatzes in einer Ebene mit der Außenseite des übrigen Trägermaterials liegt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines Teils einer Vertikalschlauchbeutel­ maschine mit Formschulter und Füllrohr;

Fig. 2 eine um 90° gegenüber Fig. 1 gedrehte Ansicht der gleichen Teile der Vertikalschlauchbeutelmaschine;

Fig. 3 einen Horizontalschnitt entlang der gekennzeichneten Linie in Fig. 2; und

Fig. 4 ein vergrößertes Detail des Horizontalschnittes der Fig. 3.

Bei der in den Figuren dargestellten Vorrichtung handelt es sich um eine kontinuierlich arbeitende Vertikalschlauchbeutelmaschine, die ein bevorzugtes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Es sind lediglich die Teile der Maschine beschrieben, die für den Erfindungsgegenstand relevant sind.

Bei der Maschine wird in üblicher Weise eine von einer Rolle abgezogene ebene Folie aus Kunststoffmaterial durch eine Formschulter 1 zu einem Schlauch geformt, der durch Längs- und Querschweißnähte zu einem Beutel geformt wird, der nach dessen Füllung vom Schlauchstrang abgetrennt wird. Die Formschulter 1 lenkt die ebene Folie in eine im wesentlichen zylindrische Form um ein Füllrohr 2 herum, das gleichzeitig als Träger für den gebildeten Folienschlauch dient. Der Folienschlauch muß an seinen sich überlappenden Enden am Mantel durch eine Längsnaht geschlossen werden, was durch einen Schweißkopf 4 in der Form einer Schweißbacke erfolgt.

Der Schweißvorgang erfolgt während des Transportes des Folienschlauches über das Trägerrohr 2, der mit Hilfe von geeigneten Anpreßrollen (nicht gezeigt) durchgeführt wird. Zur Durchführung des Schweißvorganges bewegt sich der Schweißkopf 4 mit der gleichen konstanten Geschwindigkeit wie der Folienschlauch, so daß zwischen beiden Teilen keine Relativbewegung stattfindet. Dabei bewegt sich der Schweißkopf an die Folie heran, zusammen mit dieser entlang dem Trägerrohr 2 und wieder von der Folie weg.

Wie Fig. 3 zeigt, ist im Trägerrohr 2 im Bereich der sich überlappenden Enden des Folienschlauches 7 ein Längsstreifen 3 aus einem geeigneten Sintermetall ausgebildet. Der Längsstreifen besitzt eine Länge, die der Bewegung des Schweißkopfes 4 zur Durchführung des Schweißvorganges entlang dem Trägerrohr 2 entspricht oder größer als diese ist. In der Breite deckt der Sintermetallstreifen 3 den zu schweißenden Bereich des Folienschlauches 7 ab, d. h. erstreckt sich bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über den Überlappungsbereich der Schlauchenden, was auch etwa der Breite des Schweißkopfes 4 entspricht.

Der in das Trägerrohr 2 eingelassene Sintermetallstreifen 3 weist eine Oberfläche auf, die der Krümmung des Trägerrohres entspricht, so daß ein glatter Übergang zwischen dem Trägerrohr und dem Streifen gegeben ist.

Hinter dem Sintermetallstreifen 3, d. h. auf der von der Folie abgewandten Seite der Trägerrohrwandung, befindet sich eine Luftkammer 6, die entweder vollständig in der Trägerrohrwandung angeordnet ist, wie in Fig. 4 gezeigt, oder durch einen geeigneten luftundurchlässigen Mantel abgeschlossen ist, wie in Fig. 3 gezeigt. Die entsprechende Luftkammer 6 ist in größerem Maßstab in Fig. 4 dargestellt. Sie dient zur Ausbildung eines permanenten Luftpolsters, das dadurch entsteht, daß der Luftkammer 6 zugeführte, unter Überdruck stehende Luft durch den porösen Sintermetallstreifen 3 zur Außenseite des Trägerrohres hin entweicht und dabei zwischen dem Folienschlauch 7 und der Außenseite des Sintermetallstreifens 3 ein Luftpolster aufbaut, das einen direkten Kontakt des durch die Schweißung aufgeschmolzenen Folienbereiches mit der Oberfläche des Trägerrohres verhindert.

Die unter Überdruck stehende Luft wird von einer geeigneten Quelle (nicht gezeigt) über eine Leitung 5 in die sich unter dem Sintermetallstreifen 3 befindende langgestreckte Luftkammer 6 eingeführt. Da bei der hier dargestellten Vertikalschlauchbeutelmaschine das Trägerrohr 2 gleichzeitig als Füllrohr für die einzelnen Folienbeutel dient, muß der Innenraum des Trägerrohres 2 im wesentlichen zur Durchführung der Füllung freibleiben. Die Luftkammer 6 muß in Verbindung mit dem Sintermetallstreifen 3 mindestens so lang sein, wie sich der Schweißkopf 4 zur Durchführung der Schweißung entlang dem Trägerrohr 2 bewegt.

Allgemein sei noch erwähnt, daß für die Erfindung auch andere Sintermaterialien als Sintermetalle verwendet werden können. So haben sich insbesondere keramische Materialien und PTFE als besonders geeignet erwiesen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich ferner als besonders geeignet erwiesen für die Schweißung bzw. Siegelung von Umlegenähten, da in diesen Fällen besonders hohe Schweißdrücke benötigt werden. Solche Umlegenähte sind bei asymmetrischen Verbundfolien vorhanden. In einem solchen Fall werden daher drei übereinander angeordnete Folienbereiche miteinander verschweißt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bildung einer Schweiß- oder Siegelnaht bei einem thermoplastischen Hüllstoff durch Anpressen eines sich mit der Geschwindigkeit des Hüllstoffes be­ wegenden Schweiß- oder Siegelkopfes gegen zwei sich überlappende Endbereiche des durch einen stationären Träger gestützten Hüllstoffes, insbesondere zur Bil­ dung der Längsschweiß- oder Siegelnaht bei einem Folienschlauch einer Schlauchbeutelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß an der Trägerseite des Hüllstoffes im Bereich der auszubildenden Naht ein unter Überdruck stehendes Gas zur Ausbildung eines Gaspolsters gegen den Hüllstoff geblasen und der Schweißvorgang gegen das gebildete Gaspolster durchgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit einem sich mit der Geschwindigkeit des Hüllstoffes bewegenden Schweiß- oder Siegelkopf und einem stationären Träger für den zu verschweißenden oder zu versiegelnden thermoplastischen Hüllstoff, insbesondere Schlauchbeutelmaschine, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie eine Quelle eines unter Überdruck stehenden Gases, eine im Bereich des Trägers (2) und der auszubildenden Hüllstoffnaht angeordnete, das Gas aufnehmende Kammer (5), eine Leitung (5) für das Gas zwischen Quelle und Kammer (6) und eine Vielzahl von Gasdurchtrittskanälen zwischen der Kammer (6) und der dem Hüllstoff (7) benachbarten Trägeraußenseite auf­ weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Gasdurchtrittskanäle durch eine Vielzahl von Bohrungen im Träger gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Gasdurchtrittskanäle durch die Poren eines Sintermetalls (3) gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gas aufnehmende Kammer (6) innerhalb des Trägers (2) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2) als Trägerrohr und die das Gas aufnehmende Kammer (6) innerhalb der Rohrwandung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das Gas aufnehmende Kammer (6) auf der vom Hüllstoff abgewandten Seite des Trägers (2) durch einen gasdichten Mantel geschlossen ist.