Die Erfindung betrifft ein Heißsiegelgerät zum Verbinden heiß
siegelfähiger Lagen aus Papier oder dergleichen, d. h. insbeson
dere auch Kunststoffolien, beschichtete Papiere, Pappe etc.
miteinander zu einem Verbund. Heißsiegelgeräte dieser Art wei
sen eine einen Transportpfad für die Lagen definierende Förder
vorrichtung und eine entlang des Transportpfades angeordnete
Siegelvorrichtung mit mindestens einem Siegelbacken auf.
An die Heißsiegelgeräte ist die Forderung zu stellen, daß sie
in der für die Siegelung zur Verfügung stehenden Zeit aus
reichend Wärmeenergie auf die miteinander zu verbindenden Lagen
aufbringen und gleichzeitig den gegebenenfalls erforderlichen
Druck ausüben, so daß eine sichere Verheftung der Lagen mitein
ander erzielt wird.
Besonders wichtig ist eine sichere Verheftung der Lagen mitein
ander bei sogenannten Datenmailern in denen beispielsweise per
sönliche Daten, die dem Datenschutz unterliegen, in Form von
Einblattbriefen versandt werden.
Problematisch hat es sich bislang ferner erwiesen, daß sich an
den Siegelwerkzeugen häufig ein Druckfarbenabrieb einstellt so
wie Kleberabrieb und Papierabriebanteile abgelagert werden, die
zu einer Störung des Siegelvorganges führen.
Diesem Problem wurde versucht mit hochpolierten Nickelflächen
beizukommen oder auch PTFE-beschichteten Siegeloberflächen, wo
bei die Nickeloberfläche sich als nicht ausreichend in ihren
Antihafteigenschaften erwiesen hat und andererseits die PTFE-
Beschichtung sich als bei weitem nicht abriebbeständig genug
erwiesen hat. Insbesondere für den an sich wünschenswerten kon
tinuierlichen Siegelvorgang, d. h. einem nicht taktweisen Arbei
ten, zeigten sich die PTFE-Beschichtungen der Siegeloberflächen
in keiner Weise gewachsen.
Aus der DE-U 87 08 719 ist ein Siegelbacken zur rastermäßigen
Verschweißung von Kunststofflagen bei der Herstellung von
Kunststofftragetaschen bekannt. Die Kontaktfläche des
Siegelbackens ist entsprechend einem vorgegebenen Raster
profiliert. Die profilierte Kontaktfläche ist mit einer PTFE-
Folie abgedeckt, um ein Ankleben des Schweißgutes zu vermeiden.
Die Verschweißung der Kunststofflagen geschieht im
Taktverfahren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein ver
bessertes Gerät zum Heißsiegeln von Papierlagen oder der
gleichen miteinander vorzuschlagen, bei dem gleichzeitig eine
lange Lebensdauer der Siegeloberflächen gewährleistet und eine
Stabilität der Siegeloberfläche gegeben ist, die eine konti
nuierliche anstelle der taktweisen Verarbeitung der Lagen er
möglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sie
gelbacken eine dem Transportpfad zugewandte Siegeloberfläche
umfaßt, welche zu 5 bis 60% von einem verschleißfesten, insbe
sondere abriebfesten Material und im übrigen von einem Material
mit guten Gleiteigenschaften gebildet ist. Unter guten Gleitei
genschaften sind insbesondere gute Antiadhäsionseigenschaften
zu verstehen.
Erstaunlicherweise hat sich herausgestellt, daß ein an sich
verschleißanfälliges, insbesondere abriebanfälliges Material,
welches gute Gleiteigenschaften aufweist, bereits dann eine we
sentlich höhere Abriebbeständigkeit zeigt, wenn ca. 5% der Sie
geloberfläche von einem verschleißfesten, insbesondere abrieb
festen Material gebildet werden und so die verschleißanfälli
geren Oberflächenbereiche vor einem zu schnellen Abtrag
schützt. Unterhalb eines Flächenanteiles von 5% wird der Effekt
der Stabilisierung der Siegeloberfläche so klein, daß ein
nennenswerter wirtschaftlicher Nutzen nicht mehr gegeben ist.
Oberhalb von 60% der Oberfläche wird der Anteil der Materialien
an der Oberfläche, welche gute Gleiteigenschaften aufweisen, zu
gering um ein störungsfreies Gleiten der Papierlagen durch das
Gerät noch sicherstellen zu können.
Als verschleißfeste Materialien kommen insbesondere Nickel,
Edelstahl oder Keramikschichten zum Einsatz, wobei jedoch auch
andere verschleißfeste Materialien, die mit einer relativ glat
ten Oberfläche hergestellt werden, in Frage kommen. An dieser
Stelle seien insbesondere im Flamm- oder Plasmaspritzverfahren
erzeugte Keramikschichten, beispielsweise Cr₂O₃, Al₂O₃,
Al₂O₃/TiO₂, Cr₃C₂/NiCr, erwähnt.
Das Material, das gute Gleiteigenschaften aufweisen soll, wird
insbesondere in Form von PTFE oder in Form eines Silikonpoly
meren eingesetzt.
Ein bevorzugter Aufbau einer Siegelbacke eines erfindungsge
mäßen Heißsiegelgerätes beinhaltet einen metallischen Grundkör
per, dessen die Siegeloberfläche bildende Oberfläche gegebenen
falls zunächst aufgerauht ist, insbesondere durch eine Sand
strahlbehandlung, durch eine Gravur oder dergleichen oder aber
durch Einbrennen und Rastern mit energiereichen Strahlen, ins
besondere Elektronen- oder Laserstrahlen. Auf diese gegebe
nenfalls aufgerauhte Oberfläche wird eine Schicht eines Mate
rials aufgetragen, das hernach das verschleißfeste Material
bzw. die verschleißfesten Oberflächenanteile der Siegelober
fläche bildet. Die von dem abriebfesten Material gelassenen
oberflächlichen Hohlräume bzw. Unebenheiten werden mit einer
Beschichtung aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften
ausgefüllt, so daß eine im wesentlichen glatte Siegeloberfläche
mit Oberflächenanteilen aus dem abriebfesten und dem Material
mit guten Gleiteigenschaften gebildet wird. Die Oberflächenan
teile des verschleißfesten, insbesondere abriebfesten Material
werden vorzugsweise zusätzlich bearbeitet um ebenfalls mög
lichst gute Gleiteigenschaften aufzuweisen. Dies dient insbe
sondere der schonenden Behandlung der miteinander zu verbinden
den Lagen. Ferner hat dies den Effekt, daß höhere Durchlaufge
schwindigkeiten der zu verbindenden Lagen möglich sind, ohne
daß es zu einem übermäßigen Abrieb und einer Beanspruchung der
bearbeiteten und miteinander zu verbindenden Lagen kommt.
Alternativ hierzu kann das verschleißfeste Material auch auf
eine glatte Oberfläche des metallischen Grundkörpers aufge
bracht werden und hernach mit einer strukturierten Oberfläche
versehen werden, wobei hier dieselben Maßnahmen getroffen wer
den können, wie sie für die Herrichtung der Oberfläche des me
tallischen Grundkörpers zuvor beschrieben wurden. Die Nachbe
handlung der Oberfläche kann vor allem bei plasmagespritzen
Schichten unterbleiben, die ohne weiteres mit PTFE-Anteilen
versehen werden können.
Andererseits lassen sich vor allem plasmagespritzte Keramik
schichten mit einer solchen Oberflächengüte erzeugen, daß diese
gleichzeitig neben ihrer Abriebsfestigkeit auch die gewünschten
Antiadhäsionseigenschaften aufweist. Eine PTFE-Beschichtung
kann deshalb gegebenenfalls entfallen. Wegen der gegenüber me
tallischen Materialien, wie z. B. Nickel, deutlich geringeren
Wärmeleitfähigkeit empfiehlt es sich hier einen Oberflächen
anteil vorzusehen, der mindestens 2% der Siegeloberfläche
ausmacht und von gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere
Metall, wie z. B. Kupfer, gebildet wird, welches außerdem gut
wärmeleitend mit der beheizten Siegelbacke verbunden ist.
Auf die aufgerauhte Oberfläche des verschleißfesten Materials
wird dann wie zuvor beschrieben, das Material mit den guten
Gleiteigenschaften aufgebracht und eine entsprechende Nachbe
handlung zur Glättung der Flächenanteile des verschleißfesten
Materials kann ebenso wie oben beschrieben erfolgen.
Das verschleißfeste Material kann insbesondere in Form einer
Edelstahl- oder Nickelauflage auf den metallischen Grundkörper
aufgebracht sein, unabhängig davon, ob der Metallkörper zu
nächst eine glatte Oberfläche aufweist oder, ob dessen Ober
fläche sandgestrahlt oder in sonstiger Weise mit einer Ober
flächenstruktur versehen wurde. Alternativ hierzu kann eine
Keramikschicht aufgespritzt, eingebrannt oder in sonstiger Wei
se aufgebracht werden und gegebenenfalls nachträglich aufge
rauht werden.
Für eine möglichst lange Lebensdauer der Siegelbacken der er
findungsgemäßen Heißsiegelgeräte ist es wichtig, daß die
Flächenanteile des verschleißfesten Materials in einem im we
sentlichen gleichmäßigen Muster auf der Siegeloberfläche ange
ordnet sind, wobei insbesondere bei dem Herstellen der Ober
flächenstruktur des verschleißfesten Materials und/oder me
tallischen Grundkörpers mittels energiereicher Strahlen auch an
ein im wesentlichen regelmäßiges Muster auf der Siegelober
fläche in Form von Punkten, Linien, Gittern etc. denkbar ist.
Insbesondere bei den plasmagespritzten Keramikschichten ist die
im wesentlichen gleichmäßige Verteilung mikroskopischer Uneben
heiten ausreichend für das geforderte Muster.
Eine der möglichen Ausführungsformen der Erfindung sieht vor,
daß ein Heizelement als Siegelbacke ausgebildet wird. Im ein
fachsten Fall ist dann das Heizelement bereits aus dem abrieb
festen Material hergestellt und braucht gegebenenfalls nur noch
an seiner Siegeloberfläche aufgerauht und mit dem Material mit
guten Gleiteigenschaften bzw. guter Antiadhäsionswirkung be
schichtet werden. Eine zusätzliche Beschichtung mit verschleiß
festem Material kann also entfallen.
Vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung ist insbesondere,
daß aufgrund der Tatsache der unterschiedlichen Wärmeleitei
genschaften von PTFE, Keramik, Nickel, Edelstahl und derglei
chen durch das Bilden der abriebfesten Flächenanteile gleich
zeitig Flächenanteile geschaffen sind, die einen wesentlich ge
ringeren Wärmewiderstand aufweisen als andere Flächenanteile
der Siegeloberflächen. Damit kann gegenüber gänzlich mit PTFE
beschichteten Siegelbacken in kürzerer Zeit eine größere Wärme
menge auf das zu verarbeitende Papier bzw. die miteinander zu
verbindenden Lagen gebracht werden, was entweder einen schnel
leren Durchlauf der Papierlagen zuläßt, d. h. kürzere Siegelzei
ten zuläßt oder aber eine Herabsetzung der Siegeltemperatur.
Dasselbe gilt, wenn auch nicht im gleichen Ausmaß, für keramik
beschichtete Siegeloberflächen.
Durch das glatte, im wesentlichen ungestörte Durchlaufen der
Lagen aus Papier durch das Heißsiegelgerät wird auch sicher
gestellt, daß es nicht zu einem Verdrehen oder allgemein einer
Auslenkung der Papierlagen aus dem vorgesehenen Transportpfad
kommt, was regelmäßig sonst zu Störungen in den Heißsiegelge
räten führt. Diesem Ziel dient auch eine Nachbehandlung der
Oberflächenanteile der Siegeloberfläche aus abriebfestem Mate
rial, um auch diesem möglichst gute Gleiteigenschaften zu ver
leihen. Insgesamt lassen sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung eines Heißsiegelgerätes die Laufeigenschaften der
Materialbahnen, insbesondere der Einblattbriefe oder Mailer in
der Maschine deutlich verbessern. Mit den erfindungsgemäßen
Heißsiegelgeräten kann auf ein taktweises Verarbeiten von Ein
blattmailern beispielweise vollständig verzichtet werden, d. h.
der Einblattmailer muß nicht an der Siegelstation für die
erforderliche Siegelzeit abgestoppt werden, sondern kann wäh
rend dem Durchlaufen der Siegelzone der Siegelvorrichtung aus
reichend sicher versiegelt werden. Dies läßt wiederum eine we
sentlich einfachere konstruktive Ausgestaltung der Fördervor
richtung zu und eine entsprechende Verbilligung des Heißsiegel
gerätes insgesamt.
Aufgrund der guten Gleiteigenschaften der erfindungsgemäßen
Siegeloberfläche kann der Siegeldruck erhöht und so ein inten
siver Kontakt ohne störende Luftspalte zwischen den zu siegeln
den Lagen und der Siegeloberfläche hergestellt werden. Auch
dies liefert einen Beitrag zur Verbesserung der Siegelqualität
und/oder erlaubt einen schnelleren Durchsatz der Lagen und/oder
eine niedrigere Temperatur der Siegelwerkzeuge.
Ferner liegt in dem weiten Bereich der Variationsmöglichkeiten
der Flächenanteile von abriebfesten Materialien und an Materia
lien mit guten Gleiteigenschaften für den vorgesehenen Anwen
dungsfall des Heißsiegelgerätes die Möglichkeit vor, die Sie
gelbacke ganz speziell auf den Anwendungsfall einzustellen. In
Fällen, wo die Beschichtung vor Verschleiß durch Abrieb beson
ders geschützt werden muß, werden die Flächenanteile der ab
riebfesten Materialien höher sein, als in Fällen, wo es weniger
auf den Abrieb bzw. den Verschleiß der Siegeloberflächen, als
vielmehr auf das glatte Durchlaufen der Papierlagen ankommt.
Aufgrund des gegebenen Verschleißschutzes durch die Materia
lien, die besonders abriebfest sind, läßt sich der Druck zwi
schen Heizelement bzw. Siegelbacke der Materialbahn erhöhen, so
daß der ansonsten existierende störende, weil isolierende Luft
spalt minimiert wird.
Bevorzugt wird die Siegeloberfläche plan sein, so daß sich kei
ne störenden Wölbungen am fertigen, verbundenen Produkt, wie es
häufig bei beheizten Siegelrädern der Fall ist, ergeben.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden
anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen im einzel
nen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfin
dungsgemäßen Heißsiegelgerätes;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer erfin
dungsgemäßen Siegelbacke;
Fig. 3 Schnittansicht der Siegelbacke aus Fig. 2;
Fig. 3a und b Draufsicht auf unterschiedlich gestaltete er
findungsgemäße Siegeloberflächen;
Fig. 4 eine alternative erfindungsgemäße Siegelbacke
in Schnittansicht;
Fig. 5 eine weitere alternative erfindungsgemäße
Siegelbacke in Schnittansicht.
Fig. 1 zeigt ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
erfindungsgemäßes Heißsiegelgerät mit einer Fördervorrichtung
12 und einer Siegelvorrichtung 14.
Die Fördervorrichtung 12 transportiert gefaltete Papierlagen
16, welche in Randbereichen 18 oder ganzflächig mit thermoplas
tischem Klebemittel versehen sind, entlang eines Transportpfa
des durch die Siegelvorrichtung 14 hindurch.
In der Siegelvorrichtung 14 werden die Randbereiche 18 mit auf
gebrachten Klebestellen heißgesiegelt, so daß die Siegelvor
richtung 14 ein im vorliegenden Fall an drei Seiten gesiegeltes
Papierprodukt 20 verläßt.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß selbstverständ
lich nicht nur auf sich selbst zurückgefaltete Papierprodukte,
sondern auch kontinuierliche Lagen von Papier, Pappe, Folien
etc. oder in beliebiger Form geschnittene Papiere, Folien etc.
mit sich selbst, oder untereinander gesiegelt werden können.
Selbstverständlich ist das Heißsiegelgerät nicht auf die Ver
bindung von lediglich zwei Lagen miteinander in seiner Anwen
dungsfähigkeit beschränkt, sondern entsprechend der Heißsiegel
fähigkeit der Siegelstation 14 können eine Vielzahl von Lagen
miteinander verbunden werden.
Im vorliegenden Fall wird das auf sich selbst gefaltete Papier
16 zunächst an den beiden seitlichen Kanten in den Randberei
chen 18 gesiegelt, dann um 90° gedreht und die noch offene Kan
te in einem weiteren Siegelvorgang verschlossen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Fördervorrichtung 12
für den Transport der Papiere 16 (bzw. später gesiegeltes Pa
pier 20) durch die Siegelvorrichtung 14 hindurch verantwortlich
ist.
Die Siegelvorrichtung 14 beinhaltet zur Herstellung der mitein
ander verbundenen Lagen bzw. der jeweiligen Siegelstellen ent
lang der an den Rändern aufgetragenen Klebemittelanteile, soge
nannte Siegelbacken 22, von denen eine in schematischer Form in
Fig. 2 gezeigt ist. Diese Siegelbacken sind parallel zur Trans
portrichtung innerhalb der Siegelvorrichtung 14 angeordnet und
zwar oberhalb oder unterhalb der Transportebene für die mitein
ander zu verbindenden Lagen. Als Gegenlager für die Siegel
backen kann entweder die Transportvorrichtung 12 dienen oder
aber eine gesonderte, gegebenenfalls identisch ausgeführte ent
sprechende Siegelbacke, die spiegelbildlich bezüglich der
Transportebene zur ersten Siegelbacke angeordnet ist.
Aufgabe der Siegelbacken 22 ist es, Druck und Wärme auf die zu
siegelnden Stellen der miteinander zu verbindenden Lagen zu
bringen, so daß der thermoplastische Kleber aktiviert wird.
Die erfindungsgemäßen Siegelbacken 22 sind aus einem beheizten
Block 24 und einer auf diesem Block an seiner zur Transportebe
ne für die miteinander zu verbindenden Lagen weisenden Seite
aufgebrachte Siegeloberfläche 26 aufgebaut. Block 24 beinhaltet
in der Regel einen oder mehrere elektrische Heizstäbe, die in
der Zeichnung nicht wiedergegeben sind.
Wichtig ist, daß das Material des Blocks 24 gut wärmeleitend
ist, so daß sich ein über die gesamte Fläche der Siegelfläche
26 im wesentlichen gleichmäßiger Wärmefluß ergibt und somit
Temperaturunterschiede in der Siegelfläche im wesentlichen ver
mieden sind.
Die Siegeloberfläche 26 wird bei einer bevorzugten Ausführungs
form so aufgebaut, daß auf eine ebene oder aufgerauhte Ober
fläche des Blocks 24 eine Schicht eines abriebbeständigen Mate
rials, insbesondere ein Keramikmaterial aufgebracht wird. Hier
zu eignen sich insbesondere flamm- bzw. plasmaaufgespritzte Ke
ramikschichten. Diese Keramikschichten, sofern sie nicht von
der Aufbringung her bereits eine gewisse Struktur und sei es
nur eine Mikrostruktur und Mikrooberflächenrauhigkeit aufwei
sen, werden durch Einbrennen eines Rasters oder einer Linien
struktur mit energiereichen Strahlen, insbesondere Laserstrah
len oder Elektronenstrahlen mit der notwendigen Oberflächen
rauhigkeit versehen.
Die so geschaffenen Vertiefungen oder Unebenheiten werden dann
mit einem PTFE-Material 30 gefüllt, so daß zwischen 5 und 60%
der Siegeloberfläche 26 durch das abriebbeständige Keramikmate
rial gebildet wird und die restlichen Flächenprozente von dem
Teflonmaterial. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
wurde ein regelmäßiges Muster von Kerben in die Schicht aus ab
riebbeständigem Material 26 eingebracht, das Muster kann jedoch
auch wie in den Fig. 3a und 3b verdeutlicht oder in der Fig.
3 im Schnitt zu sehen ausgebildet sein. Ferner kann das Muster
unregelmäßiger Natur sein, da lediglich von Bedeutung ist, daß
über die Gesamtfläche gesehen, eine im wesentlichen gleiche
Verteilung der Oberflächenanteile des abriebbeständigen Mate
rials und des besondere Gleiteigenschaften, insbesondere Anti
adhäsionseigenschaften aufweisenden PTFE-Materials 30 gewähr
leistet ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, wie dies in den Fig. 4 und
5 gezeigt ist, daß auf eine aufgerauhte Oberfläche des Blocks
24 eine Schicht 32 bzw. 32′ aufgetragen wird, wobei sich hier,
insbesondere wenn es sich bei dem Block 24 um einen Metallblock
handelt, eine Edelstahl- oder Nickelbeschichtung 32 oder eine
Keramikbeschichtung 32′ anbietet.
Die oberflächlich verbleibenden Rauhigkeiten werden wiederum mit
Material 34 bzw. 34′ mit guten Antiadhäsionseigenschaften
gefüllt, so daß sich eine sehr glatte Siegeloberfläche 26 er
gibt, die wiederum die flächenmäßigen Prozentanteile für das
abriebbeständige Material sowie das Material mit guten Antiad
häsionseigenschaften zeigt. Als Material mit guten Antiadhä
sionseigenschaften kommt insbesondere PTFE und dergleichen in
Frage, aber auch spezielles Keramikmaterial.
Je nach Art des verwendeten abriebbeständigen Materials kann es
angezeigt sein, die mit PTFE beschichtete Oberfläche nachzu
behandeln, um auch die Oberflächenanteile des abriebbeständi
gen Materials mit möglichst geringen Gleitreibwerten zu erhal
ten.
Da das abriebbeständige Material, sei es Edelstahl, Nickel oder
Keramik, einen deutlich höheren, insbesondere gilt dies für
Edelstahl und Nickel, Wärmedurchgangswert hat, als PTFE selbst,
wird ein wesentlich verbesserter Wärmefluß erzielt. Der Reib
wert wird andererseits gegenüber der reinen Verwendung des ab
riebbeständigen Materials deutlich reduziert, so daß Ablage
rungen an der Beschichtung, die von Abrieb von den zu bearbei
tenden Lagen herrühren, deutlich vermindert wird.
Durch die geringere Reibung zwischen der Siegeloberfläche 26
und den durchlaufenden Papierlagen wird die Papierführung in
dem Siegelgerät 10 verbessert und die Störungsfreiheit deutlich
erhöht. Die abriebbeständige Beschichtung 28, 32 oder 32′ ver
hindert zudem einen Abrieb des Antiadhäsionsmaterials, insbe
sondere der Teflonbeschichtung, so daß sich hieraus eine bedeu
tend höhere Lebensdauer ergibt. In der Folge kann mit geringe
ren Temperaturen gearbeitet werden und gleichzeitig sogar noch
die Geschwindigkeit des durchlaufenden Materials erhöht werden,
da als Folge der geringeren Reibung weiterhin noch der Anpreß
druck erhöht werden kann, so daß störende Luftpolster zwischen
Siegeloberfläche 26 und den durchlaufenden Papierlagen großen
teils vermieden werden können. Daraus resultiert ein zusätzlich
verbesserter Wärmeübergang von der Siegelbacke 22 zu den zu
verbindenden durchlaufenden Lagen.