DE4342878C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schweißen eines Kunststoffsackes an einen steifen Sackkragen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Verschweißen eines dünnwandigen, flexiblen Kunststoffsackes an einen steifen, ringförmigen Sackkragen, zur Bildung eines Teiles eines bereits in der Abfall- Entsorgungstechnik bekannten Deckelsackes.

Ein derartiger Deckelsack ist aus der EP-0401494 bekannt. Dieser besteht aus einem nach unten geschlossenen flexiblen und dünnwandigen Beutelteil, wobei ein steifer Sackkragen aus dickerem Material das obere Ende des Beutelteils umschließt und mit diesem fest verbunden ist. Ein Deckel umgreift formschlüssig in der Art eines Schnapp-Stülpdeckels den Sackkragen und bildet mit diesem somit einen luft- und geruchsdichten Behälter. Im äußeren und zentralen Teil des Deckels ist ein Griff vorhanden, an welchem der Deckelsack nach seiner Füllung von Hand transportiert werden kann. Ein derartiger Deckelsack ist je nach Größe mit bis zu 60 Litern Abfällen bis zu 25 kg füllbar.

Es leuchtet ein, daß beim Tragen des gefüllten Deckelsacks der Verbindungsstelle zwischen dem aus ca. 0,1 mm dicken PE-Kunststoffmaterial bestehenden Beutelteiles und dem ca. 1,2 mm dicken Sackkragen, ebenfalls aus dem gleichen Material, eine besondere Aufmerksamkeit zukommt. Insbesondere dann, wenn es sich um nicht alltägliche Abfälle, wie kontaminierte Klinikabfälle handelt, deren Entsorgung besondere Anforderungen an einen derartigen Behälter bezüglich Reißfestigkeit und das luftdichte Schließen gestellt sind.

Problematisch ist bei dem bekannten Deckelsack jedenfalls nicht das plötzliche Trennen oder Öffnen des Deckels vom Sackkragen während des Transports, sondern vielmehr feine Risse, Löcher oder unerkannte Perforationen an der ringförmigen Verbindungsstelle des festen Sackkragens mit dem dünnen Beutelrand. Solche Beschädigungen an dieser Stelle können teils bereits fertigungsbedingt - durch nicht sorgsames thermoplastisches Verbinden mittels Heißluft oder anderer Wärmemittel einer Schweißvorrichtung entstanden sein.

Derartige Minimalbeschädigungen können dann noch zusätzlich durch zu starkes Füllpressen des Abfallsackes vergrößert werden und zum unerwünschten Reißen des Deckelsackes an dieser Verbindungsstelle führen.

Eine bekannte Vorrichtung zum Verbinden des Folienbeutels mit dem steifen Sackkragen arbeitet nach dem Prinzip, daß die zu verbindenden ringförmigen Flächen mittels Heißluft thermisch verklebt werden. Der Sackkragen wird in die Vorrichtung - einen Drehteller - gelegt, darüber der Folienbeutel gestülpt und beides an der schmalen Heißluftdüse vorbeigedreht. Drehgeschwindigkeit und Temperatur der Heißluft bestimmen den Grad der Erwärmung. Insgesamt ist diese Art der Verbindung ein relativ langsamer Vorgang, zumal wenn es sich um Deckelsäcke mit größerem Umfang handelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen eines dünnwandigen Kunststoffbeutels mit einem steifen Sackkragen zu verbessern und insbesondere so auszubilden, daß ein gleichmäßiger, steuerbarer Schweißvorgang zu einer verbesserten Schweißverbindung führt, bei gleichzeitiger Vereinfachung und Steigerung des Produktionsablaufes und der Produktionsmenge.

Die gestellte Aufgabe wird durch das Verfahren und mit der Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Verfahrensschritt zunächst nur zwei, sich gegenüberliegende, 90° umfassende Bogenteile am Umfang des ringförmigen steifen Sackkragen mit dem Folienbeutel verschweißt werden, der herzustellende Gegenstand um eine zentrale Achse um 90° gedreht und erst dann die zwei weiteren Bogenteile und damit der volle Umfang geschweißt werden.

In einer bevorzugten Ausführung besteht die Vorrichtung aus zwei sich gegenüberliegenden viertelkreisförmigen waagerecht verfahrbaren Schweißsegmenten.

Es hat sich herausgestellt, daß bei dem Verschweißen eines steifen ringförmigen Sackkragens mit einem daran zu befestigendem Folienbeutel es vorteilhafter gegenüber der Vollkreisverschweißung ist, zunächst nur zwei sich gegenüberliegende Viertelkreissegmente zu verschweißen, um dadurch die Herstellungstoleranzen der Teile sehr einfach ausgleichen zu können.

Durch die DE-PS 41 29 366 ein beutelartiges Behältnis mit angespritztem Tragring aus Kunst­ stoff bekannt, wobei der Tragring aus gliederkettenartigen, mit dem elastischen, dünnen Beutel verbundener Elemente besteht. Es entsteht somit kein fester oder starrer Öffnungsquerschnitt, sondern erst dann, wenn dieses beutelartige Behältnis von einer festen runden oder ovalen Dose, als Tragebehältnis, aufgenommen wird und daher nur in Verbindung mit einem Zu­ satzbehälter z. B. als Verpackungsmöglichkeit nutzbar ist.

Durch die AT-E 50533 ist ein spreizbarer Deckelschweißtempel bekannt, um einen Boden oder Deckel in ein Rohrstück zur Bildung eines Behälters einzuschweißen. Dabei wird die tellerförmige, elastische Spreizscheibe von einem Stempel axial gegen eine ebene Führung bewegt, so daß sich ihr Umfang radial vergrößert und einen für die Schweißung erforderlichen Anpressdruck zwischen Deckel und Rohr erzeugt. Um größere Toleranzen zwischen den herzustellenden Teilen auszugleichen, ist diese Vorrichtung nicht geeignet, zumal die radiale Ausdehnung durch die Tellertiefe begrenzt ist. Außerdem besteht die Gefahr, daß die Stirnfläche der Spreizscheibe bei größeren radialen Bewegungen auch eine unerwünschte zusätzliche Drehbewegung vollführt.

Bei bekannten Schweißvorrichtungen bestehen die Schweißelemente aus zwei Halbschalen oder Halbkreisen, die nach dem Schweißvorgang vom Herstellungsteil abgedrückt werden. Dabei kann es im Randbereich zu tangentialen Verschiebungen kommen.

Bei einer anderen Vorrichtung werden die Schweißelemente um einen etwas außerhalb des Schweißkreises liegenden Drehpunktes in der Art einer Scherenöffnung bewegt, wobei hier sehr große Bewegungen benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung liegt darin, daß im Inneren des hohlen Haltezylinders und auf der gleichen Ebene der viertelkreisförmigen Schweißelemente ein flexibles Ausdehnungsteil von innen heraus gegen die zu verschweißenden Teile drückt und damit wiederum die Durchmessertoleranzen des steifen Sackkragen zum Haltezylinder kompensiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die Vorrichtung,

Fig. 2 einen Halbschnitt der Vorrichtung,

Fig. 3 einen Halbschnitt durch den Spannring mit Ausdehnungsteil,

Fig. 4 die Spannklaue zum Halten des steifen Sackkragen,

Fig. 5 ein Ablaufschema des Schweißvorganges und Steuerungsablauf der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf die bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei die Mittellinie die Vorrichtung in eine linke Seite zur Herstellung eines großen Deckelsackes trennt, während die rechte Seite eine etwas kleinere Vorrichtung zeigt.

Damit soll lediglich angedeutet sein, daß verschieden große - im Durchmesser unterschiedlich gestaltete - Deckelsäcke herstellbar sind.

Eine Basiskonstruktion besteht aus zwei Längsholmen 1 und 1′, an der insgesamt sechs Traversen 2, 4, 5, 7 geschweißt sind, wobei die Traversen 3 und 6 nicht dargestellt sind. Auf den Traversen sind jeweils eine Grundplatte 8 und 8′ mit nicht näher dargestellten Mitteln befestigt, wobei diese Grundplatten 8, 8′ jeweils links und rechts über die Basiskonstruktion hinausragen. Auf den Grundplatten 8, 8′ sind Lager 9 zur Aufnahme von Führungsstangen 10 befestigt. Auf den Führungsstangen 10 gleiten die Schweißtische 11 und 11′ mit ihren Gleitlagern 27. Diese können mit entsprechenden handelsüblichen Kugelbüchsen ausgestattet sein.

Die Schweißtische 11, 11′ tragen an ihren dem Zentrum der Vorrichtung zugewandten Seite jeweils Schweißköpfe 12 und 12′ mit daran befestigten Heizrahmen 13 und 13′. Die Heizrahmen 13 und 13′ sind jeweils Viertelkreise und tragen als Schweißelemente 14 z. B. einen Teflon behandeltes Schweißband von 6 × 0,5 mm Querschnitt. Die Schweißköpfe 13, 13′ sind von den Schweißtischen 11, 11′ zu trennen.

Zwischen den Grundplatten 8, 8′ und den Schweißtischen 11, 11′ sind pneumatische Zylinder 15 angebracht. Der Kolbenteil 16 des Zylinders 15 ist drehbar am Lagerzapfen 17 und am Schweißtisch 11, 11′ angebracht.

Dargestellt sind die Schweißtische 11, 11′ in der Position, in der die Vorrichtung geöffnet ist, d. h. zur Entnahme oder Beschickung von herzustellenden Schweißteilen. In dieser Position verriegeln Bolzen 18, die ebenfalls durch pneumatische Zylinder 19 bewegt werden, die Schweißtische 11, 11′. In der Schweißposition der Tische werden diese durch die Bolzen 18 in den entsprechenden Fixierbuchsen 20 gehalten.

Im Mittelpunkt der Vorrichtung ist ein Drehteller 21, 21′ angeordnet. Auf dem Drehteller sind drei pneumatisch betriebene Halteklauen 22, 22′ jeweils im Abstand von 120° am Umfang angebracht, die den steifen Sackkragen 101 (in Fig. 2 und Fig. 4 dargestellt) auf den Aufnahmering 23 drücken. Unterhalb des Drehtellers 21, 21′ ist der Kolben eines pneumatischen Zylinders 24 befestigt, dessen fester Teil an die Basiskonstruktion fixiert ist. Wie durch den Pfeil 25 dargestellt, kann der Drehtisch mittels des Zylinders 24 um 90° gedreht werden.

Die Zylinder 15, 19 und 24 sowie die Schweißbänder 14 sind durch nicht näher dargestellte Leitungen mit einer zentralen Steuereinheit 26 verbunden. Selbstverständlich können die Zylinder 15, 19, 24 auch hydraulisch oder elektromagnetisch betrieben werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die zentrale Aufnahme entsprechend der Schnittlinie A-B gemäß Fig. 1. Somit zeigt Fig. 2 einen Halbschnitt durch den Mittelpunkt der gesamten Vorrichtung. Auf den Längsholmen 1 sind die Traversen 3 und 4 angeschweißt. Auf der Traverse 4 und 5 (nicht dargestellt) ist eine Grundplatte 28 befestigt und darauf wiederum ein Lagerflansch 29.

In der Grundplatte 28 ist ein Zentrierbolzen 30 eingelassen. Der Drehteller 21 ist durch ein Lager 31 und dieses durch einen Distanzring 32 gehalten. Am Drehteller ist noch ein Abstandsring 33 befestigt, der einen definierten Abstand zur Grundplatte 28 halten soll. Wie ersichtlich, ist auf dem Drehteller 21 der Aufnahmering 23 befestigt, auf dem der steife Sackkragen 101 ruht bzw. der durch die Halteklaue 22 gehalten wird.

Fest verbunden mit der Grundplatte 28 und dem Lagerflansch 29 ist der Aufnahmering 34, somit ortsfest und durch den Zentrierbolzen 30 ausgerichtet. In den Aufnahmering 34 sind zwei halbkreisförmige Spannringe 35 beweglich eingesetzt, die sich mittels Zugfedern 36 an die vorgegebene Anlagefläche 37 im Aufnahmering 34 anlegen.

Mit dem Aufnahmering 34 beweglich verbunden ist ein Lamellenring 38 an dessen abgeschrägten Umfang einzelne Lamellen 39 versetzt angeordnet sind. Dargestellt ist die Position, in der der Lamellenring 38 durch einen Zylinder 40 angehoben ist, wobei sich die Lamellen 39 am Innendurchmesser eines ortsfesten Führungsringes 41 in Richtung der vertikalen Hauptachse biegen und hinter dem dünnzulaufenden senkrechten Umfang des Führungsringes 41 während des angehobenen Zustands verharren.

Der Pfeil "A" am Kolben des Zylinders 40 verdeutlicht die Auf- Abbewegung. Den Führungsring 41 verbindet ein Mantel 42 mit Kegelringen 43 auf die ein Dom 44 aufgesetzt ist, der je nach Größe und Höhe des Folienbeutels 102 ausgetauscht werden kann.

Die am Drehteller 21 jeweils 120° versetzt angebrachten Spannklauen 22 werden durch Zylinder 45 betätigt, wie dies noch näher in Verbindung mit Fig. 4 beschrieben wird.

In Fig. 2 ist ferner der Druckzylinder 24 zum Verschwenken des Drehtellers 21 ersichtlich, wobei der Zylinder 24 mittels Gelenk 51 an einem Haltewinkel 52 befestigt ist und am Drehteller über nicht näher dargestellte Mittel mittels einer Anlenkung 53.

Eine wesentliche Verbesserung derartiger Schweißmaschinen betrifft nunmehr die in den Spannringen 35 eingelassenen viertelkreisförmigen Federzungen 46, wie dies auch in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich wird. In den Spannringen 35 sind Schlitze eingearbeitet in denen bündig die Federzungen 46 eingelassen sind, wobei die Außenseiten der Federzungen 46 an den steifen Sackkragen 101 drücken können. Von innen her, d. h. im Hohlraum zwischen den beweglichen Spannringen 35 und dem Aufnahmering 34 ist ein verformbares Ausdehnungsteil 47, in Form eines Gewebeschlauchstückes angeordnet.

Dieses Ausdehnungsteil 47 ist über ein Ventil 48 an die Druckluft oder Hydraulik des Steuergerätes 26 angeschlossen. Wird nun das Ausdehnungsteil 47 mit Überdruck beaufschlagt, dehnt es sich aus, schiebt dabei die Spannringe 35 radial in Richtung der Schweißbacken und darüber hinaus noch die Federzungen 46, zwecks Umfangvergrößerung der Spannringe 35. Damit wird erreicht, daß die Herstelltoleranzen des steifen Sackkragen 101 ausgeglichen werden und eine tatsächlich kreisförmige Anlage, zumindest im Viertelkreis der Schweißelemente, erreicht wird. Der Funktionsablauf wird weiter unten noch näher beschrieben.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist das Ausdehnungsteil 47 etwas größer als das Bogenmaß des entsprechenden Viertelkreises der Spannringe 35 und gewährt daher ein Gegendrucklager zu den Schweißelementen 13. Das Ausdehnungsteil 47 ist mit entsprechenden Schrauben 49 an dem Aufnahmering 34 befestigt. Eine horizontale Öffnung 50 im Aufnahmering 34 ist für die Verbindungsschläuche zum Steuergerät 26 vorgesehen.

Aus Fig. 4 ist die Funktion der Halteklauen 22 ersichtlich. Ein Zylinder mit Anschlüssen 54 und 55 für Zu- und Abluft kann einen Kolben 56 senkrecht bewegen, auf dessen Deckplatte die Halteklaue 22 befestigt ist. Im Gehäuse 57 ist ein fester Zylinderstift 58 vorhanden und im oberen Kolbenbereich eine entsprechende Ausarbeitung in Form eines Teiles einer Spirale, als Kulisse 59. Wird nun der Kolben 56 nach oben gedrückt, bewirken Stift 58 und Kulisse 59 eine 90°-Drehung des Kolbens, so daß sich die Halteklaue dreht und die freie Entnahme oder Bestückung mit den zu schweißenden Teilen ergibt.

Die Funktion bzw. der Ablauf eines Schweißvorganges soll nun näher unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert werden.

Wird die Steuereinheit 26 gestartet, bewirkt dies zunächst das Anheben des Lamellenringes 38 über Zylinder 40. Danach wird der Sackkragen 101 eingelegt und alle drei Spannklauen 22 werden über Zylinder 45 gedreht und abgesenkt. Die Unterkante des Sackkragens liegt somit fest auf dem Aufnahmering 23 auf. Jetzt kann über Zylinder 40 wiederum der Lamellenring 38 abgesenkt werden, wobei sich nun die Lamellen 39 auf den senkrechten Teil des Sackkragen stützen, bzw. ein aufziehen des Folienbeutels 102 erleichtern. Beide Schweißtische 11 und 11′ werden über Zylinder 19 entriegelt, die Zylinder 15 bringen die Tische in die Schweißposition und werden dort wieder über Bolzen 18 in den Fixierbuchten 20 verriegeit. Jetzt wird das Ausdehnungsteil 47 mit einem Überdruck zur Ausdehnung gebracht, verschiebt damit die Spannringe 35 entgegen deren Zugfedern 36 und bringt die Federzungen 46 zur Wirkung. Nunmehr erfolgt die erste Schweißung durch die Schweißelemente 14 und damit sind 2 × 90° am Umfang des Folienbeutels mit dem Sackkragen verbunden.

Im weiteren Verlauf werden die Schweißtische zurückgefahren, das Ausdehnungsteil 47 entspannt und der Drehteller 21 wird über Zylinder 24 um 90° gedreht. Danach erfolgt der zweite Schweißvorgang, wie bereits beschrieben.

Claims (11)

1. Verfahren zum Verbinden eines an einem Ende verschlossenen, dünnwandigen flexiblen Kunststoffbeutels mit einem steifen ringförmigen Sackkragen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffbeutel (102) über den ortsfest gehaltenen Sackkragen (101) gestülpt wird, in einem ersten Schritt zwei sich gegenüberliegende annähernd viertelkreisförmige Teilbereich (13, 14) verschweißt werden, Sackkragen (101) und Kunststoffbeutel (102) entlang einer senkrechten Achse um 90° gedreht und in einem zweiten Schritt wiederum die verbleibenden viertelkreisförmigen Teilbereiche zum vollen Umfang geschweißt werden.

2. Vorrichtung zum Herstellen eines an einem Ende verschlossenen, dünnwandigen Kunststoffbeutels mit einem steifen ringförmigen Sackkragen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sackkragen (101) aufnehmender, mit mindestes einer Halteklaue (22) versehener Drehteller (21, 21′) vorhanden ist und daß senkrecht zur Drehachse des Drehtellers zwei verschiebbare, sich gegenüberliegende Schweißtische (11, 11′) mit bogenförmigen Heizelementen (13, 14) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehteller (21, 21′) mittels eines Druckzylinders (24) um 90° drehbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißtische (11, 11′) durch Druckzylinder (15) auf Führungen (10) verschiebbar angeordnet sind und durch Rasteinrichtungen (17, 18, 20) in zwei vorgegebene Positionen verriegelbar sind.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtungen (17, 18, 10) aus jeweils zwei sich gegenüberliegenden Rastbolzen (18) bestehen, die von jeweils einem Druckzylinder (19) betätigt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ortsfesten Aufnahmering (34) zwei halbkreisförmige Spannringe (35) in radialer Richtung bewegbar angeordnet und durch Zugfedern (36) an Anlageflächen (37) des Aufnahmeringes (34) gezogen werden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spannringen (35) Federzungen (46) oberflächenbündig mit dem Außendurchmesser eingelassen sind.

8. Vorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannringe (35) und Federzungen (46) von einem seinen Umfang veränderbaren Ausdehnungsteil (47) radial bewegt werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausdehnungsteil ein mit einem Ventil (48) versehenes und an beiden Enden verschlossenes Stück Gewebeschlauch ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch einen Zylinder (49) axial bewegbarer Lamellenring (38) mit am Umfang verteilten Lamellen (39) innerhalb eines Mantels (42) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Drehteller (21, 21′) mindestens eine Halteklaue (22) angebracht ist, im Kolben (56) eine Kulisse (59) in einem ortsfesten im Gehäuse (57) vorhandenen Zylinderstift (58) eingreift, so daß der Kolben (56) bei seiner Auf- oder Abbewegung eine Drehung von 90°vollzieht.