DED0002188MA - Verfahren und Vorrichtung zum Verschweißen von Platten, Streifen, Bändern oder Folien aus thermoplastischen Werkstoffen mittels Hochfrequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschweissen von Platten, Streifen, Bändern oder Folien aus thermoplastischen Werkstoffen mit geringen Verlustfaktor mittels Hochfrequenz, sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Das Verschweissen von thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere von Kunststoffen durch dielektrische Verlustheizung im Hochfrequenzfeld ist bekannt. Sie eignet sich insbesondere zum Vereinigen sehr dünner Folien, bei denen eine örtliche starke Erhitzung nach dem üblichen Schweissverfahren mittels heisser Luft oder heisser Werkzeuge zur Zerstörung führen würde.

Die im Dielektrikum eines Kondensators in Wärme umsetzbare Leistung ist bestimmt durch die Gleichung: N = U(exp)2(Omega)C . tg(Delta), wobei tg(Delta) den Verlustfaktor bedeutet. Die Wirksamkeit der dielektrischen Verlustheizung ist also ausser von der Spannung, der Kreisfrequenz und der Kapazität des Kondensators von der Grösse des Verlustfaktors abhängig. Während nun bei Dielektriken mit polaren Gruppen, wie z.B. Polyvinylchlorid, Acetylcellulo- lose, vulkanisiertem Kautschuk u.dgl. der Verlustwinkel verhältnismässig gross ist, zeigen unpolare Stoffe, wie Polystyrol, Polyisobutylen und insbesondere Polyäthylen nur geringe Verluste im Hochfrequenzfeld, sodass die Erwärmung durch Hochfrequenz in diesen Fällen praktische für die Schweissung nicht ausreicht. Eine Verbindung sehr dünner Folien aus diesen Stoffen ist also, da auch andere Wärmequellen unterhalb einer bestimmten Foliendicke nicht in Frage kommen, nur mit Klebemitteln möglich.

Es wurde nun gefunden, dass auch Folien oder Platten aus in der Wärme erweichbaren Stoffen, insbesondere aus Kunststoffen mit sehr geringem Verlustfaktor mit guter Wirkung im Hochfrequenzfeld verschweisst werden können, wenn zwischen die Elektroden und die zu verschweissenden Folien oder Platten andere Stoffe mit genügend grossem Verlustfaktor, wie insbesondere elastische Stoffe mit Dipol-Charakter, eingelegt werden. Diese letztgenannten Stoffe erwärmen sich genügen stark im Hochfrequenzfeld und übertragen die Wärme in einer so gleichmässigen Weise auf die Platten oder Folien mit dem geringen Verlustfaktor, wie dies mit anderen Mitteln nicht erreicht werden könnte. Die Folien erweichen hierbei, sodass unter Anwendung eines geringen Pressdruckes die gewünschte Verschweissung in vollkommener Weise eintritt. Durch diese indirekte Hochfrequenzheizung ist es z.B. möglich, sehr dünne Folien aus Polyäthylen in einer Stärke von 0,2 bis 0,005 mm durch Schweissung miteinander zu verbinden. Zu diesem ZWeck werden beiderseits der Folien Streifen aus Polyvinylchlorid o.dgl., die mit den Elektroden in unmittelbarer Berührung stehen, eingelegt. Anstatt eines Streifens aus Polyvinylchlorid kann z.B. auch ein Textilgewebe mit Dipol-Charakter auf die Polyäthylenfolie gelegt und auf diese Weise entweder der Textilstoff mit der Folie kaschiert, oder die beiden Folien miteinander verschweisst werden.

Um nun zu verhindern, dass zwischen den beiden Werkstoffen mit den verschieden grossen Verlustfaktoren während der Schweißung eine Verklebung entsteht, wird nach einem weiteren Vorschlag gemäss der Erfindung eine Folie aus einem schwer oder nicht erweichbaren Stoff, wie z.B. Zellulosehydrat, Papier u.dgl. zwischen die Kunststoffolien eingelegt. Da diese eingelegten Schutzstoffe auch die Wärme übertragen sollen, ist es vorteilhaft hierfür gut wärmeleitende Stoffe zu wählen. Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, Metallfolien für diesen Zweck zu verwenden.

Diese indirekte Hochfrequenzschweissung kann in an sich bekannter Weise absatzweise mittels linealförmiger Elektroden erfolgen, wobei die Werkstoffstreifen mit dem höheren Verlustfaktor zusammen mit den zu verschweissenden Folien zwischen die Elektroden des Arbeitskondensators gebracht werden. Man kann aber auch die Schweissung kontinuierlich zwischen umlaufenden Rollen- oder Bandelektroden bewirken. Sowohl im Falle der linealförmigen als auch der rollenförmigen Elektroden werden gemäss der Erfindung der Werkstoff mit dem grösseren Verlustfaktor, wie z.B. Polyvinylchlorid, unmittelbar auf den Elektrodenflächen durch Klebung oder auf andere geeignete Weise befestigt.

Anstatt den Werkstoff mit dem grösseren Verlustfaktor auf den Elektrodenflächen zu befestigen, kann gemäss der Erfindung bei kontinuierlicher Schweissung unter Verwendung von rollen- oder walzenförmigen Elektroden auch so vorgegangen werden, dass ausserhalb des Arbeitskondensators Transportrollen vorgesehen sind, über welche endlose Streifen oder Bänder aus dem Werkstoff mit dem höhere Verlustfaktor gegebenenfalls zusammen mit endlosen Streifen oder Bändern aus einem schwer oder nicht erweichbaren Werkstoff geführt und gegebenenfalls gekühlt werden. Diese endlosen Streifen oder Bänder übernehmen hierbei die Aufgabe eines Transportbandes, mittels dessen die zu verschweissenden Kunststoffolien zwischen den Elektroden des Arbeitskondensators hindurchgeleitet werden. Durch diese Massnahme soll insbesondere beim kontinuierlichen Schweissen er- reicht werden, dass die Schweissnaht möglichst schnell ihre höchste Festigkeit erreicht und dass der hilfsweise benutzte Werkstoff sich nicht zu sehr erwärmt und dadurch fortwährend unter dem Einfluss des Schweissdruckes verformt wird. Infolge dieser dauernden Verformung würde der Werkstoff bald unbrauchbar werden und infolgedessen die Schweissnaht ungleichmässig ausfallen.

Bei breiteren Schweissnähten oder bei der Verschweissung grösserer Flächen ist die Energie eines Arbeitskondensators vielfach nicht ausreichend, um eine schnelle Verschweissung zu ermöglichen. In diesen Fällen wird daher vorgeschlagen, mehrere nebeneinanderliegende Arbeitskondensatoren anzuordnen, zwischen deren Elektroden das Arbeitsgut zunächst vorgewärmt, sodann auf den Erweichungspunkt gebracht und schliesslich verschweisst wird. Die frischverschweisste Naht bedarf aber aus Gründen der Haltbarkeit eine Abkühlung unter Druck. Diese erfolgt zweckmässig durch weitere Kühlrollen, die hinter den Elektrodenrollen angeordnet sind.

Nach dem neuen Verfahren ist es möglich, mehrere Lagen Schweissgut gleichzeitig und paarweise miteinander in einem Arbeitsgang zu verschweissen, wobei das dazwischengelegte Zellulosehydrat oder Papier die Verschweissung an den nicht gewünschten Stellen verhindert. So kann man auf diese Weise Beutel aus dünnen Polyäthylenfolien mit Doppelboden und Verstärkung herstellen. Ausserdem können mehrere Beutel aus diesem oder ähnlichen Werkstoffen nach dem Füllen gleichzeitig verschlossen werden. Der die Verschweissung an den nicht gewünschten Stellen verhindernde zwischengelegte Werkstoff soll eine grosse Wärmeleitfähigkeit, eine glatte Oberfläche, einen geringen Verlustfaktor und nach Möglichkeit einen hohen Erweichungspunkt haben. Zwischenlagen mit diesen Eigenschaften bedingen nicht nur eine glatte Oberfläche und damit eine saubere Naht, sondern wirken auch zusätzlich schützend gegen Funkendurchschläge.

In der Zeichnung sind Vorrichtungen zur Durchführung des Ver- fahrens in schematischer Darstellung veranschaulicht und zwar zeigen:

Abb. 1 den Arbeitskondensator eines Hochfrequenzgenerators mit linealförmigen Elektroden,

Abb. 2 einen Arbeitskondensator mit rollenförmigen Elektroden,

Abb. 3 einen Arbeitskondensator mit rollenförmigen Elektroden, die mit einem Kunststoff von höherem Verlustfaktor überzogen sind,

Abb. 4 einen Arbeitskondensator, bei dem die Werkstoffe mit dem grösseren Verlustfaktor nach Art eines Transportbandes über Rollen ausserhalb des Arbeitsbereiches geführt sind,

Abb. 5 eine Anordnung mit mehreren hintereinander geschalteten Arbeitskondensatoren und zusätzlichen Kühlrollen.

An den Kontaktflächen der linealförmigen, an dem festen Oberteil 1 und dem heb- und senkbaren Unterteil 2 des Arbeitskondensators (vgl. Abb. 1) angeordneten Elektroden 3, 4 sind Streifen 5, 6 aus thermoplastischem Kunststoff, wie z.B. Polyvinylchlorid befestigt, zwischen denen die zu verschweissenden Folien 7, 8 hindurchgeführt werden. Die Verschweissung erfolgt absatzweise in der Breite der Elektroden durch Anheben des Unterteils 2 unter ausreichender Pressung gegen das Oberteil 1. Die Ausführungsform des Arbeitskondensators nach Abb. 2 erlaubt eine kontinuierliche Schweissung durch Anwendung rollenförmiger Elektroden 9, 10, zwischen denen das Schweissgut 11 zusammen mit den beiderseits des Schweissgutes aufgelegten Werkstoffen 12 mit grossem Verlustfaktor hindurchgeführt wird. Zur Regelung des Anpressdruckes stehen die unteren Rollenelektroden 10 unter dem Druck einer Feder 13. Der Werkstoff 12 besitzt die Form von Streifen entsprechend der Breite der Kontaktfläche der Elektrodenrollen. Stattdessen können zweckmässig (vgl. Abb. 3) die Elektrodenrollen 14, 15 mit einer Bandage 16, 17 aus dem Werkstoff mit dem grösseren Verlustfaktor versehen sein. Da bei grösserer Schweissleistung sich diese Bandagen zu sehr erwärmen würden, sind nach der Ausführung gemäss Abb. 4 beiderseits der Elektrodenrollen 18, 19 Transportbänder 20, 21 aus dem

Werkstoff mit dem höheren Verlustfaktor vorgesehen, die über Transportrollen 22, 23 ausserhalb des Arbeitskondensators derart geführt sind, dass sie sich mit Druck gegen die Elektrodenrollen 18, 19, von welchen die letztere zweckmässig unter dem Druck einer Feder 24 steht, anlegen. Im Bereich des Hochfrequenzfeldes zwischen den Elektrodenrollen wird dann das Schweissgut 25 über den Werkstoff 20, 21 bis zum Erweichungspunkt erwärmt und weiter befördert, sodass eine kontinuierliche Schweissung möglich ist. Die Führung der Werkstoffbänder 20, 21 über die Transportrollen 22, 23 ermöglicht auch eine Kühlung von aussen, sodass dieser Werkstoff nur kurzzeitig durch Hitze beansprucht ist und sich daher nicht deformiert. Zwecks Herstellung breiterer Schweissnähte oder zum Verschweissen grösserer Flächen werden die rollenförmigen Elektroden 26, 27, 28 (vgl. Abb. 5) nebeneinander angeordnet, wobei die Schweissleistung so geregelt ist, dass durch die Rollen 26 die Vorwärmung, durch die rollen 27 die Erweichung und durch die Rollen 28 die Verschweissung der Folien 29 bewirkt wird. Die weiter dahintergeschalteten Rollen 30, 31 sind spannungslos. Sie dienen zur Pressung und Kühlung der Schweissnaht, bzw. der aus einem Werkstoff mit grossem Verlustfaktor bestehenden Transportbänder 32, 33. Die unteren Rollen 26, 27, 28, 30, 31 stehen unter dem regelbaren Druck der Federn 34.

Claims (6)

1.) Verfahren zum Verschweissen von Platten, Streifen, Bändern, oder Folien aus thermoplastischen Werkstoffen mit geringem Verlustfaktor mittels Hochfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zu verschweissenden Stoffen (7, 8) und den Elektroden (3, 4) des Arbeitskondensators ein Werkstoff (5, 6) mit einem grösseren Verlustfaktor eingelegt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem thermoplastischen Werkstoff (7, 8) mit dem geringen Verlustfaktor und dem Werkstoff (5, 6) mit dem grösseren Verlustfaktor eine Folie aus einem schwer oder nicht erweichbaren Werkstoff, wie z.B. Zellulosehydrat, Papier o.dgl. beigelegt wird.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem thermoplastischen Werkstoff mit dem geringen Verlustfaktor (7, 8) und dem Werkstoff (5, 6) mit dem grösseren Verlustfaktor ein gut wärmeleitender Stoff, wie z.B. eine Metallfolie, beigelegt wird.

4.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (14, 15) der Arbeitskondensatoren mit einem Werkstoff (16, 17) grösseren Verlustfaktors unmittelbar belegt sind.

5.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb des Arbeitsbereichs des Arbeitskondensators und beiderseits der Elektroden Transportrollen (22, 23) vorgesehen sind, über welche endlose, an den Elektrodenrollen festanliegende Streifen oder Bänder (20, 21) aus dem Werkstoff mit dem höheren Verlustfaktor, gegebenenfalls zusammen mit endlosen Strei- fen oder Bändern aus einem schwer oder nicht erweichbaren Werkstoff geführt und gegebenenfalls gekühlt werden.

6.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch Anordnung mehrerer nebeneinanderliegender Arbeitskondensatoren (26, 27, 28), zwischen deren Elektroden das Arbeitsgut (29) zunächst vorgewärmt, sodann auf den Erweichungspunkt gebracht und verschweisst und schliesslich durch zur Abkühlung dienende Rollen (30, 31) geleitet wird.