DK148677B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af forberedte bloede boejekanter i termoplastiske enkeltlagsfolier i foldekartonnageemner - Google Patents

Description

i 148677

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af forberedte, bløde bøjekanter i termoplastiske, blød-gøringsmiddelfrie enkeltlagsfolier i foldekartonnageemner og iøvrigt af den i den indledende del af krav 1 angivne art.

Ved de aktuelle forberedte bøjekanter drejer det sig om lokalt og snævert begrænsede, d.v.s. linieformede, forandringer i den i begyndelsen endnu i hovedsagen plane folie, hvilke forandringer gør det muligt at bøje de ved bøjekanter til hinanden stødende foliedele i forhold til hinanden på et vilkårligt senere tidspunkt. Der er således ikke tale om at tilvejebringe en umiddelbar og blivende bøjning eller bukning af foliematerialet under indvirkning af et værktøj og under lokal opvarmning.

For at tydeliggøre denne forskel bør det bemærkes, at opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af kartonnageemner. På et vilkårligt senere tidspunkt efter bøjekanternes fremstilling bukkes eller foldes disse emner til et lukket hult legeme og forenes ved et sted på omkredsen. Kartonnageemnerne forbliver dog i plan tilstand, indtil de skal fyldes med forpakningsgods. Denne fyldning sker i reglen på et andet sted, hvorfor allerede pladshensyn taler for en leverance i plan tilstand. Eksempelvis fra DE brugsmønster nr. 1 937 659 kendes en gennemsigtig pakning, som opfylder ovenstående betingelser.

Det er imidlertid også kendt, at den nødvendige maskinelle oprejsning af i plan tilstand leverede kartonnageemner af termo-plastiske folier giver anledning til betragtelige besværligheder ved fyldningen, eftersom emnerne efter oprejsningen fjedrer tilbage til en mellemstillling mellem plan tilstand og en retvinklet tilstand, og i denne mellemtilstand kan emnerne hverken fyldes eller tillukkes. Årsagen hertil skal findes i den store elastiske deformationsandel ved bøjekanterne under oprejsningen.

I denne forbindelse er det allerede kendt at føre det i begyndelsen plane emne forbi dets oprejste stilling. Et apparat herfor består af en planparallel oprejsningsplade, som forskydes væsentligt ud forbi den stilling, i hvilken emnets enkelte vægelementer står vinkelret på hinanden (DE pat. nr. 1 938 938). Et sådant apparat kan imidlertid ikke uden videre forenes med en sædvanlig 2 148677 kartonnagemaskine til fyldning og lukning af en foldekartonnage, hvorfor der opstår specielle problemer med hensyn til fremstillingsforløbet.

Det er også allerede kendt at tilvejebringe bøjekanter i emner af termoplastiske folier, ved at en modstandsopvarmet falsekniv, som opvarmes til en temperatur over plastfoliens smeltetemperatur, trykkes ind i folien (DE off.g. skrift nr. 2 236 617). Erfaring har dog vist, at der i strid med det deri angivne ikke i tilstrækkelig grad kan undgås en tilbagefjedring af vægdelene under oprejsning af emnerne på den angivne måde. I den kendte fremgangsmåde ligger stedet med den højeste temperatur ved berøringsstedet mellem falsekniv og folie, og derfra forløber en temperaturgradient ind i folien.

Fra W. A. Neizerts bog "Schweissen und Heissiegeln von Kunststoffen", Zechner & Htithig Verlag GmbH, Speyer/Rhein, oplag 1972, side 60 og 61 kendes en bukke- og bøjefremgangsmåde til termoplastiske folier, ved hvilken fremgangsmåde en varmekniv trænger ind i folien under lokal smeltning af denne. Også her ligger stedet med den højeste temperatur ved berøringsfladen mellem varmekniven og folien. Bøjningen gemmenføres så tidligt efter varmeknivens borttagning, at rillens endnu smeltede flader berører hinanden og sammensvejses. I modsætning til den fremgangsmådekategori, hvortil den foreliggende opfindelse henhører, er der således ikke tale om en tilvejebringelse af en forberedt bøjekant, men derimod er der tale om en tilvejebringelse af en færdig, d.v.s. permanent og ikke uden videre ophævelig, bøjning.

Fra G. F. Abeles bog "FH-Schweisstechnik", Zechner og Huthig Verlag GmbH, Speyer/Rhein, oplag 1973, side 22-224 er det ligeledes kendt at opvarme en termoplastisk folie mellem højfrekvenselektroder langs en bøjelinie. Det anføres dog udtrykkeligt, at indtrængningsdybden er begrænset til 20% af materialetykkelsen, og at materialet efter højfrekvenspåvirkningen straks udtages fra pressen og formes ved bukning. Der er således heller ikke her tale om en fremgangsmåde til fremstilling af forberedte bøjekanter men kun om en fremgangsmåde til fremstilling af permanente og ikke uden videre på ny ophævelige bøjninger.

U8677 3

Den foreliggende opfindelses formål er at tilvejebringe en fremgangsmåde til fremstilling af forberedte bøjekanter, der er så bløde, at de ikke forårsager nogen som helst forstyrrende tilbagefjedring i emnevæggene under oprejsning, således at de plane emner kan bearbejdes med konventionelle kartonnagemaskiner uden særskilt ekstra udstyr.

Dette formål opnås ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, der er ejendommelig ved, at bøjeværktøjet holdes ved en temperatur under foliematerialets smeltetemperatur, at et elektrisk højfrekvensfelt på i og for sig kendt måde skabes mellem bøjeværktøjet og modværktøjet, at bøjeværktøjet under højfrekvensfeltets virkningstid indpresses i folien til i det mindste 25% af foliens tykkelse, samt at folien mider afkøling af foliematerialet efterlades i ubøjet tilstand.

Bøjeværktøjets temperatur kan hensigtsmæssigt ligge mellem 100°C og 20°C, fortrinsvis mellem 80°C og 60°C, under foliematerialets smeltetemperatur. Oplysning om foliematerialets smeltetemperatur kan hentes fra tabelværker og/eller folieproducenternes bearbejdningsanvisninger. Det er imidlertid også muligt at arbejde helt med et koldt bøjeværktøj, d.v.s. med et sådant værktøj, hvis overflade har rumtemperatur. Værktøjstemperaturen er dog fortrinsvis højere end blødgørelsestemperaturen, d.v.s. at temperaturen ligger mellem blødgøringstemperaturen og smeltetemperaturen, idet de for varmeudviklingen nødvendige svingninger i plastmolekylerne herved begunstiges. Herved er det af betydning, at temperaturgradienten ikke udgår fra bøjeværktøjets overflade, men at der derimod under højfrekvensfeltets indvirkning skabes et temperaturmaksimum i foliens indre, hvilket i forening med bøjeværktøjets indtrængning henholdsvis indtrængningsdybde fører til et karakteristisk og nedenfor nærmere forklaret bøjekanttværsnit.

Dette forløb kan tydes således, at foliematerialet i området omkring yderflademe, d.v.s. ved de steder, som berører bøjeværktøjet og modværktøjet, bibeholder sin konsistens, mens det derimellem beliggende materiale smelter lokalt og snævert begrænset, mens materialet under bøjeværktøjets indtrængningsmekanisme fortrænges lokalt og udvides noget i sideretningen, hvorved der 4 148677 dannes en slags vulster, som giver bøj ekanterne deres karakteristiske tværsnit og bøjeforhold.

De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede bøje-kanter fører til kartonnageemner som, i lighed med emner af karton, kan oprejses, uden at der opstår nogen nævneværdig forstyrrende tilbagefjedring, som gør det nødvendigt at tilvejebringe en overskydende bøjning. Som følge heraf kan et under anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillet emne bearbejdes i konventionelle kartonnage- henholdsvis forpakningsmaskiner, hvorved det til og med er muligt at behandle emner af karton vekslende med emner af termoplastisk folie. Dette er en fordel, som ikke må undervurderes, og som væsentligt letter for ikke at sige muliggør anvendelse af sådanne forberedte emner i stor skala.

Den benyttede frekvens vælges til 27,12 MHz på grund af myndighedernes forskrifter. Det er imidlertid uden videre muligt at forøge frekvensen til 80 henholdsvis 90 MHz, og jo højere frekvensen er, desto hurtigere bliver forløbet. Ved den nævnte frekvens på 27,12 MHz er højfrekvensvirkningstiden ca. 1 sekund, og den efterfølgende afkølingstid bliver ca. yderligere 1 sekund, således at hele forløbet for fremstilling af bløde bøjekanter vil vare ca. 2 sekunder. Bøjeværktøjet og modværktøjet kan også betegnes som elektroder på grund af de elektriske forhold.

Anvendelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ikke begrænset til forberedning af foldeæskeemner, men omfatter også uden videre fremstilling af foldehylstre, æsker med foldebund og foldelåg.

Også med hensyn til foliematerialet fastsættes der ikke nogen principielle grænser. Til folierne stilles kun sædvanlige fysiske krav, såsom slagsejhed, og en smeltetemperatur i det sædvanlige temperaturområde.

Det er allerede anført, at bøjeværktøjet ikke på nogen måde skal opvarmes til temperaturer, der er lig med eller større end foliematerialets smeltetemperatur. Til opnåelse af det ønskede temperaturområde er det derfor specielt hensigtsmæssigt, at bøjeværktøjet i modsætning til kendt teknik afkøles for at opnå 5 148677 ønskede fremgangsmådebetingelser.

Hvad angår værktøjets indtrængningsdybde er det specielt hensigtsmæssigt, at værktøjet indpresses i folien til 40 - 70% af foliens tykkelse, hvorved et fladetryk på 3 - 10 kp/cm2 har vist sig at være særligt hensigtsmæssigt. Denne angivelse henfører sig til værktøjets projektion på den folien, mod hvilken værktøjet presses. Da der sædvanligvis anvendes liste- eller linealformede værktøjer, er værktøjets projektion identisk med horisontalprojektionen. Som tendens kan siges, at der til et lavere fladetryk svarer en højere værktøjstemperatur og omvendt.

Opfindelsen angår desuden et apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, hvilket apparat indeholder et bøjeværktøj med i det mindste ét listeformet enkeltværktøj og et modværktøj samt en højfrekvensgenerator til frembringelse af blødgøringsvarme.

Apparatet ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at bøjeværktøj et ved sin bagside er sat i god varmeledende forbindelse med en køleplade, at højfrekvensgeneratorens udgange er sluttet til på den ene side kølepladen og på den anden side modværktøjet, samt at modværktøjet har en i hovedsagen plan anlægsflade for foliematerialet i løbet af afkøling under blødbøringspunktet.

Et sådant apparat gør det muligt at udøve fremgangsmåden ifølge opfindelsen med de ovenfor angivne fordele. Som højfrekvensgenerator anvendes fortrinsvis en indretning med en arbejds-frekvens på 27,12 MHz, hvilken indretning er i stand til at fremstille bøjekanter med en totallængde på op til ca. 6 m eller mere ved en højfrekvent langtidseffekt på 2500 W og ved en virkningstid på ca. 1 sekund. Selve bøjeværktøjet består af i det mindste ét listeformet enkeltværktøj med en tykkelse på mellem 0,6 mm og 1,0 mm og med god afrunding ved arbejdskanten. Som materiale anvendes et ikke-ferritisk materiale, fortrinsvis messing, eller et umagnetisk stål. Et eller flere enkeltværktøjer indsættes i en værktøjsholdeplade og fasthøres således i denne,, at værktøjerne kan optage de optrædende kræfter og på fuldgod måde overføre varme. Værktøjsholdepladen fremstilles hensigtsmæssigt af aluminium.

6 148677

Den gode varmeledende forbindelse af bøj eværktøj et med kølepladen er herved af speciel betydning. Kølepladen består fortrinsvis også af aluminium og har i sit indre et kanalsystem til føring af et kølemiddel, fortrinsvis vand. Ved styring af kølemiddelmængden, fortrinsvis ved hjælp af termostatisk reguleret kølevandsmængde, er det muligt at holde kølepladen på et sådant temperaturniveau, at bøje-værktøjet i overensstemmelse med opfindelsen holdes ved en temperatur under foliematerialets smeltetemperatur. Uden denne foranstaltning ville bøjeværktøjets temperatur fremfor alt ved længere driftsperioder for apparatet stige til en værdi over foliematerialets smeltetemperatur, således at den fordelagtige udformning af bøjekanten ikke opnås.

Udtrykket "køleplade" skal ses relativt, d.v.s. med hensyn til bøjeværktøjets under drift optrædende temperatur. Det har vist sig at være hensigtsmæssigt, at kølepladen, alt efter det bearbejdede foliemateriale, indstilles på en temperatur på mellem 90°C og 110°C.

Ved anvendelse af et flydende kølemedium, eksempelvis vand, sker dette til at begynde med ved en forvarmning og under driften ved i-blanding af koldt vand i modsvarende mængder. På denne måde opstår en varmestrøm fra det eventuelt til en højere temperatur opvarmede bøjeværktøj og til kølepladen henholdsvis kølemediet.

I apparatet tilsluttes højfrekvensgeneratoren på den ene side til kølepladen og på den anden side til modværktøjet. En sådan tilslutning kan også opnås, ved at højfrekvensgeneratorens udgange tilsluttes til sådanne dele af apparatet, som står i elektrisk ledende forbindelse med på den ene side kølepladen og på den anden side mod-værktøjet.

Af speciel betydning er det endvidere, at modværktøjet har en i hovedsagen plan anlægsflade for foliematerialet under afkølingens forløb ned under blødgøringspunktet. Herved adskiller opfindelsen sig væsentligt fra sådanne kendte modværktøjer, som har fordybninger og/eller fremspring. I disse anbringes det i begyndelsen endnu kolde foliemateriale under en første elastisk formning, hvorefter materialet opvarmes og på ny afkøles i værktøjet, således at der tilvejebringes en permanent bukning eller bøjning, men ingen forberedende bøjekant i den ovenfor beskrevne betydning.

Apparat ifølge opfindelsen adskiller sig ligeledes fra sådanne kendte modværktøjer, som ganske vist er i hovedsagen plane, men som ikke danner en anlægsflade for foliematerialet i løbet af afkølingen under blødgøringspunktet. Derimod skal foliematerialet udtrykkeligt 7 148677 udtages så hurtigt som muligt fra det kendte værktøj og formgives blivende i et yderligere værktøj, og således kan der heller ikke fremstilles forberedte bøjekanter af den indledningsvis definerede art på den angivne måde.

Det er desuden specielt hensigtsmæssigt, at et ekstra stanseværktøj til fraskillelse af det med bøjekanter forsynede folieemne er anordne t på kølepladen. På denne måde er det muligt i én enkelt arbejdstakt at fremstille folieemner, som har en ønsket kontur og er forsynet med de tilstræbte bøjekanter. Et sådant emne kan bearbejdes yderligere analogt med emner af karton, men emnerne har samtlige det ter-moplastiske foliemateriales fordele, såsom en eventuel transparens, fugtbestandighed, elegant udseende, o.s.v. Under indflydelse af højfrekvenspåvirkning af kølepladen og modværktøjet opvarmes foliematerialet også ved stanseværktøjets beliggenhed på hensigtsmæssig måde til en temperatur, som i betragtelig grad letter en gennemtrængning, uden at store trykkræfter kræves herfor. Herved muliggøres indlægning af en folie eller plade af isoleringsmateriale mellem det foliemateriale, som skal bearbejdes, og modværktøjet, hvorved en tilstrækkelig levetid for apparatet opnås til trods for stanseværktøjets indvirkning.

En udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen skal nu beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et vertikalsnit gennem et komplet apparat med samtlige værktøjsdele, pressestativ og højfrekvensgenerator, fig. 2 et delsnit gennem apparatet ifølge fig. 1 og i betragteligt forstørret målestok, fig. 3 en med værktøjet ifølge fig. 1 og 2 fremstillet bøjekant efter en let deformering, og fig. 4 bøjekanten ifølge fig. 3 i dennes slutstilling, d.v.s. som eksempelvis en kant i en færdig og oprejst kapsel eller æske.

I fig. 1 betegnes et pressestativ med 10, og dette stativ har ved sin Øverste del en arbejdscylinder 11. Denne cylinder styres af et styreorgan 12 enten ved hjælp af et program eller med håndkraft i proportion til arbejdsfrekvensen. Arbejdscylinderen 11 indeholder et ikke synligt stempel, der gennem en stempelstang 13 påvirker en trykplade 14. På denne trykplade er der gennem isolatorer 15 fastgjort en køleplade 16 med et system af kølemiddelkanaler 17, som via ledninger 18, hvoraf kun én er synlig i fig. 1, er forbundet med en kølemiddelkilde.

8 148677

Ved kølepladens 16 overflade er der fastgjort en i hovedsagen kongruent værktøjsholderplade 19, i hvilken et bøjeværktøj 20 i form af listeformede enkeltværktøjer er indsat. Fastgørelsen sker på en sådan måde, at bøjeværktøjet ved sin bagside er i god varmeledende forbindelse med kølepladen 16, mens bøjeværktøjets 20 forside henholdsvis arbejdskant rager væsentligt ud fra værktøjsholderpladen.

I værktøjsholderpladen er der desuden indrettet et stanseværktøj 21 i form af lister, som har skarpe kanter og er indrettet til fraskillelse af et emne fra den folie 22, der skal bearbejdes. Folien 22 er et ark eller tilføres fra en ikke vist forrådsrulle.

Under folien 22 og midt for bøjeværktøjet er der anordnet et såkaldt modværktøj 23, mod hvilket en plade 24 af isoleringsmateriale ligger an. Hele værktøjsarrangementet omgives af pressestativet 10, der imidlertid også kan være udformet som et såkaldt C-stativ.

Værktøjssystemet 20 henholdsvis 23 er tilordnet en højfrekvens-generator 25, hvis ene udgang 26 er forbundet med kølepladen 16 gennem, en højfrekvensledning 27, mens den anden udgang 28 står i elektrisk ledende forbindelse med modværktøjet 23 gennem en højfrekvensledning 29 og pressestativet 10. Det viste arrangement har samme virkning som en kondensator, hvilket vil sige, at bøjekanternes fremstilling sker ved kapacitiv opvarmning.

For at opretholde konstante opvarmnings- og afkølingstider styres højfrekvensgeneratoren 25 af styreorganet 12 med samme taktfølge som arbejdscylinderen 11.

De i fig. 2 viste dele har samme henvisningsbetegnelser som modsvarende dele i fig. 1. Det fremgår, at bøjeværktøjet 20 i betragtelig grad rager ud fra værktøjsholderpladen 19 og har form af en smal liste, hvis bort fra kølepladen 16 vendte ende, der også kan betegnes som en arbejdskant, er vel afrundet. Kantradius modsvarer i hovedsagen bøjeværktøjets halve bredde, men afvigelser herfra er også mulige. Under arbejdsforløbets begyndelse befinder værktøjet 20 sig endnu i en løftet stilling, der vises med punkterede linier 20a.

Når folien 22 er indført i en forudbestemt stilling, presses bøjeværktøjet 20 i pilretningen mod folien 22, hvorefter højfrekvensen indkobles. Under indvirkning af den tiltagende folieopvarmning indtrykkes værktøjet i foliefladen, hvorved det i fig. 2 viste folietværsnit opnås. Under formningen løftes folien 22 på begge sider af værktøjet 20 et lille stykke s fra isoleringsmaterialepladen 24, hvorved der opnås en slags krumning på stedet 30, mens folien 22 ved 9 148677 de modstående og mod værktøjet 20 anliggende sider ligger tætsluttende an rundt om værktøjets arbejdskant. Herved opstår der til forskel fra hvad der sker under kendte fremgangsmåder, hvorved værktøjet opvarmes til en temperatur over foliematerialets smeltetemperatur, nedad forløbende og vel afrundede overgange, der er betegnet med 31.

I forbindelse med den kendte fremgangsmåde smelter værktøjet med skarpe kanter sig ind i folien, og der kan endog eventuelt frembringes en opadgående vulst fra foliematerialet (se Neitzert, side 60, bild 75).

Krumningen ved stederne 30 giver ved den modsat værktøjet 20 liggende side anledning til såkaldte vulster 30a, der strækker sig parallelt med værktøjet 20. Den i fig. 2 viste udformning af bøje-kanten 30b skal med hensyn til sin fremkomst tydes på en sådan måde, at foliefladens konsistens i hovedsagen bibeholdes under formgivningsforløbet, mens det i foliens indre beliggende og blødgjorte materiale tvinges ud til siden. Herved beholder folien 22 sin styrke i området uden for bøjekanten 30b, mens selve bøjekanten er overordentlig "blød" og tillader en bøjning af de tilstødende foliedele mod hinanden til en vinkel på mellem 0° og 180°, uden at der optræder en mærkbar tilbagefjedring eller risiko for brud, end ikke ved gentagne bøjninger eller bukninger. Foliematerialets anlægsflade er betegnet med 32, d.v.s. at den på grund af stanseværktøjet 21 nødvendige isoleringsmaterialeplade 24 henregnes til modværktøjet. Det er imidlertid - uden stansning - også principielt muligt at arbejde uden isoleringsmaterialepladen 24. I så fald dannes anlægsfladen 32\ direkte af modværktøjets 23 metalliske overflade.

Bøjningsforløbets begyndelse vises i fig. 3, hvor folien 22 er vendt i forhold til stillingen i fig. 2, således at vulsterne 30a er rettet opad. Foliedelene bøjes opad omkring bøjekanten 30b på en sådan måde, at den af værktøjet 20 dannede rille 30c udvides. Vulsterne ved stederne 30a bliver herved tydeligt synlige.

Fig. 4 viser bøjekanten 30b i dennes slutstilling i en færdig kapsel eller æske. Foliens 22 ved bøjekanten 30b liggende grene danner herved en vinkel på 90°, hvorved rillen 30c er næsten forsvundet. Herved bliver vulsterne ved stederne 30a ligeledes tydeligt synlige.

Det er uden videre muligt at lade hjørnevinklen blive 0°, d.v.s. at lægge bøjekantens grene direkte på hinanden. I virkeligheden udgør forberedte foldekapsler eller æsker et i hovedsagen plant emne, hvis vægelementer ved bøjekanterne skiftevis indeslutter en vinkel 148677 ίο på 0° og en vinkel på 180°. Efter oprejsningen eller opstillingen er samtlige hjørnevinkler 90°. Et foldeæskeemne med bløde bøjekanter fremstillet i overensstemmelse med opfindelsen muliggør én enkel bearbejdning af emriet uden besvær.

Eksempel

Et apparat ifølge fig. 1 udrustes med et bøjeværktøj inkl. stanseværktøj til fremstilling - af en foldeæske til tuber. San foliemateriale blev der'anvendt en højtransparent og blødgøringsmiddelfri folie af hårdt PVC med god slagsejhed og en K-værdi på 60 blandt de såkaldte Suspensions-PVC materialer, . som. var fysiologisk "risikofri/ modtagelig for påtryk samt sammenlimelig, og som havde en ringe tykkelsestolerance. Folien havde en tykkelse på 0,250 mm.

Apparatet blev drevet med en takttid på 2,0 sekunder, hvorved højfrekvensvirkningen varede i 1,0 sekund, og afkølingstiden var ligeledes 1,0 sekund.

Højfrekvensgeneratoren havde en HF-langtidseffekt på 2500 W, et af-- tag fra forsyningsnettet på 5,5 kVA ved fuldlast og en frekvens på 27,12 MHz.

Bøjeværktøjets drift blev styret på_en sådan måde, at værktøjet trængte ca. 0,175 mm, d.v.s. 70% ind i foliematerialet. Bøjeværktøjet havde herunder på grund af kølepladens køling en i hovedsagen stationær temperatur på 1.00°C. Fladetrykket var 5,0 kp/crn^, og bøjeværktøjet havde en tykkelse på 0,8 mm med en kantradius på 0,4 mm.

De fremstillede emner havde fremragende bøjningsvillige bøjekanter, og emnerne kunne uden vanskeligheder forarbejdes til fladklemte foldehylstre eller æsker,“som uden vanskelighed kunne oprejses, fyldes og lukkes på en kartonnagemaskine i et antal på 180 stk. pr. minut. ·