EP4652029A1 - Klebenaht, verfahren und vorrichtung zum verbinden von werkstoffbahnen oder werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren klebstoffs sowie verwendung einer schlagpresse - Google Patents

Klebenaht, verfahren und vorrichtung zum verbinden von werkstoffbahnen oder werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren klebstoffs sowie verwendung einer schlagpresse

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Publication number
EP4652029A1
EP4652029A1 EP24703261.8A EP24703261A EP4652029A1 EP 4652029 A1 EP4652029 A1 EP 4652029A1 EP 24703261 A EP24703261 A EP 24703261A EP 4652029 A1 EP4652029 A1 EP 4652029A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adhesive
impact
seam
sheets
material webs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24703261.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Kott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP4652029A1 publication Critical patent/EP4652029A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B11/00—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding
    • F16B11/006—Connecting constructional elements or machine parts by sticking or pressing them together, e.g. cold pressure welding by gluing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B70/00—Making flexible containers, e.g. envelopes or bags
    • B31B70/60—Uniting opposed surfaces or edges; Taping
    • B31B70/62—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by adhesives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B2155/00—Flexible containers made from webs
    • B31B2155/002—Flexible containers made from webs by joining superimposed webs, e.g. with separate bottom webs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B70/00—Making flexible containers, e.g. envelopes or bags
    • B31B70/60—Uniting opposed surfaces or edges; Taping
    • B31B70/64—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by applying heat or pressure
    • B31B70/642—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by applying heat or pressure using sealing jaws or sealing dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B70/00—Making flexible containers, e.g. envelopes or bags
    • B31B70/60—Uniting opposed surfaces or edges; Taping
    • B31B70/64—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by applying heat or pressure
    • B31B70/645—Making seals transversally to the direction of movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B—MAKING CONTAINERS OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31B70/00—Making flexible containers, e.g. envelopes or bags
    • B31B70/60—Uniting opposed surfaces or edges; Taping
    • B31B70/64—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by applying heat or pressure
    • B31B70/649—Uniting opposed surfaces or edges; Taping by applying heat or pressure using tools mounted on a drum

Definitions

  • the invention relates to an adhesive seam for connecting material webs or material sheets using a thermally activatable adhesive, in particular a hot glue.
  • the material webs or material sheets consist in particular of non-sealable materials such as paper, metal or textile, whereby formed material webs or material sheets or sections thereof are also included in the invention, for example sections of material webs or material sheets already formed into packaging.
  • the invention further relates to a method and a device for connecting material webs or material sheets using a thermally activatable adhesive, whereby the material webs or material sheets are connected along an adhesive seam, and also to the use of an impact press.
  • hot melt adhesive also known as hot melt adhesive, hot glue, hot melt or hot glue
  • the adhesive melts when heated, which activates it for material-to-material joining. After being applied to the bonding point, it cools down within a short time and hardens. As soon as the adhesive has hardened, the bonding point can be loaded immediately.
  • the disadvantage is that splashed hot glue is very difficult to remove when cleaning the equipment.
  • hot glue can only be used on relatively large, stable objects, as sufficient contact pressure is required after application to achieve a strong adhesive bond. Directly applied hot glue is not suitable, especially for flexible materials and very small bonding points.
  • the hot glue can be applied to the entire surface beforehand or exclusively in the area that will later be bonded.
  • Such solutions are known in a wide variety of designs, with the publication DE 10 2019 112 788 A1 being cited as an example. It describes a device and a method for coating material webs or sheets, in particular a paper web or a paper sheet, with hot glue.
  • the hot glue is only applied in strips where bonding is to take place later.
  • the prepared material webs or sheets are then suitable for processing and bonding using a known heat-sealing process. To do this, the coated material web is bonded to another layer of the material in a sealing zone in which the required heat is introduced into the material.
  • Heat sealing refers to thermal joining using heated welding jaws, also known as sealing jaws.
  • a method and a device for heat sealing are described in the publications DE 10 2011 080 462 A1 and DE 10 2016 218 190 A1. There are many efforts to do without heated welding jaws. There are two main reasons for this: the safe packaging of heat-sensitive goods while avoiding the introduction of heat energy and the reduction of energy consumption.
  • the heat input can also be avoided by using a cold-sealable polymer dispersion, as proposed in the publication WO 2011/003864 A1. However, it is necessary to apply the special polymer dispersion at the connection point.
  • an adhesive seam for connecting material webs or material sheets e.g. made of paper, paper materials, but also of metal or textile, formed by means of a thermally activated adhesive that materially connects the material webs or material sheets.
  • an impact pulse acts on the material webs or material sheets arranged one above the other between a pair of unheated impact jaws, between which the adhesive is located. This represents a lifting movement of at least one of the impact jaws running perpendicular to the material webs or material sheets with a penetration time of at least one of the impact jaws into the material webs or material sheets of less than 10 ms, whereby the adhesive seam is formed.
  • the adhesive seam is formed by the impact pulse penetrating the adhesive and deforming it. During the deformation, heat develops in the adhesive, which is thermally activated, with the thermal activation being limited to the area of the adhesive seam, in particular its horizontal extent.
  • the application of the impact pulse also results in a height of the adhesive seam that is less than the height of both material webs or material sheets that lie on top of each other and are joined together with the adhesive seam.
  • the impact pulse also leads to deformation of the material webs or material sheets.
  • the impact impulse penetrates at least 50% into the adhesive, i.e. at least 50% of the adhesive must be deformed.
  • unheated means a temperature of the jaws and the material webs/sheets that is below the softening temperature of the adhesive. If the jaws or the material webs/sheets are slightly heated for other reasons, this does not affect the method according to the invention and the jaws or the material webs/sheets are considered unheated or not preheated within the meaning of the invention.
  • a pair of (unheated) jaws also exists if it is an unequal pair and one jaw works against a flat, non-profiled anvil, which then forms the second jaw of the pair within the meaning of the invention.
  • the impact pulse is a lifting movement of at least one of the impact jaws that runs essentially perpendicular to the material webs or material sheets, with a penetration time of at least one of the impact jaws into the material webs or material sheets with the adhesive in between of less than 10 ms.
  • the penetration time is preferably less than 5 ms, particularly preferably less than 1 ms, and depending on the film thickness, 0.05 to 0.5 ms.
  • the tool either falls onto the structure of material webs or material sheets with the adhesive, preferably at a speed of 1 to 5 m/s as the starting speed for the impact pulse, and is braked to a standstill during the penetration time, releasing and converting the kinetic energy. With the conversion of the kinetic energy of the impact pulse, the adhesive in particular is deformed and heats up in the process.
  • the impact pulse is preferably caused by a mechanical drive, alternatively by an electric magnetic drive.
  • the thermally activated adhesive is applied to at least one of the material webs or material sheets, at least in the area of the adhesive seam or even full-surface application.
  • Full-surface application provides greater flexibility in the position of the adhesive seam, but also involves higher material expenditure for the adhesive and more complicated recycling.
  • the thermally activated adhesive is arranged between the material webs or material sheets at least in the area of the adhesive seam to be produced before the impact pulse is applied, without being connected to one of the material webs or material sheets.
  • a strip of adhesive could be fed from a roll between the material webs or material sheets.
  • An advantageous embodiment or application consists in the material web or the material sheet being connected in the area of the previously opposite edges that were folded over one another by the adhesive seam, which forms a longitudinal seam. In this way, a tube is formed.
  • the material webs or sheets arranged one above the other can therefore also be a folded-over individual material web or sheet.
  • this tube is made into a tubular bag by at least one further adhesive seam, which forms a cross seam and closes the previously formed tube at at least one end with a bottom seam.
  • the opening is also provided with a cross seam, a top seam.
  • a multi-layer tubular bag can also be produced in this way by adding more layers when forming the tube.
  • the impact pulse creates an imprint in the material webs or sheets in the area of the adhesive seam, which is created when the impact jaws hit the material webs or sheets in accordance with the contour of the impact jaws.
  • This effect can be used for other applications, such as for solidifying the material, for embossing information or for aesthetic design.
  • the thermally activated adhesive is a hot-melt adhesive, as is frequently used, not least in the packaging industry.
  • the advantageous application of the invention lies in material webs or sheets, which are made of paper or a paper-based material. These materials are also used in a variety of ways in the packaging industry and are also dependent on an adhesive bond if a material-tight connection is required.
  • the object of the invention is further achieved by methods for joining material webs or material sheets by means of a thermally activated adhesive, wherein the material webs or material sheets are joined along an adhesive seam.
  • an impact pulse a lifting movement of at least one of the impact jaws running perpendicular to the material webs or material sheets, acts on the material webs or material sheets arranged one above the other between a pair of unheated impact jaws. It is not necessary to heat the impact jaws; in fact, this is disadvantageous, especially if the heating, an external heat supply, leads to softening of the material web/material sheet. Preheating of the material web/material sheet is therefore also prohibited.
  • unheated means a temperature of the impact jaws and the material web/material sheet that remains below the softening temperature of the material web/material sheet. If, for other reasons, the impact jaws or the material web/sheet are slightly heated, this does not affect the method according to the invention and the impact jaws or the material web/sheet are considered unheated or not preheated within the meaning of the invention.
  • the material temperature has little influence, unless the material softens to a disadvantage due to excessive temperature.
  • the heating and melting of the adhesive is therefore advantageously limited to an immediate effective zone and a short contact time. Due to the high deformation speed, an adiabatic heating of the adhesive or also the material web/sheet in the effective zone occurs with minimal energy input without heat exchange with the surrounding air and the adjacent areas of the material web/sheet and the adhesive. Only as much adhesive is liquefied as is necessary for the connection. This also prevents liquid adhesive from leaking out of the Joining area, the effective zone is pressed out and does not participate in the joining connection to form the adhesive seam.
  • the adhesive seam is preferably made very narrow, which not least leads to material savings. It also saves time and uses less energy. Such a narrow adhesive seam or such a narrow heat-affected zone cannot be achieved with conventional heat-sealing processes for activating the adhesive, because the heat would be dissipated too quickly and this alone would increase the heated and softened area in the material web/sheet.
  • the impact pulse acts with a penetration time of at least one of the impact jaws into the material webs or material sheets and the adhesive in between for less than 10 ms. It has proven to be advantageous if at least 50% of the adhesive is deformed during the impact pulse. This activates the adhesive and forms the adhesive seam. This is followed immediately by the return stroke of at least one impact jaw in order to release the material web/material sheet with the adhesive seam created.
  • the material webs or sheets and the adhesive are pressed against one another between the pair of impact jaws with a pre-tensioning force Fv.
  • the impact pulse of at least one of the driven impact jaws (or transmitted by at least one of the impact jaws) then acts on the material webs or sheets and the adhesive.
  • the roughness of the tool surfaces, especially of the material webs or sheets arranged one above the other is initially partially compensated with the adhesive.
  • a temperature effect occurs in the effective zone, the resulting adhesive seam, which leads to a local melting of the adhesive for a very short time during the penetration time and the mechanical stress occurring during penetration, at a correspondingly high deformation speed.
  • the speed of sound and a shock impulse time of less than 10 ms, preferably 5 ms, are assumed.
  • the distance of 10 cm a time of 0.25 ms is calculated.
  • the impact pulse achieves an effect on comparable materials that is comparable to ultrasonic sealing, but instead of a large number of pulses of low amplitude in ultrasonic sealing, only a single pulse is applied, the impact pulse according to the invention.
  • the temperature increase required for thermal joining is achieved by a physical-chemical effect in the adhesive.
  • further advantages are achieved, in particular the lack of heat input and thus the thermal protection of a packaged item, which are also crucial for the use of ultrasonic sealing, but without the need for complex system technology with ultrasound generation and sonotrode.
  • the melting of the adhesive remains limited to the effective zone.
  • the environment is not affected by undesirable heat input (e.g. the area around the adhesive seam in a sheet of material or a packaged product), nor does heat flow away to the environment as energy loss.
  • the impact pulse is preferably generated by a mechanical or magnetic drive, whereby the impact jaws are driven directly or the impact pulse is transmitted indirectly by spring force, a drop weight, a magnetic drive or a cam disk drive.
  • the cam disk drive can be used to control particularly fast movements without delay and with an exact amplitude.
  • the spring force and the drop weight can be manually moved into the position where they generate force, so that the method according to the invention can be carried out without an external energy supply.
  • the impact impulse is applied by the upper impact jaw or, alternatively, by both impact jaws acting against each other.
  • the impact jaws can be designed as rollers that also function as feed rollers, for example.
  • the feed rollers apply the pre-tensioning force F v , while the impulse force F is transferred to the material web/sheet or the adhesive arranged between them by an impact on the rollers.
  • the thermally activatable adhesive is applied to at least one of the material webs or material sheets at least in the area of the adhesive seam and is then connected to the material web/material sheet.
  • the thermally activatable adhesive is arranged between the material webs or material sheets at least in the area of the adhesive seam to be produced before the impact pulse is applied, without being connected to one of the two material webs or material sheets.
  • the material web or sheet is connected in the area of the edges by the adhesive seam, which forms a longitudinal seam, in order to form a tube.
  • the tube can be closed by adhesive seams that form transverse seams, and a tubular bag can be produced.
  • a strip of the thermally activatable adhesive is fed at the same time as the material web or the material sheet when the tube is formed from the material web or the material sheet and is introduced between the overlapping edges of the material web or the material sheet or is arranged therebetween.
  • the thermally activated adhesive is a hot-melt adhesive.
  • the material webs or sheets are made of paper or a paper material that requires an adhesive for a material bond and, unlike a plastic film, cannot be welded.
  • an adhesive seam which is designed as a single adhesive point and connects the material webs and sheets by means of a large number of such adhesive points arranged in a row.
  • This allows any Seam shapes, each consisting of a large number of adhesive points, can be produced without the need for correspondingly shaped impact jaws.
  • a low pulse energy is sufficient for the small area of the adhesive points, so that the system can be small and implemented without complex drives.
  • such a process is suitable for material webs/sheets that are completely coated with adhesive.
  • the object of the invention is further achieved by a device for connecting material webs or material sheets using a thermally activated adhesive along an adhesive seam.
  • the device comprises a pair of unheated jaws.
  • a pair of unheated jaws also exists when one jaw works against an abutment, a flat anvil, which then forms the second jaw of the pair.
  • the pair of unheated jaws is intended for the material webs or material sheets arranged one above the other to be introduced with the adhesive arranged between them.
  • a device for generating pulses is included, which is designed to introduce a striking pulse into at least one of the jaws in order to activate the adhesive.
  • the striking pulse represents a lifting movement of at least one of the jaws that runs perpendicular to the material webs or material sheets and has a penetration time of less than 10 ms into the material webs or material sheets and into the adhesive.
  • the impact pulse acts on the material webs or sheets and, by activating the adhesive, forms the adhesive seam in the effective area of the impact jaws.
  • the impact pulse is preferably caused by a drive device.
  • a device for applying a pre-tensioning force (F v ) is provided, by means of which the impact jaws are pressed against one another by means of the pre-tensioning force (F v ) before the impact impulse is applied.
  • the pair of impact jaws consists of at least one first impact jaw with an effective area with a profiled cross-section. It has also proven to be advantageous if the pair of impact jaws includes the second impact jaw with a flat effective area.
  • An advantageous profiled cross-section has a flat profile delimited by two radii R2 with any contour shape with a width a that covers at least the area of the adhesive seam. The profiled cross-section is at the effective point that is connected to the parts to be bonded.
  • the first and/or the second impact jaw are designed as a rolling tool for use in a web-running process with continuous feed, previously also explained in more detail as a high-speed process.
  • the first and/or the second impact jaw are designed as a tool that pivots towards the point of action or as a tool that is temporarily carried along with the web during the bonding process, as is usual and generally known in web-running processes for certain processing stages.
  • the device according to the invention is therefore suitable for installation in packaging systems, whereby established technology for sealing can also be replaced. It has proven advantageous if the pair of impact jaws is made of hardened steel with a ground surface. Furthermore, each of the impact jaws contains elements for attachment to the drive device.
  • the drive device acts on the first impact jaw or, according to a second embodiment, on the first and second impact jaw.
  • the drive device for generating the impact pulse preferably has a spring, a drop weight or a mechanical gear.
  • the mechanical gear is a cam disk gear, the advantages of which have already been explained above.
  • a magnetic drive is provided which directly drives the impact jaw or an associated stamp.
  • a further aspect of the present invention relates to the use of an impact press as a drive device for a device for joining material webs or sheets of material by means of a thermally activatable adhesive, as described above.
  • Pneumatic impact presses are not only suitable for stamping metals, but also for marking plastics or similar products. Small impact presses are also often used in the pharmaceutical industry for stamping medicine boxes. With an impact spring, the The desired impact strength can be precisely set and adjusted and the same embossing results are achieved with each embossing process on the same material.
  • the pre-tensioning effect which also plays a decisive role in the method according to the invention, allows the workpiece to be positioned precisely and deformations are prevented.
  • different embossing tools such as machine stamps, machine type holders and embossing units can be clamped into these machines.
  • An example embossing press has an impact force of 6 kN.
  • Fig. 1 schematically a view of a process sequence of the method according to the invention for joining material web sheets by thermal joining;
  • Fig. 2 schematically a perspective view of an embodiment of an impact jaw according to the invention with an effective area with a flat profiled cross-section, limited by two radii;
  • Fig. 3 schematically a perspective view of an embodiment of a first impact jaw according to the invention with an effective area with a flat profiled cross-section;
  • Fig. 4 schematically a perspective view of an embodiment of a second impact jaw according to the invention with a flat effective area
  • Fig. 5 schematically in two views an embodiment of an impact press
  • Fig. 6 schematic side view of an embodiment of a continuous web running process
  • Fig. 7 schematically in two views a further embodiment of a continuous web running process
  • Fig. 8 schematically a perspective view of an embodiment of an adhesive seam according to the invention on a hose
  • Fig. 9 schematically a perspective view of an embodiment of adhesive seams according to the invention on a tubular bag
  • Fig. 10 schematically a side view of an embodiment of a device according to the invention with a joined material webAbogen
  • Fig. 11 schematically an enlarged view of a schematically an enlarged view of a joint with joined material webs.
  • Fig. 1 shows a schematic view of an embodiment of a process sequence of the method according to the invention for joining material webs/sheets 10 by means of a thermally activated adhesive 11 using an impact pulse.
  • the process sequence is shown in three steps, starting from the left. First, a first impact jaw 2 is moved in the direction of the arrow over the feed path s z to the surface of the material webs/sheets 10, between which the adhesive to be activated, a hot melt adhesive 11, is arranged, until an active profile 6 touches the material webs/sheets 10.
  • the two material webs/sheets 10 to be joined by an adhesive seam 12 lie on the surface of the second impact jaw 4, here designed as a flat anvil.
  • the active profile 6 is also flat and tapers off in radii so as not to damage the material webs/sheets 10.
  • the first impact jaw 2 is pressed with a preload force F v against the material web bends 10 with the hot glue 11 in between.
  • the impulse force F is applied in the third step, which leads to the activation of the hot glue 11, which melts briefly in the effective zone, and thus to the formation of the adhesive seam 12.
  • Fig. 2 shows schematically a perspective view of an embodiment of an impact jaw 2 according to the invention with a flat profiled cross-section which runs into two radii R2 and forms an effective profile 6, as used in Fig. 1.
  • Fig. 3 shows a schematic perspective view of an embodiment of a first impact jaw 2 according to the invention with an effective area 6 with a flat profiled cross-section, as shown in detail in Fig. 2.
  • a receiving opening 8 serves for the use of a clamping bolt (not shown here), with which the first impact jaw 2 is fastened in an impact jaw holder 26 (see Fig. 5) of a machine which applies the preload force F v and the impulse force Fj to the first impact jaw 2.
  • Fig. 4 shows schematically a perspective view of an embodiment of a second impact jaw 4 according to the invention with a flat, anvil-like effective area 6. The second impact jaw 4 is fastened to an impact jaw holder 28 (see Fig. 5).
  • Fig. 5 shows schematically in two views an embodiment of an impact press 20 with which the method according to the invention can be carried out. It is particularly advantageous that such an impact press 20 can be operated without electrical energy and purely manually, in particular designed as a spring impact press according to the embodiment shown.
  • the force required for the feed movement over the feed path s z as well as for the preload force F v and the impulse force Fj are applied by the operator via an operating lever 24.
  • the adhesive seam 12 is produced between the second impact jaw 4, on which the material webs/sheets 10 rest, and the first impact jaw 2, which is fastened in a first impact jaw holder 26.
  • the operating lever 24 is moved and the first impact jaw holder 26 is moved towards the second impact jaw holder 28 via a feed device 32 until the first impact jaw 2 inserted in the first impact jaw holder 26 touches the material web/sheet 10.
  • the required pre-tensioning force F v is applied and after further movement of the operating lever 24, whereby a spring is tensioned, the impulse force Fj is applied to the material web or sheet 10 by triggering the impulse generation 30.
  • the adhesive seam 12 is thus produced in the area of a contact zone between the first impact jaw 2 and the second impact jaw 4.
  • the return stroke of the second impact jaw holder 26 by counter movement of the operating lever 24 leads to the release of the sealed, glued material webs or sheets 10.
  • Fig. 6 shows a schematic side view of an embodiment of a continuous web running process in which the material web/material sheet 10 runs off a web roll 40.
  • the material web sheets 10 run between the first impact jaw 2 and the second impact jaw 4, where the adhesive seam 12 is produced (in the illustration, the adhesive seam 12 is not yet formed).
  • precautions must be taken to ensure the continuity of the web running process even during the action of the pre-tensioning force, but also of the impact impulse. This can be achieved, for example, by cyclically moving and returning the device 1 in or against the direction of web travel or by a web storage device in front of the device 1 (both not shown, but known from the prior art).
  • Fig. 7 shows a schematic side view of another embodiment of a continuous web running process.
  • the pre-tensioning force is applied by pre-tensioning rollers 42, between which the material web/sheets 10 run.
  • Fig. 8 shows a schematic perspective view of an embodiment of an adhesive seam 12 according to the invention on a tube 14 which was formed from a folded over and connected section of a material web 10.
  • the tube 14 can advantageously be used as a sleeve packaging, whereby it is pushed over an otherwise finished packaging.
  • Fig. 9 shows a schematic perspective view of an embodiment of further adhesive seams 12 according to the invention, here on a tubular bag 16.
  • This comprises a tube 14, as shown in Fig. 8, which is closed at both ends with transverse seams. This is usually done on the second, usually upper side after filling with a packaged product. A bottom seam, the lower adhesive seam 12, of the next tubular bag 16 can be created at the same time.
  • Fig. 10 shows a schematic side view of an embodiment of a device 1 according to the invention when gluing the material webs 10 together by forming an adhesive seam 12. This is particularly clear in the enlarged illustration in Fig. 11.
  • the device 1 comprises the impact jaws 2, 4, shown after the return stroke, which releases the adhesive seam 12.
  • Fig. 11 shows a schematic enlarged view of a bonded joint, the adhesive seam 12 with connected material webs 10, whereby the material webs 10 extend on both sides of the adhesive seam 12.
  • the very low adhesive seam 12 is in the effective zone, the material webs 10 melted hot glue 11.
  • the compression is partly due to the fact that the material webs 10 are made of a compressible or heat-sensitive material, the height of which was also reduced by the impact impulse.
  • the hot glue 11 which protrudes undeformed next to the adhesive seam 12, does not appear thickened, as is the case with other state-of-the-art hot-sealing processes due to liquid glue being squeezed out. This makes it clear that no excess glue 11 is melted and displaced. Rather, the heat-affected area 13, the boundary of which to the unaffected material web Abogen

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klebenaht, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen (10) mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, insbesondere eines Heißkleber (11) wobei die Werkstoffbahnen (10) zwischen Schlagbacken (2, 4) entlang einer Klebenaht (12) verbunden werden. Nach der Erfindung wird auf die zwischen einem Paar unbeheizter Schlagbacken (2, 4) übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10), zwischen denen sich der Klebstoff (11) befindet, ein Schlagimpuls angewendet. Durch diesen wird die Klebenaht (12) ausgebildet, indem der Schlagimpuls zumindest teilweise in den Klebstoff (11) eindringt und dieser dadurch aktiviert wird, wobei die Aktivierung sich auf den Bereich der Ausdehnung der Klebenaht (12) beschränkt, und wobei eine Höhe der Klebenaht (12) resultiert, die geringer als die Höhe beider Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) ist, und wobei sämtlicher verflüssigter Klebstoff (11) an der Ausbildung der Klebenaht (12) teilnimmt und der Bereich des verflüssigten Klebstoffs (11) auf die Klebenaht (12) begrenzt bleibt. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer Schlagpresse.

Description

Klebenaht, Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs sowie Verwendung einer Schlagpresse
Die Erfindung betrifft eine Klebenaht zur Verbindung von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, insbesondere eines Heißklebers. Die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen bestehen insbesondere aus nicht siegelbaren Materialien wie Papier, Metall oder Textil, wobei auch umgeformte Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen oder deren Abschnitte von der Erfindung umfasst sind, beispielsweise bereits zu einer Verpackung umgeformte Abschnitte von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, wobei die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen entlang einer Klebenaht verbunden werden, sowie außerdem eine Verwendung einer Schlagpresse.
Ein wichtiges Anwendungsgebiet für das Verbinden, das stoffschlüssige Fügen, mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs ist das Herstellen und Verschließen von Verpackungen, wo ein Heißkleber (auch als Schmelzklebstoff, Heißklebestoff, Hotmelt oder Heißleim bezeichnet) ein schnelles Verschließen, beispielsweise von Schachteln z. B. als Umverpackung oder Sammelverpackung, ermöglicht. Der Klebstoff schmilzt durch Erwärmung, wobei er und für das stoffschlüssige Fügen aktiviert wird. Nach dem Aufträgen auf die Klebestelle erkaltet er innerhalb kurzer Zeit und härtet aus. Sobald der Klebstoff ausgehärtet ist, kann die Klebestelle sofort belastet werden. Nachteilig ist, dass sich verspritzter Heißkleber bei der Reinigung der Anlagen nur sehr schwer entfernen lässt. Zudem ist Heißkleber nur an relativ großen, stabilen Objekten einsetzbar, da nach dem Aufträgen ein ausreichender Anpressdruck erforderlich ist, um eine feste Klebverbindung zu erhalten. Insbesondere für flexible Materialien und sehr kleine Klebestellen sind direkt aufgebrachte Heißkleber nicht geeignet.
Um einen Auftrag des Heißklebers im Moment des Verklebens die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden, kann der Heißkleber bereits zuvor vollflächig oder ausschließlich im späteren Klebebereich aufgebracht werden. Solche Lösungen sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt, wobei die Druckschrift DE 10 2019 112 788 A1 beispielhaft aufgeführt werden soll. Dort werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Beschichten von Werkstoffbahnen oder -bögen, insbesondere eine Papierbahn oder ein Papierbogen, mit Heißkleber beschrieben. Dabei wird der Heißkleber nur streifenweise dort aufgetragen, wo später ein Verkleben erfolgen soll. Die so vorbereiteten Werkstoffbahnen oder -bögen sind dann geeignet, um in einem bekannten Heißsiegelverfahren verarbeitet und verklebt zu werden. Dazu erfolgt in einer Siegelzone, in welcher die erforderliche Wärme in den Werkstoff eingebracht wird, das Verkleben der beschichteten Werkstoffbahn mit einer weiteren Lage des Werkstoffs.
Heißsiegeln bezeichnet thermisches Fügen mittels beheizter Schweißbacken, auch als Siegelbacken bezeichnet. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Heißsiegeln beschreiben die Druckschriften DE 10 2011 080 462 A1 und DE 10 2016 218 190 A1. Es gibt vielfältige Bestrebungen, auf beheizte Schweißbacken zu verzichten. Dafür sind vor allem zwei Gründe ausschlaggebend, das sichere Verpacken wärmeempfindlicher Güter unter Vermeidung des Eintrags von Wärmeenergie und die Verringerung des Energieverbrauchs.
Durch das thermische Fügen mittels Ultraschall kann auf beheizte Schlagbacken verzichtet werden, weil die thermische Wirkung in den zu verbindenden Folien selbst durch den Energieeintrag der Ultraschallschwingungen hervorgerufen wird. Auf diesem Effekt beruhen die Lösungen zum Ultraschallsiegeln, die beispielsweise die Druckschriften DE 699 26 758 T2, DE 10 2009 046 319 A1 und DE 10 2017 121 572 A1 , hier in Kombination mit dem Heißsiegeln, beschreiben. Allerdings sind die für das Ultraschallsiegeln erforderliche maschinentechnische Ausrüstung und die Erzeugung des Ultraschalls sehr aufwändig.
Auch durch Einsatz einer kaltsiegelfähigen Polymerdispersion, wie sie die Druckschrift WO 2011/003864 A1 vorschlägt, kann der Wärmeeintrag vermieden werden. Jedoch ist es erforderlich, die besondere Polymerdispersion an der Verbindungsstell aufzutragen.
Auch andere Verfahren zur Bearbeitung von Werkstoffbahn oder Werkstoffbogen, wie z. B. das Trennen von Werkstoffbahn oder Werkstoffbogen durch einen Schlagimpuls mittels einer Folienstanze gemäß der Druckschrift DE 10 2015 211 622 A1 , sind nicht geeignet, heißkleberbeschichtete Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen miteinander zu verbinden und eine Klebe- bzw. Siegelnaht auszubilden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klebenaht zur Verbindung von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen, z. B. aus Papier, aber auch aus Metall oder Textil, mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs und dazu ein robustes, unaufwändiges Verfahren zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs entlang einer Klebenaht anzubieten. Weitere Aufgaben der Erfindung sehen eine energiesparende und einfache Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs entlang einer Klebenaht sowie die Verwendung einer Schlagpresse vor.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Klebenaht zur Verbindung von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen, z. B. aus Papier, Papierwerkstoffen, aber auch aus Metall oder Textil, ausgebildet mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, der die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen stofflich verbindet. Nach der Erfindung wirkt auf die zwischen einem Paar unbeheizter Schlagbacken übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen, zwischen denen sich der Klebstoff befindet, ein Schlagimpuls. Dieser stellt eine senkrecht zur den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen kürzer als 10 ms dar, wodurch die Klebenaht ausgebildet wird. Die Klebenaht wird ausgebildet, indem der Schlagimpuls in den Klebstoff eindringt und diesen deformiert. Bei der Deformation entwickelt sich Wärme im Klebstoff, dieser wird thermisch aktiviert, wobei sich die thermische Aktivierung auf den Bereich der Klebenaht, insbesondere deren horizontale Ausdehnung, beschränkt.
Aus der Anwendung des Schlagimpulses resultiert weiterhin eine Höhe der Klebenaht, die geringer als die Höhe beider Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen ist, die übereinander liegen und mit der Klebenaht zusammengefügt werden. Der Schlagimpuls führt auch zur Deformation der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen.
Bei der Herstellung der Klebenaht nimmt sämtlicher verflüssigter Klebstoff an der Ausbildung der Klebenaht teil und der Bereich des verflüssigten Klebstoffs bleibt auf die Klebenaht begrenzt. Der Klebstoff tritt also im Gegensatz zum Heißsiegeln nicht aus dem Bereich der Klebenaht heraus, sodass sich keine hieraus resultierenden nachteiligen Verformungen entlang der Klebenaht ergeben. Im Ergebnis wird eine Klebenaht höherer Qualität erreicht und der Klebstoff kann effizienter genutzt werden, indem der Auftrag schmaler und damit in geringerer Menge erfolgen kann. Das Vermeiden von herausgedrücktem Klebstoff, bzw. die Begrenzung des verflüssigten Klebstoffs auf die Klebenaht, sowie weiterhin die Kompression der Naht sind markant für die erfindungsgemäß durch einen Schlagimpuls hergestellte Klebenaht.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schlagimpuls zu mindestens 50 % in den Klebstoff eindringt, d. h. mindestens 50 % des Klebstoffs müssen verformt werden.
Die Wirkung des Schlagimpulses setzt zwischen den unbeheizten Schlagbacken ein. Jedenfalls ist es nicht nötig, die Schlagbacken zu beheizen, sondern sogar nachteilig, vor allem wenn das Beheizen, eine externe Wärmezufuhr, zu einem vorzeitigen Erweichen des Klebstoffs führt. Somit verbietet sich auch ein Vorheizen der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen. Daher ist mit „unbeheizt“ eine Temperatur der Schlagbacken und der Werkstoffbahnen/-bögen gemeint, die unter der Erweichungstemperatur des Klebstoffs liegt. Wenn aus anderen Gründen eine geringfügige Beheizung der Schlagbacken oder der Werkstoffbahnen/-bögen erfolgt, so wirkt sich dies nicht auf das erfindungsgemäße Verfahren aus und die Schlagbacken bzw. die WerkstoffbahnenAbögen gelten als unbeheizt bzw. nicht vorgewärmt im Sinne der Erfindung. Ein Paar (unbeheizter) Schlagbacken liegt auch dann vor, wenn es sich um ein ungleiches Paar handelt und eine Schlagbacke gegen einen flachen, nicht profilierten Amboss arbeitet, der dann die zweite Schlagbacke des Paars im Sinne der Erfindung bildet.
Der Schlagimpuls ist eine im Wesentlichen senkrecht zu den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mit dem Klebstoff dazwischen von weniger als 10 ms. Vorzugsweise beträgt die Eindringdauer weniger als 5 ms, besonders bevorzugt weniger als 1 ms, dabei je nach Foliendicke 0,05 bis 0,5 ms. Dazu stürzt entweder das Werkzeug, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 5 m/s als Startgeschwindigkeit für den Schlagimpuls, auf den Aufbau von Werkstoffbahnen bzw. Werkstoffbögen mit dem Klebstoff und wird während der Eindringzeit unter Abgabe und Umwandlung der kinetischen Energie bis zum Stillstand abgebremst. Mit der Umwandlung der kinetischen Energie des Schlagimpulses wird insbesondere der Klebstoff verformt und erwärmt sich dabei. Der Schlagimpuls wird vorzugsweise durch einen mechanischen Antrieb hervorgerufen, alternativ durch einen elektrischen Magnetantrieb.
Nach einer ersten Alternative ist der thermisch aktivierbare Klebstoff auf wenigstens einer der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen, zumindest in Bereich der Klebenaht oder auch vollflächig, aufgebracht. Der vollflächige Auftrag geht mit einer höheren Flexibilität bei der Lage der Klebenaht, aber auch mit höherem Materialaufwand für den Klebstoff und einem komplizierteren Recycling einher.
Nach einer zweiten Alternative wird der thermisch aktivierbare Klebstoff vor dem Aufbringen des Schlagimpulses zwischen den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen zumindest in den Bereich der herzustellenden Klebenaht angeordnet, ohne mit einer der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen verbunden zu sein. In einem Bahnlaufprozess könnte hierfür beispielsweise ein Streifen Klebstoff von einer Rolle zwischen die Werkstoffbahnen oderWerkstoffbögen zugeführt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform bzw. Anwendung besteht darin, dass die Werkstoffbahn oder der Werkstoffbogen im Bereich der übereinander umgeschlagenen, zuvor gegenüberliegenden Ränder durch die Klebenaht, die eine Längsnaht ausbildet, verbunden werden. Auf diese Weise wird ein Schlauch gebildet. Die übereinander angeordneten Werkstoffbahnen bzw. -bögen können daher auch eine umgeschlagene einzelne Werkstoffbahn oder-bogen sein.
Dieser Schlauch wird nach einer weiteren Ausführungsform durch wenigstens eine weitere Klebenaht, die eine Quernaht ausbildet und die den zuvor gebildeten Schlauch an wenigstens einem Ende mit einer Bodennaht abschließt, zu einem Schlauchbeutel. Zum Verschließen des Schlauchbeutels wird auch die Öffnung mit einer Quernaht, einer Kopfnaht, versehen. Auch ein mehrlagiger Schlauchbeutel kann so erzeugt werden, indem entsprechend mehr Lagen bei der Bildung des Schlauchs zugeführt werden.
Es hat sich gezeigt, dass durch den Schlagimpuls eine Prägung in den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen im Bereich der Klebenaht erzeugt wird, die mit dem Aufschlag der Schlagbacken auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen entsprechend der Kontur der Schlagbacken entsteht. Dieser Effekt kann für weitere Anwendungen genutzt werden, wie z. B. für eine Verfestigung des Materials, für das Einprägen von Informationen oder zur ästhetischen Gestaltung.
Vorzugsweise ist der thermisch aktivierbare Klebstoff ein Heißkleber, wie er häufig und nicht zuletzt in der Verpackungsbranche angewandt wird. Vor diesem Hintergrund liegt die vorteilhafte Anwendung der Erfindung bei Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen, die aus Papier oder einem Papierwerkstoff bestehen. Diese Materialien finden ebenfalls in Verpackungsbranche vielfältige Verwendung und sind zudem auf eine Klebeverbindung angewiesen, wenn eine stoffschlüssige Verbindung gefordert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch Verfahren zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, wobei die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen entlang einer Klebenaht verbunden werden. Nach der Erfindung wirkt auf die zwischen einem Paar unbeheizter Schlagbacken übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen ein Schlagimpuls, eine senkrecht zu den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken. Es ist nicht nötig, die Schlagbacken zu beheizen, sondern eher nachteilig, vor allem wenn das Beheizen, eine externe Wärmezufuhr, zu einem Erweichen der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens führt. Somit verbietet sich auch ein Vorheizen der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens. Daher ist mit „unbeheizt“ eine Temperatur der Schlagbacken und der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens gemeint, die unter der Erweichungstemperatur der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens bleibt. Wenn aus anderen Gründen eine geringfügige Beheizung der Schlagbacken oder der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens erfolgt, so wirkt sich dies nicht auf das erfindungsgemäße Verfahren aus und die Schlagbacken bzw. die Werkstoffbahn/der Werkstoffbogen gelten als unbeheizt bzw. nicht vorgewärmt im Sinne der Erfindung.
Wegen des schnellen Temperaturanstiegs hat die Materialtemperatur kaum einen Einfluss, soweit es nicht zu einem nachteiligen Erweichen des Materials durch eine zu hohe Temperatur kommt. Ebenso verhält es sich mit den Schlagbacken, die nicht vorgeheizt bzw. nicht vorgewärmt sein müssen, da die zum Kleben erforderliche Temperatur in sehr kurzer Zeit während des Impulses in dem Materialaufbau bzw. im Klebstoff selbst erzeugt wird. Die Erwärmung und das Aufschmelzen des Klebstoffs wird deshalb vorteilhafterweise auf eine unmittelbare Wirkzone und eine kurze Kontaktzeit beschränkt. Durch die hohe Verformungsgeschwindigkeit erfolgt bei minimalem Energieeintrag eine adiabatische Erwärmung des Klebstoffs bzw. auch der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens in der Wirkzone ohne Wärmeaustausch mit der umgebenden Luft und den angrenzenden Bereichen der Werkstoffbahn/des Werkstoffbogens und dem Klebstoff. Es wird nur so viel Klebstoff verflüssigt, wie für die Verbindung nötig ist. Damit wird zugleich vermieden, dass flüssiger Klebstoff aus dem Fügebereich, der Wirkzone herausgedrückt wird und nicht an der Fügeverbindung zur Ausbildung der Klebenaht teilnimmt.
Die Klebenaht wird vorzugsweise sehr schmal ausgeführt, was nicht zuletzt zur Materialeinsparung führt. Daneben kommt es zur Zeitersparnis und einem geringen Energieeintrag. Eine solch schmale Klebenaht bzw. eine derart schmale Wärmeeinflusszone ist mit herkömmlichen Heißsiegelverfahren zur Aktivierung des Klebstoffs nicht erreichbar, weil die Wärme zu schnell abgeleitet würde und sich allein dadurch der erwärmte und erweichte Bereich in der Werkstoffbahn/dem Werkstoffbogen vergrößern würde.
Der Schlagimpuls wirkt mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen und den dazwischen befindlichen Klebstoff kürzer als 10 ms ein. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beim Schlagimpuls mindestens 50 % des Klebstoffs verformt werden. Dabei wird der Klebstoff aktiviert und die Klebenaht ausgebildet. Dies wird gefolgt vom unmittelbar erfolgenden Rückhub der wenigstens einen Schlagbacke, um die Werkstoffbahn/den Werkstoffbogen mit der geschaffenen Klebenaht freizugeben.
In einem dem Schlagimpuls vorgelagerten Schritt werden die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen und der Klebstoff zwischen dem Paar der Schlagbacken mit einer Vorspannkraft Fv gegeneinander gedrückt. Danach wirkt der Schlagimpuls wenigstens einer der angetriebenen Schlagbacken (oder weitergeleitet durch wenigstens eine der Schlagbacken) auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen und den Klebstoff ein. Somit werden, alternativ zum Werkzeug, das unmittelbar auf die Werkstoffbahn/den Werkstoffbogen stürzt, zunächst die Rauigkeit der Werkzeugoberflächen, vor allem der übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder -bögen mit dem Klebstoff teilweise ausgeglichen. In allen Fällen entsteht in der Wirkungszone, der entstehenden Klebenaht, ein Temperatureffekt, der zu einem lokalen, während der Eindringdauer und der beim Eindringen erfolgenden mechanischen Beanspruchung sehr kurzzeitigen Aufschmelzen des Klebstoffs bei entsprechend hoher Verformungsgeschwindigkeit führt.
Bei der Weiterleitung des Schlagimpulses, insbesondere durch die Schlagbacken, wird von Schallgeschwindigkeit und von einer Stoßimpulszeit von unter 10 ms, vorzugsweise 5 ms, ausgegangen. Für den Impuls Stahl/Stahl wurde für die Strecke von 10 cm eine Zeit von 0,25 ms errechnet. Mit dem Schlagimpuls wird eine mit dem Ultraschallsiegeln vergleichbare Wirkung auf vergleichbare Materialien erzielt, allerdings wird anstelle einer großen Zahl von Impulsen geringer Amplitude beim Ultraschallsiegeln nur ein einziger Impuls aufgebracht, der Schlagimpuls gemäß der Erfindung. Bei beiden Verfahren, bei Einsatz von Ultraschall und eines Schlagimpulses, erfolgt die für das thermische Fügen erforderliche Temperaturerhöhung durch eine physikalisch-chemische Wirkung im Klebstoff. Zugleich werden weitergehende Vorteile verwirklicht, insbesondere der fehlende Wärmeeintrag und damit der thermische Schutz eines Packgutes, die auch für den Einsatz des Ultraschallsiegelns ausschlaggebend sind, jedoch ohne dass die aufwändige Anlagentechnik mit Ultraschallerzeugung und Sonotrode erforderlich ist.
Das Aufschmelzen des Klebstoffs bleibt auf die Wirkungszone begrenzt. In der Folge wird weder die Umgebung durch unerwünschten Wärmeeintrag (z. B. die Umgebung der Klebenaht in WerkstoffbahnAbogen oder ein Packgut) beeinflusst, noch Wärme als Energieverlust an die Umgebung abfließt.
Der Schlagimpuls wird vorzugsweise durch einen mechanischen oder magnetischen Antrieb hervorgerufen, wobei der Antrieb der Schlagbacken unmittelbar oder der mittelbar weitergeleitete Schlagimpuls durch Federkraft, ein Fallgewicht, einen Magnetantrieb oder ein Kurvenscheibengetriebe erfolgt. Mit dem Kurvenscheibengetriebe können besonders schnelle Bewegungen verzögerungsfrei und mit exakter Amplitude gesteuert werden. Vor allem die Federkraft und das Fallgewicht können manuell in die Position gebracht werden, wo sie Kraft erzeugen, sodass das erfindungsgemäße Verfahren ohne externe Energiezufuhr ausgeführt werden kann.
Der Schlagimpuls wird durch die obere Schlagbacke oder, alternativ hierzu, durch beide Schlagbacken, die gegeneinander wirken, aufgebracht. Insbesondere bei gegeneinander wirkenden Schlagbacken können diese auch für einen schnelllaufenden Prozess, beispielsweise in einer Schlauchbeutelmaschine, z. B. mit 100 Takten pro Minute, verwendet und in diesen integriert werden. Dabei können die Schlagbacken als Rollen, die beispielsweise zugleich als Vorschubrollen fungieren, ausgeführt sein. Die Vorschubrollen bringen die Vorspannkraft Fv auf, während die Impulskraft F, durch einen Schlag auf die Rollen auf die Werkstoffbahn/den Werkstoffbogen bzw. den dazwischen angeordneten Klebstoff übertragen wird. Nach einer ersten Alternative wird der thermisch aktivierbare Klebstoff auf wenigstens einer der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen zumindest im Bereich der Klebenaht aufgebracht und ist dann mit der Werkstoffbahn/dem Werkstoffbogen verbunden. Nach einer zweiten Alternative wird der thermisch aktivierbare Klebstoff vor dem Aufbringen des Schlagimpulses zwischen den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen zumindest im Bereich der herzustellenden Klebenaht angeordnet, ohne mit einer der beiden Werkstoffbahnen oderWerkstoffbögen verbunden zu sein.
Weiterhin hat es sich vorteilhaft erwiesen, wenn die Werkstoffbahn oder der Werkstoffbogen im Bereich der Ränder durch die Klebenaht, die eine Längsnaht ausbildet, verbunden werden, um einen Schlauch zu bilden. Zudem kann der Schlauch durch Klebenähte, die Quernähte ausbilden, abgeschlossen und ein Schlauchbeutel erzeugt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Streifen des thermisch aktivierbaren Klebstoffs zugleich mit der Werkstoffbahn oder dem Werkstoffbogen bei der Formung des Schlauchs aus der Werkstoffbahn oder dem Werkstoffbogen zugeführt und zwischen die überlappenden Ränder der Werkstoffbahn oder des Werkstoffbogens eingebracht bzw. dazwischen angeordnet.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem Aufschlag der Schlagbacken auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen eine Prägung in den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen entsprechend der Kontur der Schlagbacken erzeugt wird. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die gegeneinander wirkenden Schlagbacken in einem kontinuierlichen, schnelllaufenden Prozess verwendet werden, wie oben bereits näher ausgeführt.
Vorzugsweise ist der thermisch aktivierbare Klebstoff ein Heißkleber. Vorzugsweise bestehen die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen aus Papier oder einem Papierwerkstoff, der für eine stoffliche Verbindung einen Klebstoff benötigt und im Gegensatz zu einer Kunststofffolie nicht verschweißt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Alternative ist eine Klebenaht, die als ein Klebepunkt ausgeführt ist und durch eine Vielzahl von aneinandergereihten derartigen Klebepunkten die WerkstoffbahnenAbögen verbindet. Dadurch lassen sich beliebige Nahtformen, die jeweils aus einer Vielzahl von Klebepunkten bestehen, herstellen, ohne dass entsprechend geformte Schlagbacken nötig würden. Zudem ist eine geringe Impulsenergie für die kleine Fläche der Klebepunkte ausreichend, sodass die Anlage klein und ohne aufwändige Antriebe realisierbar ist. Um eine breite Flexibilität zu erreichen, bietet sich ein solches Verfahren für vollständig mit Klebstoff beschichtete WerkstoffbahnenAbögen an.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs entlang einer Klebenaht. Nach der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Paar unbeheizter Schlagbacken. Ein Paar unbeheizter Schlagbacken liegt auch dann vor, wenn eine Schlagbacke gegen ein Widerlager, einen flachen Amboss arbeitet, der dann die zweite Schlagbacke des Paars bildet. Das Paar unbeheizter Schlagbacken ist dafür vorgesehen, dass die übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mit dem dazwischen angeordneten Klebstoff eingebracht werden. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Impulserzeugung umfasst, die ausgeführt ist, zur Aktivierung des Klebstoffs einen Schlagimpuls in wenigstens eine der Schlagbacken einzutragen. Der Schlagimpuls stellt eine senkrecht zu den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken dar, die eine Eindringdauer in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen und in den Klebstoff kürzer als 10 ms aufweist. Der Schlagimpuls wirkt auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen ein und bildet durch Aktivierung des Klebstoffs die Klebenaht in dem Wirkbereich der Schlagbacken aus. Der Schlagimpuls wird vorzugsweise durch eine Antriebsvorrichtung hervorgerufen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Einrichtung zum Aufbringen einer Vorspannkraft (Fv) vorgesehen, durch die die Schlagbacken vor dem Aufbringen des Schlagimpulses mittels der Vorspannkraft (Fv) gegeneinander gedrückt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht das Paar Schlagbacken aus wenigstens einer ersten Schlagbacke mit einem Wirkbereich mit profiliertem Querschnitt. Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn das Paar Schlagbacken die zweite Schlagbacke mit flächigem Wirkbereich umfasst. Ein vorteilhafter profilierter Querschnitt weist ein von zwei Radien R2 begrenztes Flachprofil mit beliebiger Konturform mit einer Breite a, die zumindest den Bereich der Klebenaht überdeckt, auf. Der profilierte Querschnitt ist an der Wirkstelle, die mit den zu verklebenden WerkstoffbahnenAbögen während des Klebevorgangs bzw. des Schlagimpulses in Kontakt steht, nach einer bevorzugten Ausführungsform als von zwei Radien R2, bevorzugt mit R2 = 1 bis 4 mm, beidseits begrenztes Flachprofil mit einer Breite a, mindestens a = 2 mm, ausgebildet.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform sind die erste und/oder die zweite Schlagbacke als Rollwerkzeug zur Wirkung in einem Bahnlaufprozess mit fortlaufendem Vorschub ausgeführt, zuvor auch als schnelllaufender Prozess näher erläutert. Alternativ dazu sind die erste und/oder die zweite Schlagbacke als zur Wirkstelle hin schwenkendes Werkzeug oder als ein während des Klebevorgangs mit der Bahn zeitweise mitgeführtes Werkzeug ausgeführt ist, so wie dies bei Bahnlaufprozessen für bestimmte Bearbeitungsstufen üblich und generell bekannt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher zum Einbau in Verpackungsanlagen, wobei auch etablierte Technik zum Siegeln ersetzt werden kann, geeignet. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Paar Schlagbacken aus gehärtetem Stahl mit geschliffener Oberfläche ausgeführt ist. Weiterhin enthält jede der Schlagbacken Elemente zur Befestigung an der Antriebsvorrichtung.
Die Antriebsvorrichtung wirkt nach einer ersten Ausführungsform auf die erste Schlagbacke oder nach einer zweiten Ausführungsform auf die erste und die zweite Schlagbacke. Die Antriebsvorrichtung zur Erzeugung des Schlagimpulses weist vorzugsweise eine Feder, ein Fallgewicht oder ein mechanisches Getriebe auf. Das mechanische Getriebe ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ein Kurvenscheibengetriebe, dessen Vorteile oben bereits erläutert wurden. Weiterhin ist ein Magnetantrieb vorgesehen, der die Schlagbacke bzw. einen zugehörigen Stempel direkt antreibt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer Schlagpresse als Antriebsvorrichtung für eine Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs, wie zuvor beschrieben.
Pneumatische Schlagpressen eignen sich nicht nur zum Prägen von Metallen, sondern auch zum Markieren von Kunststoffen oder ähnlichen Produkten. Auch in der Pharmaindustrie werden kleine Schlagpressen zum Prägen von Medikamentenschachteln häufig verwendet. Mit einer Schlagfeder kann die gewünschte Schlagstärke genau eingestellt und justiert werden und man erreicht bei jedem Prägevorgang im gleichen Material die gleichen Prägeergebnisse. Der Vorspanneffekt, der auch für das erfindungsgemäße Verfahren eine entscheidende Rolle spielt, erlaubt eine exakte Positionierung des Werkstücks und Deformierungen werden verhindert. Mittels eines Spannsystems können unterschiedliche Prägewerkzeuge wie Maschinenstempel, Maschinentypenhalter und Prägewerke in diesen Maschinen eingespannt werden. Eine beispielhafte Prägepresse besitzt eine Schlagkraft von 6 kN.
Gegenüber den etablierten Siegelverfahren wie Wärme-Kontaktsiegeln oder Ultraschallsiegeln bietet das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren folgende Vorteile:
• kalte Werkzeuge, adiabatischer Fügeprozess,
• Verwendung bei wärmeempfindlichen Produkten möglich,
• sehr kostengünstige und robuste Anlagen- und Werkzeugtechnik,
• rein mechanische und handbetriebene Lösungen umsetzbar (Federvorspannung),
• extrem kurze Prozesszeit,
• kleinste Nahtbreiten realisierbar,
• durch Profilmuster der Werkzeuge sind spezifische Naht- bzw. Prägemuster erzielbar,
• Übliche Verpackungsformen (Siegelrandbeutel, Schlauchbeutel) umsetzbar,
• sehr geringer Energiebedarf, dadurch sehr hoher energetischer Wirkungsgrad.
Zum Vergleich, beim Wärmeimpulsfügen einer Werkstoffbahn/eines Werkstoffbogens mit einer Dicke von 20 bis 100 pm und einer üblichen Nahtlänge ist ein elektrisch erzeugter Wärmeimpuls von 0,8 Sekunden bei 165 °C notwendig. Das entspricht an einer Siegelzange einem Energieverbrauch von 200 J. Für das Fügen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist demgegenüber nur ein Energiebedarf von 5 J für dieselbe Nahtlänge erforderlich. Das entspricht einer Energieeinsparung von 97,5 %.
Aus den zuvor genannten Vorteilen ergeben sich in den folgenden Einsatzbereichen vorteilhafte Anwendungsgebiete: • Verpackungsprozess mit WerkstoffbahnAbogen (technische Produkte, Lebensmittel, Medizinprodukte) sowohl für schnelllaufende Serienanwendungen als auch für Einzelprozesse bei dezentraler Produktion,
• Einsatz für kontinuierliche Prozesse aufgrund hoher Prozessgeschwindigkeit,
• Einsatz bei recyclingfähigen und kompostierbaren Folien,
• Anwendungen zum Versiegeln ohne elektrische Energie mittels Federvorspannung für mobilen Einsatz, Medizintechnik für Entwicklungshilfe (Verpacken medizinischer Proben vor Ort), Katastrophenhilfe (Verschließen von Sandsäcken),
• Verpackung in staubbelasteter Umgebung.
Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : schematisch eine Ansicht eines Verfahrensablaufs des erfindungsgemäßen Verfahren zum Verbinden von WerkstoffbahnAbogen durch thermisches Fügen;
Fig. 2: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schlagbacke mit einem Wirkbereich mit eben profiliertem Querschnitt, begrenzt durch zwei Radien;
Fig. 3: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ersten Schlagbacke mit einem Wirkbereich mit eben profiliertem Querschnitt;
Fig. 4: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweiten Schlagbacke mit einem ebenen Wirkbereich;
Fig. 5: schematisch in zwei Ansichten eine Ausführungsform einer Schlagpresse;
Fig. 6: schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform eines kontinuierlichen Bahnlaufprozesses;
Fig. 7: schematisch in zwei Ansichten eine weitere Ausführungsform eines kontinuierlichen Bahnlaufprozesses;
Fig. 8: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klebenaht an einem Schlauch;
Fig. 9: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform von erfindungsgemäßen Klebenähten an einem Schlauchbeutel;
Fig. 10: schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einer gefügten WerkstoffbahnAbogen und Fig. 11 : schematisch eine vergrößerte Ansicht einer schematisch eine vergrößerte Ansicht einer Fügestelle mit gefügten WerkstoffbahnenAbögen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Ansicht einer Ausführungsform eines Verfahrensablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden von WerkstoffbahnenAbögen 10 mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs 11 unter Anwendung eines Schlagimpulses. Der Verfahrensablauf wird in drei Schritten von links beginnend dargestellt. Zunächst wird eine erste Schlagbacke 2 über den Zustellweg sz hinweg bis zur Oberfläche der WerkstoffbahnenAbögen 10, zwischen denen der zu aktivierende Klebstoff, ein Heißkleber 11 angeordnet ist, in Pfeilrichtung bewegt, bis ein Wirkprofil 6 die WerkstoffbahnAbogen 10 berührt. Die beiden durch eine Klebenaht 12 zu verbindenden WerkstoffbahnenAbögen 10 liegen dabei auf der Oberfläche der zweiten Schlagbacke 4, hier als flacher Amboss ausgeführt. Das Wirkprofil 6 ist ebenfalls flach und läuft in Radien aus, um die WerkstoffbahnAbogen 10 nicht zu beschädigen.
In einem zweiten Schritt wird die erste Schlagbacke 2 mit einer Vorspannkraft Fv gegen die WerkstoffbahnenAbögen 10 mit dem dazwischen befindlichen Heißkleber 11 gedrückt. Unter der so geschaffenen Vorlast, die Rauigkeiten und die Elastizität des Materialaufbaus ausgleicht, wird im dritten Schritt die Impulskraft F, aufgebracht, die zum Aktivieren des Heißklebers 11 , der dabei kurzzeitig in der Wirkzone aufschmilzt, und damit zum Ausbilden der Klebenaht 12 führt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schlagbacke 2 mit einem eben profilierten Querschnitt, der in zwei Radien R2 ausläuft und ein Wirkprofil 6 ausbildet, wie in Fig. 1 angewendet. Bei einem beispielhaften Wirkprofil 6 beträgt der bevorzugte Radius R2 = 1 bis 4 mm und das ebene Profil hat mindestens eine Breite von a = 2 mm.
Fig. 3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen ersten Schlagbacke 2 mit einem Wirkbereich 6 mit eben profiliertem Querschnitt, wie in Fig. 2 im Detail gezeigt. Eine Aufnahmeöffnung 8 dient dem Einsatz eines hier nicht dargestellten Einspannbolzens, mit dem die erste Schlagbacke 2 in einer Schlagbackenaufnahme 26 (vergleiche Fig. 5) einer Maschine befestigt wird, die die Vorspannkraft Fv und die Impulskraft Fj auf die erste Schlagbacke 2 aufbringt. Fig. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweiten Schlagbacke 4 mit einem ebenen, ambossartigen Wirkbereich 6. Die zweite Schlagbacke 4 wird auf einer Schlagbackenaufnahme 28 (vergleiche Fig. 5) befestigt.
Fig. 5 zeigt schematisch in zwei Ansichten eine Ausführungsform einer Schlagpresse 20, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Besonders vorteilhaft ist, dass eine solche Schlagpresse 20 ohne Elektroenergie und rein manuell betrieben werden kann, insbesondere ausgeführt als Federschlagpresse gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel. Die erforderliche Kraft für die Vorschubbewegung über den Zustellweg sz sowie auch für die Vorspannkraft Fv und die Impulskraft Fj werden durch den Bediener über einen Bedienhebel 24 aufgebracht.
Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 wird zwischen der zweiten Schlagbacke 4, auf dem die WerkstoffbahnenAbögen 10 aufliegen, und der ersten Schlagbacke 2, die in einer ersten Schlagbackenaufnahme 26 befestigt ist, die Klebenaht 12 hergestellt. Dazu wird der Bedienhebel 24 bewegt und über eine Vorschubeinrichtung 32 die erste Schlagbackenaufnahme 26 auf die zweite Schlagbackenaufnahme 28 zubewegt, bis die in der ersten Schlagbackenaufnahme 26 eingesetzte erste Schlagbacke 2 die Werkstoffbahn/den Werkstoffbogen 10 berührt.
Durch weitere Bewegung des Bedienhebels 24 wird die erforderliche Vorspannkraft Fv und nach weiterer Bewegung des Bedienhebels 24, wobei eine Feder gespannt wird, die Impulskraft Fj durch Auslösen der Impulserzeugung 30 auf die WerkstoffbahnA bogen 10 aufgebracht. Die Klebenaht 12 ist damit im Bereich einer Kontaktzone zwischen der ersten Schlagbacke 2 und der zweiten Schlagbacke 4 hergestellt. Der Rückhub der zweiten Schlagbackenaufnahme 26 durch Gegenbewegung des Bedienhebels 24 führt zur Freigabe der gesiegelten, miteinander verklebten Werkstoffbahnen bzw. -bögen 10.
Fig. 6 zeigt schematisch in Seitenansicht eine Ausführungsform eines kontinuierlichen Bahnlaufprozesses, bei dem die Werkstoffbahn/der Werkstoffbogen 10 von einer Bahnrolle 40 abläuft. In der Vorrichtung 1 zum Verbinden von WerkstoffbahnenAbögen 10 durch Verkleben laufen die WerkstoffbahnenAbögen 10 zwischen der ersten Schlagbacke 2 und der zweiten Schlagbacke 4 hindurch, wo die Herstellung der Klebenaht 12 (in der Darstellung ist die Klebenaht 12 noch nicht gebildet) erfolgt. Es müssen jedoch Vorkehrungen getroffen werden, um die Kontinuität des Bahnlaufprozesses auch während des Einwirkens vor allem der Vorspannkraft, aber auch des Schlagimpulses, sicherzustellen. Dies kann beispielsweise durch ein taktweises Mitführen und Rückführen der Vorrichtung 1 in bzw. gegen die Bahnlaufrichtung oder durch einen Bahnspeicher vor der Vorrichtung 1 realisiert werden (beides nicht dargestellt, aber aus dem Stand der Technik bekannt).
Fig. 7 zeigt schematisch in Seitenansicht eine weitere Ausführungsform eines kontinuierlichen Bahnlaufprozesses. Durch Vorspannrollen 42, zwischen denen die Werkstoffbahn/-bögen 10 hindurchlaufen, wird die Vorspannkraft aufgebracht. Eine Einrichtung zur Impulserzeugung 30, insbesondere ein Schlaggetriebe, wirkt auf eine oder beide Vorspannrollen 42, sodass die Klebenaht 12 erzeugt wird.
Fig. 8 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Klebenaht 12 an einem Schlauch 14, der aus einem umgeschlagenen und verbundenen Abschnitt einer Werkstoffbahn 10 gebildet wurde. Der Schlauch 14 kann vorteilhaft als Sleeve-Verpackung zum Einsatz kommen, wobei er über eine ansonsten fertiggestellte Verpackung geschoben wird.
Fig. 9 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform von weiteren erfindungsgemäßen Klebenähten 12, hier an einem Schlauchbeutel 16. Dieser umfasst einen Schlauch 14, wie in Fig. 8 dargestellt, der an beiden Enden mit Quernähten verschlossen ist. Dies erfolgt an der zweiten, zumeist oberen Seite üblicherweise nach dem Befüllen mit einem Packgut. Eine Bodennaht, die untere Klebenaht 12, des nächsten Schlauchbeutels 16 kann zugleich erzeugt werden.
Fig. 10 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei einem Verkleben der WerkstoffbahnenAbögen 10, indem eine Klebenaht 12 gebildet wird. Dies wird in der vergrößerten Darstellung in Fig. 11 besonders deutlich. Die Vorrichtung 1 umfasst die Schlagbacken 2, 4, dargestellt nach dem Rückhub, der die Klebenaht 12 freigibt.
Fig. 11 zeigt schematisch eine vergrößerte Ansicht einer geklebten Fügestelle, der Klebenaht 12 mit verbundenen WerkstoffbahnenAbögen 10, wobei sich die WerkstoffbahnenAbögen 10 beidseits der Klebenaht 12 erstrecken. Dabei ist die sehr niedrige Klebenaht 12 in der Wirkzone, der mit der WerkstoffbahnenAbögen 10 verschmolzene Heißkleber 11 , erkennbar. Die Kompression rührt teilweise auch daher, dass es sich um ein kompressibles oder wärmesensitives Material der WerkstoffbahnenAbögen 10 handelt, deren Höhe durch den Schlagimpuls ebenfalls vermindert wurde.
Der Heißkleber 11 , der neben der Klebenaht 12 unverformt herausragt, erscheint nicht verdickt, wie dies bei anderen Heißsiegelverfahren nach dem Stand der Technik durch herausgedrückten flüssigen Klebstoff der Fall ist. Daraus wird deutlich, dass kein überschüssiger Klebstoff 11 geschmolzen und verschoben wird. Vielmehr ist der Wärmeeinflussbereich 13, dessen Grenze zur unbeeinflussten WerkstoffbahnAbogen
10 (und dem Heißkleber 11 , soweit er über die Aktivierungszone im Bereich der Klebenaht hinausragt) hin durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, auf den Bereich der Klebenaht 12 beschränkt und weder die WerkstoffbahnenAbögen 10, noch ein Bereich außerhalb der WerkstoffbahnenAbögen 10, beispielsweise ein Packgut innerhalb einer Verpackung, sind durch unerwünschte Erwärmung beeinträchtigt.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 erste Schlagbacke
4 zweite Schlagbacke
6 Wirkbereich, Wirkprofil
8 Aufnahmeöffnung
10 WerkstoffbahnAbogen
11 Klebstoff, thermisch aktivierbar; Heißkleber
12 Klebenaht, Längsnaht, Quernaht
13 Wärmeeinflussbereich
14 Schlauch
16 Schlauch beutel
20 Schlagpresse
22 Ständer
24 Bedienhebel
26 erste Schlagbackenaufnahme
28 zweite Schlagbackenaufnahme
30 (Einrichtung zur) Impulserzeugung
32 Vorschubeinrichtung
40 Bahnrolle
42 Rollwerkzeug, Vorspannrolle a Wirkprofilbreite
R1 erster Wirkprofil radius
R2 zweiter Wirkprofilradius
R3 dritter Wirkprofil radius
Fv Vorspannkraft
Fi Impulskraft, Intensität des Schlagimpulses s Zustellweg

Claims

Patentansprüche
1. Klebenaht zur Verbindung von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs (11), dadurch gekennzeichnet, dass auf die zwischen einem Paar unbeheizter Schlagbacken (2, 4) übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10), zwischen denen sich der Klebstoff (11) befindet, ein Schlagimpuls, eine senkrecht zur den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) kürzer als 10 ms, wobei durch den Schlagimpuls die Klebenaht (12) ausgebildet wird, indem der Schlagimpuls zumindest teilweise in den Klebstoff (11) eindringt und dieser dadurch thermisch aktiviert wird, wobei die thermische Aktivierung sich auf den Bereich der Ausdehnung der Klebenaht (12) beschränkt, und wobei eine Höhe der Klebenaht (12) resultiert, die geringer als die Höhe beider Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) ist, und wobei sämtlicher verflüssigter Klebstoff (11) an der Ausbildung der Klebenaht (12) teilnimmt und der Bereich des verflüssigten Klebstoffs (11) auf die Klebenaht (12) begrenzt bleibt.
2. Klebenaht nach Anspruch 1 , wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) auf wenigstens einer der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) zumindest in Bereich der Klebenaht (12) aufgebracht ist.
3. Klebenaht nach Anspruch 1 oder 2, wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) vor dem Aufbringen des Schlagimpulses zwischen die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) zumindest im Bereich der herzustellenden Klebenaht (12) ohne Verbindung mit den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) angeordnet ist.
4. Klebenaht nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Werkstoffbahn oder der Werkstoffbogen (10) im Bereich der Ränder durch die Klebenaht (12), die eine Längsnaht ausbildet, verbunden und ein Schlauch (14) gebildet wird.
5. Klebenaht nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schlauch (14) durch die Klebenähte (12), die Quernähte ausbilden, abgeschlossen ist und einen Schlauchbeutel (16) erzeugt.
6. Klebenaht nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) ein Heißkleber ist.
7. Klebenaht nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) aus Papier oder einem Papierwerkstoff bestehen.
8. Verfahren zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs (11), wobei die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen
(10) entlang einer Klebenaht (12) verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zwischen einem Paar unbeheizter Schlagbacken (2, 4) übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) ein Schlagimpuls einwirkt, eine senkrecht zu den Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) und den Klebstoff
(11) kürzer als 10 ms, durch den der Klebstoff (11) aktiviert und die Klebenaht (12) ausgebildet wird, gefolgt vom Rückhub der wenigstens einen Schlagbacke (2, 4).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in einem dem Schlagimpuls vorgelagerten Schritt die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) und der Klebstoff (11) zwischen dem Paar der Schlagbacken (2, 4) mit einer Vorspannkraft Fv gegeneinander gedrückt werden und danach der Schlagimpuls wenigstens einer der angetriebenen Schlagbacken (2, 4) oder weitergeleitet durch wenigstens eine der Schlagbacken (2, 4) auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) und den Klebstoff (11) einwirkt.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der mechanische Antrieb der Schlagbacken (2, 4) unmittelbar oder der mittelbar weitergeleitete Schlagimpuls durch Federkraft, ein Fallgewicht, ein Magnetantrieb oder ein Kurvenscheibengetriebe erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Schlagimpuls durch die obere Schlagbacke (2) oder durch beide Schlagbacken (2, 4), die gegeneinander wirken, aufgebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11 , wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) vor dem Aufbringen des Schlagimpulses zwischen die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) zumindest in Bereich der herzustellenden Klebenaht (12) angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei Klebenaht nach Anspruch 1 , wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) zwischen auf wenigstens einer der Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) zumindest in Bereich der Klebenaht (12) aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Werkstoffbahn oder der Werkstoffbogen (10) im Bereich der Ränder durch die Klebenaht (12), die eine Längsnaht ausbildet, verbunden und ein Schlauch (14) gebildet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Streifen Klebstoff (11) zugleich mit der Werkstoffbahn oder dem Werkstoffbogen bei der Formung des Schlauchs (14) aus der Werkstoffbahn oder dem Werkstoffbogen zugeführt und zwischen den überlappenden Rändern der Werkstoffbahn oder des Werkstoffbogens angeordnet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, wobei der Schlauch (14) durch die Klebenähte (12), die Quernähte ausbilden, abgeschlossen ist und einen Schlauchbeutel (16) erzeugt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die gegeneinander wirkenden Schlagbacken (2, 4) in einem kontinuierlichen, schnelllaufenden Prozess verwendet werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 17, wobei der thermisch aktivierbare Klebstoff (11) ein Heißkleber ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen aus Papier oder einem Papierwerkstoff bestehen.
20. Vorrichtung zum Verbinden von Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) mittels eines thermisch aktivierbaren Klebstoffs (11) entlang einer Klebenaht (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Paar unbeheizter Schlagbacken (2, 4) umfasst, ausgeführt um dazwischen die übereinander angeordneten Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) mit dem Klebstoff (11) einzubringen, wobei eine Einrichtung zur Impulserzeugung (30) umfasst ist, die zur Aktivierung des Klebstoffs (11) den Schlagimpuls in wenigstens eine der Schlagbacken (2, 4) einträgt, wobei der Schlagimpuls eine senkrecht zur Folienlage verlaufende Hubbewegung wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) mit einer Eindringdauer wenigstens einer der Schlagbacken (2, 4) in die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) und den Klebstoff (11) kürzer als 10 ms darstellt, wobei der Schlagimpuls auf die Werkstoffbahnen oder Werkstoffbögen (10) einwirkt und durch Aktivierung des Klebstoffs (11) die Klebenaht (12) in einem Wirkbereich der Schlagbacken (2, 4) ausbildet.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Einrichtung zum Aufbringen einer Vorspannkraft (Fv) die Schlagbacken (2, 4) vor dem Aufbringen des Schlagimpulses mittels der Vorspannkraft (Fv) gegeneinander gedrückt werden.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , wobei ein profilierter Querschnitt (6) als von zwei Radien R2 begrenztes Flachprofil mit einer Breite a, die zumindest den Bereich der Klebenaht (12) überdeckt, ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die erste und/oder die zweite Schlagbacke (2, 4) zur Wirkung in einem Bahnlaufprozess mit fortlaufendem Vorschub ausgeführt sind.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die erste und/oder die zweite Schlagbacke (2, 4) als Rollwerkzeug (42), als zur Wirkstelle hin schwenkendes Werkzeug oder als ein während des Klebevorgangs mit der Bahn mitgeführtes Werkzeug ausgeführt ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 24, wobei die Einrichtung zur Impulserzeugung (30) eine Feder, ein Fallgewicht oder ein mechanisches Getriebe aufweist.
26. Verwendung einer Schlagpresse (20) als Antriebsvorrichtung für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25.
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