DE2835552A1 - Thermal welder for aluminium-plastics laminated packaging - has induction head on one side of foils and ferritic feedback member on other side - Google Patents

Abstract

Appts. for thermo-welding packaging foils consisting of aluminium foils which are laminated on one or both sides with plastics foils is provided with an induction heating head which is operated at a working frequency 200 kHz and on the opposite side of the foils there is provided a ferritic feed-back member. Arrangement speeds up heat transfer through the aluminium foils to reduce the period of welding process.

Description

Vorrichtung zum Heißsiegeln von VerpackungsmateriallagenDevice for heat sealing layers of packaging material

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Heißsiegeln von Verpackungsmateriallagen, die jeweils aus einer mit einer thermoplastischen Folie mindestens einseitig kaschierten Aluminiumfolie bestehen und kurzzeitig - mit den thermoplastischen Folien im gegenseitigen Preßkontakt - einem im wesentlichen senkrecht zu den Lagen verlaufenden elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden, das von einer mit einem Ferritkern versehenen Arbeitsspul&(tnduktor), erzeugt 1 wird, die von einem Wechselstromgenerator mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist wird.The invention relates to an apparatus for heat sealing Packaging material layers, each consisting of one with a thermoplastic film consist of at least one-sided laminated aluminum foil and briefly - with the thermoplastic films in mutual press contact - one essentially perpendicular be exposed to alternating electromagnetic fields running to the layers, the by a working coil & (inductor) provided with a ferrite core, generated 1 which is fed by an alternator with high frequency alternating current will.

Die bekannten Vorrichtungen der vorstehenden Gattung arbeiten mit Frequenzen von 500 kHz und darüber (DT-OS 2 060 403). Die se hohen Frequenzen wurden für notwendig erachtet, um bei der gegebenen geringen Stärke der Aluminiumfolie eine gute WärmeentwickLung in dieser zu erzielen. Sie bewirken aber, daß die HF-Energie nur in der dem Induktor benachbarten einen Alumi-- - wird niumfolie in Wärme umgesetzt! weil bei dieser Höhe der Frequenz die durch die zunächst liegende Aluminiumfolie bedingte Feldabschwächung so groß ist, daß für die von dem Induktor weiter entfernte Aluminiumfolie ein für eine nennenswerte Erwärmung ausreichendes elektromagnetisches Wechselfeld nicht mehr zur Verfügung steht. Hinsichtlich der zur Erzielung einer einwandfreien Verbindung benötigten Zeit, die wiederum die Arbei tskapazi tät Arbeitskapazität der Vorrichtung bestimmt, wäre es aber g#ünstigere wenn beide Aluminiumfolien in den miteinander zu verschweißenden Lagen möglichst im gleichen Ausmaß erwärmt würden.The known devices of the above type work with Frequencies of 500 kHz and above (DT-OS 2 060 403). These high frequencies were deemed necessary at the given thinness of the aluminum foil to achieve good heat development in this. But they cause the RF energy only in the aluminum foil adjacent to the inductor is it converted into heat! because at this level of frequency the through the initially lying aluminum foil conditional field weakening is so great that for the further away from the inductor Aluminum foil is an electromagnetic one that is sufficient for significant heating Alternating field is no longer available. With regard to the achievement of a flawless connection required time, which in turn reduces the work capacity Working capacity of the device, it would be more favorable if both aluminum foils in the layers to be welded together would be heated to the same extent as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff zu schaffen, die gewährleistet, daß auch die von dem Induktor abgewendete Aluminiumfolie bei den zu verbindenden Verpackungsmateriallagen induktiv so stark erhitzt wird, daß sie in einem erheblichen Ausmaß das Verschweißen der im Presskontakt stehenden thermoplastischen Folien der beiden Lagen mit beeinflußt, um dadurch mit kürzeren Einwirkungszeiten zur Herstellung einwandfreier Verbindungen auszukommen.The invention has for its object to provide a device according to the To create a generic term that ensures that the inductor also averted Aluminum foil so inductively strong in the layers of packaging material to be connected is heated that to a considerable extent the welding of the press contact standing thermoplastic films of the two layers with influenced to thereby with get by with shorter exposure times to produce flawless connections.

Gemäß- der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, daß die Arbeitsfrequenz des Wechselstromgenerators kleiner ist als 200 kHz und daß auf der von dem Induktor abgewendeten Seite der zu verbindenden Lagen ein ferritscher-Rückschluß vorgesehen ist.According to the invention, the above object is achieved by that the operating frequency of the alternator is less than 200 kHz and that a ferrite yoke on the side of the layers to be connected facing away from the inductor is provided.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei den gegenüber dem Stande der Technik gemäß der Erfindung zur Anwendung gelangenden wesentlich niedrigeren Frequenzen unterhalb von 200 kHz die Eindringtiefe der#HF-Ströme wesentlich größer wird als die Metallfolienstärke, so daß im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen die Energie nicht mehr allein in der dem Induktor benachbarten Aluminiumfolie umgesetzt wird, daß dies aber nicht schädlich,sondern im Gegenteil günstig ist, weil nunmehr ein beachtlicher Teil der vom Induktor abgegebenen Gesamtenergie durch die unmittelbar benachbarte Folie Rückschlusses hindurchdringen und mit Unterstützung des/auf der induktorabgewandten Seite der Materiallagen in die zweite Aluminiumfolie eindringen und diese erhitzen kann. Die so erzielte Aufteilung der für die Erhitzung insgesamt zur Verfügung stehenden HP-Energie auf die beiden Folien führt insgesamt zu einem wesentlich besseren Wirkunqsqrad, Hinzu kommt. daß durch das nünmehr mehr mehr möglich gewordene Arbeiten mit niedrigeren Frequenzen auch der Aufwand, der zur Erzeugung der HF-Energie betrieben werden muß, herabgesetzt wird.The invention is based on the knowledge that when compared to the State of the art according to the invention used substantially lower Frequencies below 200 kHz the depth of penetration of the # HF currents is much greater is called the metal foil thickness, so that in contrast to the known devices the energy is no longer converted solely in the aluminum foil adjacent to the inductor becomes that this is not harmful but, on the contrary, favorable, because now a considerable part of the total energy emitted by the inductor due to the direct Penetrate adjacent foil conclusion and with the support of / on the Penetrate the inductor side of the material layers into the second aluminum foil and can heat it. The thus achieved distribution of the total for the heating available HP energy on the two foils leads to a total much better efficiency, on top of that. that through the nün more more more work that has become possible with lower frequencies also includes the effort required for Generation of the RF energy must be operated is reduced.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen einer einfachen Schweißnaht und zwar im Schnitt durch den Induktor und die zusammenzuschweißenden beiden Verpackungsmateriallagen, während dieFig. 2 in entsprechender Schnittdarstellung eine Vorrichtung nach der Erfindung zum Herstellen einer doppelten Schweißnaht wiedergibt.Two exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing. Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention to create a simple weld seam in a section through the inductor and the two layers of packaging material to be welded together, while the 2 in a corresponding sectional view a device according to the invention for manufacturing a double weld.

Zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele der Erfindung genügt es, den Induktorteil der Vorrichtung in seiner Einwirkung auf die zu verbindenden Materiallagen darzustellen, weil im übrigen bis auf die gemäß der Erfindung getroffene besondere Wahl der Arbeitsfrequenz, die zeichnerisch nicht darstellbar ist, der restliche Teil der Vorrichtung dem Stande der Technik entspricht.To explain the exemplary embodiments of the invention, it is sufficient to the inductor part of the device in its action on the material layers to be connected to represent, because apart from the special one made according to the invention Choice of the working frequency, which cannot be represented graphically, the rest Part of the device corresponds to the state of the art.

Mit den nachstehend erläuterten Vorrichtungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 erfolgt der Schweißvorgang selbst nur im Stillstand der zu verschweißtenden Materiallagen. Die Ferritkerne öffnen sich zur Bewegung der Materiallagen in eine geeignete Position und werden zur Durchführung des Schweißvorganges unter Druck geschlossen, woraufhin die HF für kurze Zeit, z.B. ca. 0,3 Sekunden, eingeschaltet wird. Dann werden die Ferritkerne wieder geöffnet und die Materiallagen bis zur nächsten Schweißung weiter bewegt, und zwar, wenn Quernähte erzeugt werden sollen, parallel zur Zeichenebene, und wenn Längsnähte gelegt werden sollen, senkrecht zur Zeichenebene, wobei im letzteren Falle eine gewisse Überlappung der einzelnen Nahtabschnitte vorgenommen wird.With the devices according to FIG. 1 and FIG. 2, the welding process itself only takes place when the material layers to be welded are at a standstill. The ferrite cores open to move the layers of material into a suitable position and are closed under pressure to carry out the welding process, whereupon the HF is switched on for a short time, e.g. approx. 0.3 seconds. Then the Ferrite cores reopened and the material layers continue until the next weld moved, in fact, if transverse seams are to be created, parallel to the plane of the drawing, and if longitudinal seams are to be placed, perpendicular to the plane of the drawing, in the latter case If a certain overlap of the individual seam sections is made.

Bei Bei der Ausführung nach Fig. 1 besteht der dem Induktorteil bei den bekannten Vorrichtungen entsprechende Induktor 2 aus einem U-förmigen Ferritkern, dessen Steg von einer aus einer einzigen Windung bestehenden Arbeitsspule 3 mit einem Hinleiter 3a und einem Rückleiter 3b umfaßt wird. Auf der Seite der freien Stirnflächen der Schenkel des U-Kernes werden über den Induktor 2 die beiden miteinander zu verbindenden Verpackungsmateriallagen 1, 1' bewegt, von denen jede aus einer beidseitig mit einer thermoplastischen Kunststoffolie la bzw.at In the embodiment of FIG. 1, there is the Inductor part in the known devices corresponding inductor 2 from a U-shaped ferrite core, the web of which consists of a single turn Work coil 3 is encompassed with a forward conductor 3a and a return conductor 3b. On the Side of the free end faces of the legs of the U-core are over the inductor 2 moves the two layers of packaging material 1, 1 'to be connected, each of which consists of a thermoplastic film la on both sides respectively.

la' kaschierten Aluminiumfolie lb bzw. lb' besteht.la 'laminated aluminum foil lb or lb' consists.

Auf der von dem Induktor 2 abgewandten Seite der beiden Materiallagen 1, 1' ist ein ferritischer Rückschluß für das HF-Wechs#lfeld vorgesehen, der die Form eines sich über die Breite -des U-Kernes 4 erstreckenden und über- -dessen Länge reichenden Ferritstabes 5 aufweist Beim Verharren im Spalt zwischen dem U#-Kern 4 und dem ferritischen Rückschluß 5 werden beide Aluminiumfolien Ib, lb' erhitzt und bewirken ihrerseits die zum Verschweißen der unter Preßdruck aufeinanderliegenden thermoplastischen Folien i la und lal nötige Erwärmung derselben. -Die-Halterung der Teilel 4 und 5 ist zur Vereinfachung der Darstellung ebenso weggelassen, -wie der Anschluß' des Generators an die Spule 3 Bei der Ausführung nach Fig 1 sind zwei magnetische Flüsse mit unterschiedlicher Richtung vorhanden. tim jeden Fluß kreist ein Wirbelstrom wobei sich die Ströme oberhalb des -1(upfe addieren, so da-ß hier die Stromdichte doppelt so groß ist,wie diejenige in den außenliegenden Zonen. Diese doppelte Stromdichte ergibt eine vierfache Leistung im Vergleich zu den Außenzonen, so daß über dem sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Kupferleiter eine zu diesem parallel verlaufende Einzel-Schweißnaht entsteht.On the side of the two material layers facing away from the inductor 2 1, 1 'a ferritic inference for the HF alternating field is provided, which the Shape of one extending over the width of the U core 4 and over it Long ferrite rod 5 has when pausing in the gap between the U # core 4 and the ferritic yoke 5, both aluminum foils Ib, Ib 'are heated and in turn cause the welding of the one on top of the other under pressure thermoplastic films i la and lal necessary heating of the same. -The bracket the parts 4 and 5 are also omitted to simplify the illustration, -as the connection 'of the generator to the coil 3 In the embodiment of FIG. 1 there are two magnetic fluxes with different directions exist. tim circles every river an eddy current where the currents above the -1 (upfe add up, so that-ß here the current density is twice as great as that in the outer zones. These double the current density results in four times the power compared to the outer zones, so that a copper conductor extending perpendicular to the plane of the drawing a single weld seam running parallel to this is produced.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besteht der Kern 14 des des Induktors 12 aus einem sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden rechteckigen Ferrit-Stab, um den ebenfalls wieder eine Arbeitsspule 13 aus einer einzigen Windung mit Hinleiter 13a und Rückleiter 13b so herumgeführt ist, daß die Windungsebene im Gegensatz zu der Ausführung nach Fig. 1 zu den Verpackungsmateriallagen 1, 1', die denjenigen gemaß Fig.In the embodiment of FIG. 2, the core 14 of the of Inductor 12 from a rectangular extending perpendicular to the plane of the drawing Ferrite rod, around which again a work coil 13 made of a single turn is led around with forward conductor 13a and return conductor 13b that the winding plane In contrast to the embodiment according to FIG. 1, the packaging material layers 1, 1 ', those according to Fig.

1 völlig entsprechen, parallel verläuft. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf der induktorabgewandten Seite der Verpackungsmateriallagen 1, 1' ein ferritischer Rückschluß 15 vorgesehen, der hier die gleiche Form hat wie der Kern 14 des Induktors 12 und sich auch über dessen Länge erstreckt.1 correspond completely, runs parallel. Also in this embodiment is on the inductor side facing away from the packaging material layers 1, 1 'a ferritic Inference 15 is provided, which here has the same shape as the core 14 of the inductor 12 and also extends over its length.

Dringt der bei der Ausführung nach Fig. 2 erzeugte magnetische Fluß durch eine leitfähige Fläche, wie z.B. die in dieser Figur dargestellte, beidseitig jeweils mit einer Kunststoffolie kaschierte Aluminiumfolie, wobei er durch die Ferrit-Flachkerne 14 und 15 geführt wird, so wird in der Mitte der Flachkerne keine Spannung induziert, so daß auch der Strom gleich 0 ist. An den zur Zeichenebene senkrecht verlaufenden äußeren Kanten der Ferritkerne ist hingegen die induzierte Spannung am größten. Links und rechts vom Ferrit ist somit auch die Stromdichte am größsten, so daß parallel zu den sich senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden langen Seiten der Flachkerne zwei Schweißnähte, d.h. eine Doppelschweißnaht, entstehen.The magnetic flux generated in the embodiment of FIG. 2 penetrates by a conductive surface, such as the one shown in this figure, on both sides each with a plastic film laminated aluminum foil, where he is through the ferrite flat cores 14 and 15, no voltage is induced in the middle of the flat cores, so that the current is also 0. At the perpendicular to the plane of the drawing On the other hand, the induced voltage is greatest on the outer edges of the ferrite cores. The current density is therefore greatest to the left and right of the ferrite, so that it is parallel to the long sides of the flat cores extending perpendicular to the plane of the drawing two weld seams, i.e. a double weld seam, are created.

Die Wirkungsweise ist bei beiden Ausführungsbeispielen insofern prinzipiell die gleiche, als das von dem Induktor 2 bzw.To this extent, the mode of operation is fundamental in both exemplary embodiments the same as that of the inductor 2 resp.

12 erzeugte hochfrequente Wechselfeld die beiden Materiallagen 1, 1' im wesentlichen senkrecht durchsetzt und dabei beide Aluminiumfolien lb, lb' stark erwärmt. Dieser Vorgang beruht darauf, daß wegen der gegenüber den bekannten Vorrichtungen wesentlich niedrigeren Generatorfrequenz die Eindringtiefe der HF-Ströme wesentlich größer ist als die Stärke der Aluminiumfolien lb, lb' und der magnetische Rückschluß 5 bzw.12 high-frequency alternating field generated the two material layers 1, 1 'penetrated essentially vertically and both aluminum foils lb, lb' strongly heated. This process is based on the fact that because of the opposite to the known Devices much lower generator frequency the depth of penetration of the RF currents is much greater than the thickness of the aluminum foils lb, lb 'and the magnetic Inference 5 resp.

15 auf der induktorabgewandten Materiallagenseite das HF-Feld praktisch-noch zu sich heranzieht, so daß es zu dem beachtlichten Energieumsatz auch in der zweiten Aluminiumfolie 1h kommt. Mit Mit den Vorrichtungen gemäß den vorstehend beschriebenen.Ausführungen können beispielsweise Milchtüten geschweißt werden.15 on the side of the material layer facing away from the inductor, the HF field is practically still draws towards itself, so that there is also the considerable energy expenditure in the second Aluminum foil 1h comes. With With the devices according to the above Designs can be welded, for example, milk cartons.

Der Einfachinduktor gemäß Fig. 1 bewirkt hierbei die Herstellung eines unendlich langen Schlauches (Längsnaht), während der Doppelinduktor gemäß Fig. 2 zwei Quernähte liefert, wobei die fertige Milchtüte jeweils in der Mitte zwischen den Quern.iht(n abgeschnitten wird.The single inductor according to FIG. 1 causes the production of a infinitely long hose (longitudinal seam), while the double inductor according to FIG. 2 provides two transverse seams, with the finished milk carton in the middle between each den Quern.iht (n is cut off.

Pat entanstrüch LeerseitePat entanstrüch Blank page

Claims (1)

Patentanspruch Vorrichtung zum Heißsiegeln von Verpackungsmateriallagen die jeweils aus einer mit einer thermoplastischen Folie mindestens- einseitig kaschierten Aluminiumfolie bestehen und für das Heißsiegeln kurzzeitig - mit den thermoplasimischen Folien in gegenseitigem Presskontakt - einem im wesentlichen senkrecht zu den zu verbindenden Lagen verlaufenden elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden, das von einer mit einem Ferritkern versehenen Arbeits-! spule (Induktor) erzeugt wird, die von einem Wechselstromgenerator mit hochfrequentem Wechselstrom gespeist wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Arbeitsfrequenz des Wechselstromgenerators kleiner ist als 200 kHz und daß auf der von dem Induktor (2, 12) abgewendeten Seite der zu verbindenden Lagen (1, 1' ) ein ferritischer ltückschluß (5, 15) vorgesehen ist. Claim device for heat sealing layers of packaging material each of which is laminated on at least one side with a thermoplastic film Aluminum foil are made and for heat sealing briefly - with the thermoplastic Foils in mutual press contact - one essentially perpendicular to the to connecting layers are exposed to alternating electromagnetic fields, that of a working with a ferrite core! coil (inductor) generated which is fed by an alternator with high frequency alternating current is characterized by the fact that the operating frequency of the alternator is less than 200 kHz and that on the side facing away from the inductor (2, 12) a ferritic yoke (5, 15) is provided for the layers (1, 1 ') to be connected is.