DE2849239A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schlauches - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schlauchesInfo
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Description
DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR
DIPL.-ING. S. STAEGER
8OOO MÜNCHEN O,
MülltTtttaRe 31
Fernruf- (069)'26 60 60 Telegramme: Claims München
Telex: 5239 03 claim d
Moppe No. BO76 - H. Bitte in der Antwort angeben
13. Nov. 1978
AMERICAN CAN COMPANY
American Lane, Greenwich, Conn. 06830, V.St.A.
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Schlauches
PRIORITÄT: 30. Juni 1978 - VEREINIGTE STAATEN VCN AMERIKA
98H1/DB50
Mbni><rn 27044 8-2 (B17 7!"U(K'8))
(nur TADipl Ι·.Η f. ll-.ij.-r|
Mappe B076/B077
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR HERSTELLUNG EINES SCHLAUCHES
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schlauches der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen
Gattung.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Schlauches der im Oberbegriff des Anspruchs 4 angegebenen Gattung.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Herstellung eines Schlauches aus einer Bahn, die im wesentlichen aus
einer nicht-eisenhaltigen, dünnen Metallfolie besteht, die zumindest auf einer Folienseite mit einem wärme-erweichbaren
Material beschichtet ist. Bei diesem Verfahren wird die Schlauchform dadurch erreicht, daß die Seiten- bzw. Längskanten
aneinandergebracht und mittels des wärme-erweichbaren Materials miteinander verschweißt werden. Derartige Schläuche
bzw. Tuben werden für Verpackungszwecke, insbesondere
zur Verpackung von Zahnpasta verwendet; sie können aber auch zur Verpackung von Gewürzen, Klebstoffen, etc. herangezogen
werden.
Es ist bekannt, derartige Schläuche dadurch herzustellen, daß die kontinuierlich zugeführte Bahn solange umgebogen
wird, bis sich schließlich die Seiten- bzw. Längskan-· ten überlappen. Die sich überlappenden Seitenkanten werden
bei dem bekannten Verfahren durch ein Paar jeweils mittels
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eines elektrischen Widerstandes aufgeheizter Schuhe geführt. Dieses Verfahren ist langsam und mühselig, da bei der hierzu
erforderlichen Vorrichtung bzw. Anlage ein beachtlicher Wärmeverlust
(beispielsweise durch Kühlbleche bedingt) auftritt, Dies hat zur Folge, daß die Bahn nur langsam durch die Anlage
geführt werden darf, damit genügend Wärme an die Verbindungsstelle gelangt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte
Verfahren und die bekannte Vorrichtung zur Herstellung eines Schlauches zu verbessern, wobei insbesondere Wert auf eine
Steigerung der Produktionsrate gelegt wird und die bekannten Erwärmungsvorrichtungen durch bessere ersetzt werden sollen.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen wurden bislang häufig Aufziehdorne verwendet. Hierbei wurden die Aufziehdorne
aufgewärmt und in Kontakt mit den einander gegenüberliegenden, sich überlappenden Oberflächen des Außen- und des
Innenumfanges des Schlauches gebracht, und zwar so als würde man ein Bahn-Paar mit einer heißen Zange zusammenpressen.
Die Verbindung bzw. Verschweißung soll jedoch nicht an den Flächen auftreten, die mit den heißen Elementen in Berührung
stehen, sondern an denjenigen Oberflächenabschnitten des Kunststoffes, die unmittelbar miteinander innerhalb der
Schweißnaht Berührungskontakt haben. Bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen wird demnach Wärme verschwendet,
weil mehr Wärme benötigt wird als für ein Verschmelzen der sich unmittelbar in der Schweißnahtzone berührenden Oberflächen
erforderlich wäre. Dieser Wärmeüberschuß führt oft dazu, daß unnötig viel Kunsstoff an der Schlauchaußenseite
fließt und dann zusammenschrumpft. Hierdurch wird das äußere Erscheinungsbild der fertigen Tube im Nahtbereich verschlechtert.
Hinzu kommt, daß bei kleinen Kunststofftuben, die beispielsweise mit medizinischen Anweisungen bedruckt
werden sollen, eine relativ große Fläche für Druckzwecke
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■η
verlorengeht, da eine Beschriftung in den Fließbereichen unleserlich
würde.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird beim gattungsgemäßen
Verfahren durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 und bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch das Kennzeichen
des Anspruchs 4 gelöst.
Diese Lösung hat nicht nur den Vorteil, daß schon allein wegen der relativ geringen Breite der Längs- bzw. Schweißnaht
die Produktionsrate erhöht werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung verbessert auch das äußere Erscheinungsbild der fertigen
Tube. Darüberhinaus ist der zum Aufdrucken von lesbaren Buchstaben zur Verfügung stehende Raum auch größer als
bei den bekannten Tuben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie erheblich
einfacher steuerbar ist; dies gilt insbesondere für die Steuerung der Schweißnahtbreite.
Der erfindungsgemäß hergestellte Behälter weist eine Metallfolie aus einem nicht-eisenhaltigen Material auf. Diese Folie
kann beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen nicht-eisenhaltigen Metall bestehen. Mit einer derartigen
Folie soll gewöhnlich der Inhalt, beispielsweise Medizin, Nahrungsmittel oder Zahnpasta gegen Oxidation oder Kontamination
geschützt werden. Deswegen sollten die Kanten des Metalles nicht in Kontakt mit dem innerhalb des Behälters bzw.
der Tube aufbewahrten Material kommen können.
Auch diese Forderung wird durch die erfindungsgemäße Lehre
erfüllt, da infolge des Fließens des wärme-erweichbaren Kunststoffes an den Metallkanten letztere vom Kunststoff überzogen
werden.
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Nach der erfindungsgemäßen Lehre sind also schlauchförmige Körper herstellbar, welche neben den obengenannten Vorteilen
eine konzentrische Hülle aus einem nicht-eisenhaltigen Metall, das vollständig von Kunststoff umhüllt ist, aufweisen.
Insbesondere sind also die einander überlappenden oder aneinander anstoßenden Kanten der Metallfolie vollständig mit
Kunststoff überzogen. Dieser vollständige Überzug der Metallfolie mit Kunststoff-ohne daß hierbei irgendwelche freien
Metallkanten übrigblieben- vergrößert die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäß hergestellten Tuben beachtlich;
dies gilt insbesondere für elektrisch leitende Metallhülsen, die auf ihrem Innen- und auf ihrem Außenumfang vollständig
isoliert sein müssen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den in den Unteransprüchen dargestellten Ausführungsbeispielen.
Insgesamt wird ein Laminat aus einer nicht-eisenhaltigen Metallfolie
und einem wärmeerweichbaren Material zu einer Schlauchform umgebogen, derart, daß die Längs- bzw. Seitenkanten
einander gegenüberliegen. Die Seitenkanten werden dann dadurch miteinander verschweißt bzw. heißversiegelt, daß der
Schlauch durch eine Induktionsspule geführt wird. Das Induktionsfeld wird vorzugsweise dadurch verstärkt und besonders
effektiv aufgebaut, daß eine Ferrit-Stange in einem überziehdorn, über welchen der Schlauch geführt wird, gehaltert ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der schematischen
Darstellungen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Bahn während ihres UmIegens
zu einem Schlauch;
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Fig. 2 einen Ausschnitt aus der zu einem Schlauch umgelegten Bahn, jedoch gegenüber Fig. 1 vergrößert, so
daß der Überiappungsbereich der Seitenkanten besonders
deutlich wird;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels
;
Fig. 4 einen Schnitt durch das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel·, aus dem ersichtlich ist, wie
die einander überlappenden Seitenkanten zusammengehalten und der Schlauch während des Verschweißens
geführt wird;
Fig. 5 einen vergrößerten Schnitt durch den Überlappungsbereich der Seitenkanten zur Veranschaulichung der
Wärmeverteilung während des Verschweißens;
Fig. 5A den Verlauf des Temperaturgradienten; und
Fig. 6 einen Schnitt durch die fertiggestellte Schweißnaht.
Gemäß Fig. 1 wird eine endiose Bahn 10 von einer nicht dargestellten
Rolle abgezogen und allmählich so umgelegt, daß deren einander gegenüberliegende Ränder bzw. Kanten 12 aufeinander
zulaufen und sich schließlich überlappen, so daß ein Schlauch 14 entsteht. In Fig. 2 ist ein Teilstück des
Schlauches 14 dargestellt, bei welchem sich die seitlichen Kanten 12 zu einer vollständigen Längsnaht überlappen.
Das Bahnmaterial ist im wesentlichen ein Laminat aus einer nicht-eisenhaltigen Metallfo^e 16, beispielsweise Aluminium,
und einem wärme-schweiß-bzw. schmelzbarem Material, beispieisweise
Poiyathy^en 18, das auf wenigstens einer Seite
s o s s a ι / to s s ©
der Metallfolie 16 oder der Längsnahtoberflache aufgebracht
ist. In den meisten Fällen ist die nicht-eisenhaltige Metall folie 16 jedoch beidseitig mit einem Kunststoff beschichtet.
In diesem Fall ist also eine zweite Schicht aus einem Kunststoff, vorzugsweise Polyäthylen 22 auf dem Außenumfang des
Schlauches 14 vorgesehen. Das Metall der Metallfolie 16 ist
an den äußersten Seitenkanten der Bahn 10 unbedeckt, d.h. es liegt vollkommen frei.
Die einander gegenüberliegenden seitlichen Kanten 12 der Bahn 10 werden in an sich bekannter Weise aufeinander zugeführt,
beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten Umlegegurtes . Die hierzu erforderliche Vorrichtung ist nicht dargestellt,
da sie an sich bekannt ist.
Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsbei spiel der Erfindung wird der Schlauch mit den beiden sich
überlappenden Kanten 12 in Längsrichtung durch eine im Radio
frequenzbereich arbeitende Induktionsspule 24 (Kupfer, wassergekühlt) geführt. Diese Spule erzeugt ein Induktionsfeld,
das seinerseits zu Wirbelströmen in der Metallfolie 16 führt.
Die Wirbelströme wiederum führen zu einer Erwärmung, Erweichung und schließlich einem Schmelzen bzw. Verschweißen der
einander gegenüberliegenden Kunststoffoberflächen im Bereich
der Längsnaht.
Die hierbei auftretenden thermischen Phänomene sind in den Figuren 5, 5A und 6 schematisch dargestellt. Die in Fig. 5
eingezeichneten Schatten sollen verdeutlichen, daß die Oberflächen im Bereich der Längsnaht der Folie 16 am heißesten
sind und von dort nach außen hin kühler werden. In Fig. 5A ist der diesem Phänomen entsprechende Temperaturgradient
graphisch dargestellt. Demgemäß ist die zum Schmelzen des Kunststoffes erforderliche Wärme auf den überlappungsbereich
der Metallfolie 16 und die dazwischenliegenden Bereiche der
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Kunststoffmaterialien, nämlich der beiden Polyäthylenbahnen
18 und 22 konzentriert. Die freiliegenden Seitenkanten E der Metallfolie 16 sind erheblich heißer als die außerhalb
des Überlappungsbereiches liegenden Abschnitte der Metallfolie 16. Dies führt dazu, daß der schmelzende Kunststoff
fließt und die freiliegenden Kanten E der Metallfolie 16 überdeckt (Fig. 6). Dieses Fließen und überdecken der Kanten
E der Metallfolie 16 ist zumindest dann von entscheidender Bedeutung, wenn der Schlauch 14 als Behälter für zersetzungsfähige
oder nichtzersetzungsfähige Substanzen dient, beispielsweise Zahnpasta. Hierbei könnten nämlich Kontaminationen
des Inhaltes mit dem freiliegenden Metall auftreten.
Um die rasche Ausbildung einer schmalen Schweißnaht und eine hohe Durchführgeschwindigkeit des Schlauches 14 durch die
Induktionsspule 24 zu gewährleisten, wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das Induktionsfeld durch eine Stange
26 aus Ferrit oder einem gleichwertig magnetisierbaren Material verstärkt, wobei die Stange 26 mit der Achse der Schweißnaht
fluchtet (Fig. 3). Die Ferrit-Stange 26 ist vorzugsweise in einer Aufnahmenut in einem zylindrischen, nicht-eisenhaltigen
Aufziehdorn 28 gehaltert. Der Schlauch 14 mit den sich überlappenden Kanten 12 wird mit Hilfe des zuvorgenannten
Umlegegurtes über den Aufziehdorn 28 geführt. Die Ferrit-Stange 26 kann einstückig oder aus mehreren kurzen Abschnitten
aufgebaut sein. Im letztgenannten Falle liegen die kurzen Abschnitte Stoß an Stoß in der im Aufziehdorn 28 vorgesehenen
Aufnahmenut (Fig. 3).
Zur Erhöhung der Effektivität des Induktionsfeldes ist der Aufziehdorn 28 vorzugsweise aus einem nicht-eisenhaltigen
Material mit hohem magnetischen Widerstand aufgebaut, beispielsweise aus Kupfer oder einem Nicht-Metall. Die Enden
des Aufziehdornes 28 ragen vorzugsweise über die Enden der magnetisierbaren Ferrit-Stange 26 hinaus (Fig. 3).
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- ψ-
Die Enden des Aufziehdornes 28 sind an zylindrischen Schaftstutzen
29 und 30 aus Stahl befestigt und werden von diesen gehaltert. Die Schaftstutzen 29 und 30 dienen jeweils als
Führung für den auf den Aufziehdorn 28 umgelegten bzw. von diesem nach Herstellung der Längsnaht abgezogenen Schlauch
14. Werden die Enden des Aufziehdornes 28 relativ weit nach
außen verlegt, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, dann ist sichergestellt, daß die stählernen Schaftstutzen 29 und
keine Verzerrung des Induktionsfeldes herbeiführen.
Der längs zu verschweißende Schlauch 14 wird über den Aufziehdorn 28 mit Hilfe eines Paares gegenüberliegender Führungs-
und Beschickungsbänder 32 und 34 (Fig. 4) geführt. Die einander überlappenden Kanten 12 des Schlauches 14 werden
von diesen Führungs- und Beschickungsbändern 32 und 34 zusammengehalten . Das Beschickungsband 34 weist eine Rückführung 34R
auf. Ein ortsfester Führungsschuh 38 ist oberhalb des Führungs- und Beschickungsbandes 32 angeordnet. Hierdurch wird
sichergestellt, daß die Längsnaht im überlappten Zustand verbleibt. Der Führungsschuh 38 wirkt-also mit den Führungsund
Beschickungsbändern 32 und 34 zusammen, um ein Auseinandergehen der sich überlappenden Längsnaht zu verhindern.
Vorzugsweise dient der Führungsschuh 28 dazu, die Längsnaht mittels der Führungs- und Beschickungsbänder 32 und 34 zusammenzudrücken
und zu plätten. Hierdurch wird ein inniger Preßkontakt der einander gegenüberliegenden, durch Wärme
erweichten Oberflächen in dem Zeitpunkt erreicht, in welchem sie aneinander haften. Die in Fig. 4 dargestellten Abstände
zwischen den Führungs- und Beschickungsbandern 32 und 34 sowie dem Führungsschuh 38 sind der Klarheit wegen stark
vergrößert dargestellt.
Die in Fig. 1 dargestellte geschwungene Klammer AB zeigt den in den Figuren 3 und 4 angegebenen Bereich des Schlauches
14 an.
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Wird das Verfahren zur Herstellung des Schlauches 14 gemäß
den anhand der Fig. 3 beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt, dann kann die Breite HS der Längsnaht (Fig. 1) leicht
minimal gehalten werden. Wie anhand der Fig. 2 bzw. 5 erläutert, ist die Hitze auf die Innenseite der Längsnaht und
nicht auf die Außenseite des Kunststoffes konzentriert. Dies führt zu einem minimalen Schrumpfen des Kunststoffes im unmittelbar
an die Schweißnaht angrenzenden Bereich. Demgegenüber war bei den bekannten Verfahren bzw. Vorrichtungen,
bei welchen die Längsnaht durch direktes Erwärmen der Aufziehdoine
herbeigeführt wurde, der Schrumpfbereich erheblich größer. Beim erfindungsgemäß hergestellten Schlauch steht demnach eine größere
Fläche zum Bedrucken oder Dekorieren zur Verfügung als bei einem Schlauch, der nach dem zuvorgenannten bekannten Verfahren hergestellt
worden ist.
Die Bahn 10 kann ungefähr 0,254 bis 0,304 mm dick sein. In diesem Fall eignet sich für die Induktionsspule 2 4 eine
Frequenz von etwa 450 kHz. Die Metallfolie 16 muß nicht aus Aluminium bestehen; wesentlich ist lediglich, daß sie aus
einem nicht-eisenhaltigen Material besteht. Das Laminat kann zwei oder mehr Folien, die durch Kunststoffschichten voneinander
getrennt sind, sowie eine Papierbahn aufweisen.
Würde man als Folie ein eisenhaltiges Metall, beispielsweise eine Folie aus rostfreiem Stahl verwenden, dann würde die
Wärme nicht an den einander überlappenden Kanten wirksam werden. Vielmehr würde der Kunststoff in gewissem Abstand gemessen
in Umfangsrichtung- von der Längsnaht des Schlauches 14 weich werden. Unmittelbar im Bereich der Längsnaht würde
keine Erweichung auftreten; gerade hier wäre aber ein Fließen und Verschweißen des Kunststoffes entscheidend.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre kann praktisch auch eine Stoßnaht hergestellt werden, da der Kunststoff an den
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freiliegenden Metallkanten fließt. Darüberhinaus ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre auch eine Faltnaht (umgeknickte
Naht oder mehrfach zusammenhängende Naht) herstellbar.
Unabhängig von der Dicke der Längsnaht kann die für optimale
Verschweißung benötigte Induktionsenergie leicht einjustiert werden. Diese Möglichkeit stellt einen großen Fortschritt
insbesondere dann dar, wenn die zur Herstellung der Längsnaht verwendete Vorrichtung mit Bahnen beschickt wird, die
mal dicker und mal dünner als die zuvor verwendeten Bahnen sind. In diesem Fall, ist es nämlich lediglich notwendig, die
elektrische Energie zu vergrößern oder zu verkleinern. Dies ist ohne jegliche Verzögerung durchführbar. Im Gegensatz
hierzu mußten früher die Aufziehdorne aufgeheizt oder abgekühlt werden, was beachtliche Verzögerungszexten zur Folge
hatte.
Insgesamt kann gesagt werden, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lehre höhere Produktionsraten schon allein deswegen
erzielbar sind, da ein effektiveres Erhitzen gelehrt wird. Hinzu kommt, daß das erfindungsgemäß hergestellte Produkt
ein gefälligeres Aussehen aufweist, weil die Schweißnaht äußerst schmal ist. Ferner läßt sich das Induktionsfeld ohne
jegliche Verzögerung den jeweiligen Verhältnissen optimal anpassen. Schließlich lehrt die Erfindung, wie die freien
Kanten einer Metallfolie mit einem Kunststoff überziehbar sind, ohne daß mehr Wärme benötigt würde als zum Herstellen
einer Längsnaht unbedingt erforderlich ist.
Alle den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen
entnehmbaren technischen Merkmale sind - auch einzeln für sich - für die Erfindung von Bedeutung.
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Leerseite
Claims (6)
1.1 Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen eines
chlauches aus einer endlosen, nicht-eisenhaltigen Metallfolienbahn,
die wenigstens auf einer Seite mit einer warmeerweichbaren, im erweichten Zustand mit sich selbst verbindbaren
Substanz beschichtet ist, bei welchem die Seitenkanten der endlosen Bahn kontinuierlich bis zum Erreichen
der Schlauchform umgelegt und dann miteinander heißversiegelt
werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Schlauchform zwischen einem runden, nicht-eisenhaltigen
Aufziehdorn mit darin gehalteter Stange aus magnetisierbarem Material und einer hochfrequent betriebenen Induktionsspule
derart durchgeführt wird, daß die Schlauchform den Aufziehdorn ummantelt und die Achse der herzustellenden Versiegelungsnaht
mit der Achse der Stange fluchtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander überlappenden Seitenkanten während des Versiegeins
zusammengedrückt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten der Metallfolienbahn mit einem
Kunststoff derart beschichtet werden, daß das Metall an den Seitenkanten frei liegt, daß ferner die Seitenkanten in Überlappung
gebracht und das Induktionsfeld so eingestellt wird, daß tier Kunststoff schmilzt und die freiliegenden Metallkanten
im Bereich der Versiegelungsnaht überzieht.
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4. Vorrichtung zur Herstellung eines Schlauches durch
Verschweißen der Seitenkanten einer Laminatbahn aus einer nicht-eisenhaltigen Metallfolie und einem wärmeerweichbaren
Material, das zu einer Schlauchform umbiegbar und im erweichten Zustand mit sich selbst verbindbar ist, gekennzeichnet
durch einen langgestreckten, im wesentlichen runden Aufziehdorn (28) aus nicht-eisenhaltigem Material zur Beschickung
mit der Laminatbahn (10),
eine den Aufziehdorn (28) umschlingende Induktionsspule (24) und
eine Stange (26), die aus magnetisierbarem Material besteht,
innerhalb der induktionsspule (24) angeordnet und mit der Achse des AufζLehdornes (28) fluchtet, derart, daß das Induktionsfeld
im Bereich der Schweißnaht verstärkt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Enden des Aufziehdornes (28) Schaftstutzen
(29) aus eisenhtiltigem Material gehaltert sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine sich in Richtung der Achse des Aufziehdornes (28)
erstreckende Führungseinrichtung (32, 34, 38) zur sicheren Halterung der umgebogenen Laminatbahn (10) auf dem Aufziehdorn
(28) bei sich überlappenden Seitenkanten (12) ,derart daß
eine sich überlappende Schweißnaht erhältlich ist.
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Free format text: STAEGER, S., DIPL.-ING. SPERLING, R., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING., PAT.-ANWAELTE, 8000 MUENCHEN |