DE2849239A1

DE2849239A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines schlauches

Info

Publication number: DE2849239A1
Application number: DE19782849239
Authority: DE
Inventors: William Stanley Gillespie; Hal Lawson Inglis
Original assignee: American Can Co
Current assignee: Rexam Beverage Can Co
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1980-01-03
Also published as: FI72060C; FR2429657A1; IE782224L; GB2024097A; NZ188892A; DD140541A5; AU519240B2; AU4004378A; BE871223A; JPS558388A; GB2024097B; US4210477A; NO783751L; IE47580B1; AR220727A1; SE7809569L; SE429522B; CA1112951A; FI782916A; CH636541A5

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

Patentanwälte Dr. Fmcke . Bohr ■ Slaeger · Müllerstr. 31 ■ 8000 München

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

Bankverbindung-Bayer Vveinsbank München KoMo 670404 (Bl? 7OP 702 7Γ)

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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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

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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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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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Claims

Ansprüche

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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