DE1536271B1

DE1536271B1 - Verbinden von thermoplastischen Kunststoffbaendern

Info

Publication number: DE1536271B1
Application number: DE19661536271D
Authority: DE
Inventors: Stensaker Lee Allen; Heymann Seymour E; Ericsson Arvid Ignatius; Vilcins Ilmar Janis; Young Hobart Paul
Original assignee: Signode Corp
Current assignee: Signode Corp
Priority date: 1965-07-16
Filing date: 1966-07-16
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1136846A; JPS5333920B1; DE1536271C2; CH439080A

Description

Die Anwendung des Reibungsschweißverfahrens zum Verbinden von getrennten thermoplastischen Gegenständen ist bekannt. Dieses Verfahren wurde während des Zweiten Weltkrieges entwickelt. Ein zusammenfassender Artikel findet sich in »Modern Plastics«, 1945, S. 142 ff. Bei diesem Verfahren werden die Berührungsflächen - meist von Rotationskörpern - durch Reibungswärme auf die erforderliche Schweißtemperatur gebracht und unter Anwendung von Druck ohne Zusatzwerkstoff verschweißt (Definition laut DIN 1910, Blatt 3, August 1954). Beispiele von Rotationskörpern, die mit Hilfe des Reibungsschweißverfahrens miteinander verbunden werden können, sind in der bekanntgemachten japanischen Patentanmeldung 4187/1963 und in der deutschen Auslegeschrift 1 168 058 (Christbaumkugeln) angegeben.
Eine weitere Ausgestaltung erfuhr das Reibungsschweißen von thermoplastischen Kunststoffteilen durch- das in der UdSSR-Patentschrift 149296 beschriebene Verfahren. Hierbei werden Teile unterschiedlicher Konfiguration, die sich nicht drehen, mit einem gewissen Druck zusammengepreßt. Die zum Schweißen benötigte Hitze wird im zusammengepreßten Zustand durch planare Reibung zwischen den zu verschweißenden Teilen erzeugt, wobei ein Teil mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz gegenüber dem anderen Teil in Schwingungen versetzt wird.
Allen diesen Vorveröffentlichungen ist gemeinsam, daß die zu verschweißenden Gegenstände zuerst voneinander getrennt sind und relativ einfach gegeneinander bewegt werden können.
Die Anwendung des Reibungsschweißverfahrens zum Verbinden der überlappenden Enden eines thermoplastischen Kunststoffbandes, das in Form einer Schlaufe um einen zu verpackenden Gegenstand gelegt ist und Spannungen auszuhalten hat, ist aus diesen Vorveröffentlichungen nicht bekannt.
Da die überlappenden Enden eines straff um den zu verpackenden Gegenstand gelegten Kunststoffbandes beim Verbinden festgehalten werden müssen, erschien es nicht möglich, die Bandenden durch Reibungsschweißen miteinander zu verbinden.
Die Entwicklung der Technik des Verbindens zweier Enden einer in Form einer straffen Schlaufe um einen zu verpackenden Gegenstand gelegten Kunststoffbandes ist daher andere Wege gegangen.
Zunächst wurden die zum Verbinden der Enden von Stahlbändern bekannten Metallverschlüsse auch für Kunststoffbänder angewendet, als diese in neuerer Zeit allmählich eine größere Bedeutung erlangten.
Beispielsweise sind Kunststoffbänder wegen ihrer höheren Elastizität und Streckbarkeit sehr gut zum Verschnüren von Paketen geeignet, die der Ausdehnung und Schrumpfung unterliegen oder bei denen die Bandschlaufe bei der Handhabung starken Stößen ausgesetzt ist. Weiterhin lassen sich Kunststoffbänder nach Gebrauch leichter beseitigen.
Metallverschlüsse haben jedoch den Nachteil, daß sie die Kunststoffbänder beschädigen und daß die Bandenden leicht ausreißen, weshalb eine Reihe von stationären Verschweißverfahren entwickelt wurde.
Es wurden Heizelemente auf bzw. zwischen die überstehenden Bandteile gelegt (japanisches Gebrauchsmuster 35560119-54 bzw. deutsche Patentschrift 1 285 384 und britische Patentschrift 1 023 120), durch die der gesamte bzw. ein gewisser Teil des Querschnittes des Bandes erweicht und verschweißt wurde; hierbei treten jedoch Erhitzungseffekte auf, die die Eigenschaften und die Festigkeit des Bandes nachteilig beeinflussen. Weiterhin oxydiert sich das Heizelement bei längerem Gebrauch, wodurch es eine rauhe Oberfläche erhält. Beim Herausziehen des Heizelements besteht deshalb die Gefahr, daß die Bandenden gegeneinander verschoben werden. Weiterhin ist der Wärmeübergang bei einem oxydierten Heizelement infolge seiner Rauhigkeit nicht gleichmäßig.
Ein anderes stationäres Verschweißverfahren ist das dielektrische Hochfrequenzschweißen, wie es beispielsweise in der französischen Patentschrift 1140798 beschrieben ist. Die hierfür benötigten Vorrichtungen sind aufwendig. Außerdem wird beim dielektrischen Hochfrequenzschweißen der ganze Bandquerschnitt erhitzt, wodurch die Orientierung im Band verlorengeht. Schließlich besteht bei diesen Vorrichtungen die Gefahr von Verbrennungen, wenn man beim unachtsamen Arbeiten mit den Fingern in das Hochfrequenzfeld gerät. ähnlich kompliziert und nachteiIig ist das Verschweißen mit Ultraschall. Außerdem sind die für diese Verfahren benötigten Vorrichtungen für den Handbetrieb nicht brauchbar.
Obwohl das Reibungsschweißverfahren zum Verbinden von getrennten thermoplastischen Gegenständen schon seit etwa 20 Jahren bekannt ist, werden die vorstehend geschilderten stationären Verschweißverfahren trotz ihrer Nachteile auch heute noch in großem Umfang von führenden Firmen auf dem Verpackungssektor angewendet, was als Anzeichen dafür gewertet werden kann, daß die Anwendung des Reibungsschweißverfahrens zum Verbinden der Enden von gespannten Kunststoffbändern als unmöglich angesehen wurde.
Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß eine solche Verschweißung möglich ist und zu Bandverbindungen mit einer guten Festigkeit führt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Anwendung des zum Verbinden von getrennten thermoplastischen Gegenständen bekannten Reibungsschweißverfahrens zum Verbinden der überlappenden Enden eines thermoplastischen Kunststoffbandes, das in Form einer straffen Schlaufe um einen zu verpackenden Gegenstand gelegt ist und Spannungen auszuhalten hat.
Obgleich das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip eine eindeutige Abweichung von der geschichtlichen Entwicklung der Verschnürungstechnik mit Kunststoffbändern darstellt, bietet es die beste Lösung des Problems, eine straff um einen Gegenstand gelegte Schlaufe aus Kunststoffband zu verschweißen. Hierbei erfolgt die Verschweißung oberflächlich, wobei die geschmolzene Zwischenschicht in aktiver Weise bearbeitet und beansprucht wird. Man kann eine optimale Festigkeit erreichen, ohne daß die Verbindungsstelle übermäßig lang wird, was bei der Konstruktion der erforderlichen Werkzeuge und Vorrichtungen sehr wichtig ist.
Der jeweils angewendete Druck ist nicht besonders kritisch. Er kann während der tatsächlichen Bewegungsphase stark schwanken, ohne daß die Verschweißung nennenswert beeinträchtigt wird. Die Reibungswärme wird an den zu vereinigenden Oberflächen konzentriert, so daß das angrenzende Bandmaterial durch die Erhitzung nicht beeinträchtigt wird, und gleichmäßig auf eine große Oberfläche verteilt. Die fertige Verbindungsstelle hat eine hohe Zugfestigkeit, läßt sich jedoch leicht aufreißen, wenn dies gewünscht wird.
Die Reibungswärme kann durch eine Schwingungsbewegung in einer oder mehreren Richtungen oder durch eine Bewegung eines Bandendes gegenüber dem anderen in einem einzigen Stoß erzeugt werden.
Das eine Bandende kann stationär gehalten werden, während das andere bewegt wird.
Ist die Reibungsbewegung beendet, so werden die geschmolzenen Oberflächen stillstehend über eine größere Fläche miteinander in Berührung gehalten und zusammengepreßt, so daß die Spannung des Bandes die anfängliche Erstarrung der Zwischenschicht nicht behindert. Die Spannung kann aber auch auf die noch nicht vollständig erstarrte Zwischenschicht einwirken gelassen werden, wodurch eine Orientierung der Zwischenschicht erzielt wird.
Bei einigen Anwendungsformen kann eine spannungsfreie Region eines Bandteiles bewegt werden.
Da die erfindungsgemäße Anwendung des Reibungsschweißverfahrens auf Kunststoffbänder gerichtet ist, ist es bei Verwendung eines Bandvorrates nötig, das Band an einem Ende vom Vorrat abzutrennen. Dies kann zweckmäßig zusammen mit dem Bewegungsvorgang beim Verbinden erfolgen, indem eine an der Verschweißvorrichtung angebrachte Schneidkante teilweise in das Band eingedrückt wird, wobei die endgültige Abtrennung durch die an der Drucklinie erzeugte Reibungswärme begünstigt wird, die das Band an der Drucklinie zum Schmelzen bringt.
Einige erfindungsgemäß zur Anwendung kommende Vorrichtungen sind in der Patentanmeldung P 15 36270.6-27 näher beschrieben. Eine nähere Erläuterung der einfacheren Vorrichtungen erscheint deshalb hier nicht erforderlich.
Eine einfache Schwingungsbewegung kann z. B. wie folgt erzeugt werden: Die sich überlappenden Bandenden werden zwischen zwei Druckbacken mit Greifflächen zusammengepreßt, wobei ein Druckbacken als vertikaler Schwingarm ausgebildet ist, der an seinem oberen-Ende um eine Achse schwenkbar ist und der die Bandenden gegen den zweiten stationären Backen preßt. Die Greifflächen der Backen sind hierbei gewölbt. Der Schwingarm kann durch einen pneumatischen, hydraulischen oder elektrischen Antrieb, der etwa in der Mitte des Schwingarmes einwirkt, betätigt werden.
Die Schwingungsbewegung eines Bandendes gegenüber dem anderen kann auch durch ein schwingendes Rad mit Greifflächen erzeugt werden. Dieses Rad dient zuerst als Spannrad zur Erzeugung einer straffen Schlaufe. Nachdem es diese Funktion erfüllt hat, werden die sich überlappenden Bandenden zwischen dem Rad und einem stationären Druckbacken zusammengepreßt, und das Rad wird in Schwingungen versetzt. Die Wölbung des stationären Druckbackens ist der des Rades angepaßt.
Die Schwingbewegung der Druckbacken kann auch eine einfache lineare Hand und Herbewegung eines Druckbackens in der Längsrichtung des Bandes sein. Der bewegliche Druckbacken geht in einem Führungsblock, der auf einer Druckplatte angebracht ist, hin und her und kann durch einen horizontalen Antriebsarm oder aber auch durch einen vertikal schwenkbaren Schwingarm, der mit Hilfe von gegeneinander wirkenden Solenoiden betätigt wird, bewegt werden.
Die Druckbacken haben hierbei ebene, gezahnte Bandberührungsflächen, die durch Längskanäle unterbrochen sein können. Die Bandenden sind in diesem Fall in Form eines Streifenmusters miteinander verschweißt, so daß sich eventuelle Fehlstellen nicht über die gesamte verschweißte Zwischenschicht ausweiten können.
Einige weitere erfindungsgemäß anwendbare Vorrichtungen sind im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 8 B beschrieben. Es bedeutet Fig. 1 eine schematische Darstellung einer um einen zu verpackenden Gegenstand gelegten Bandschlaufe, mit einer -Spanneinrichtung und einer Verschließeinrichtung, F i g. 2 eine Perspektivansicht einer Schweißverbindung zwischen zwei sich überlappenden Enden einer Schlaufe aus thermoplastischem Kunststoffband, Fig.3 eine Ansicht in der Bandrichtung einer Verschließeinrichtung zur Erzeugung einer kreisförmigen Schwingungsbewegung der Bandenden, F i g. 4 einen Schnitt durch den beweglichen Druckbacken der Einrichtung von F i g. 3, Fig. 5 einen seitlichen Aufriß eines Verschließwerkzeuges, bei dem ein Bandende in einem einzigen Stoß bewegt wird, Fig. 6A bis 6 C schematische Darstellungen des Bewegungsablaufes beim Verschweißen von Bandteilen mit einer spannungsfreien Region in einem einzigen Stoß, F i g. 7 eine ähnliche Darstellung wie in den Fig. 6A bis 6 C, mit einer Alternative zur Erzen gung einer spannungsfreien Region, Fig. 8A und 8 B schematische Darstellungen der letzten Stufen des Bewegungsablaufes bei einer halbautomatischen oder vollautomatischen Spann- und Verschließvorrichtung mit einer Bewegung eines spannungsfreien Bandendes in einem einzigen Stoß In Fig. 1 umgibt eine BandschlaufeS einen zu verpackenden Gegenstand A. Die Bandenden U und L der Schlaufe überlappen sich auf der Oberseite des Gegenstandes. Das untere Bandende L ist das freie Ende, das obere Bandende U steht mit einer Vorratsspule (nicht angegeben) in Verbindung. Das Band ist durch eine Spanneinrichtung 10 und durch eine Verschließeinrichtung 11 geführt.
Die Spanneinrichtung 10 kann von Hand betätigt werden; sie kann aber auch halbautomatisch oder vollautomatisch sein. Sie kann auch außerhalb der Schlaufe liegen.
Bei der vorliegenden Anordnung hält die Spanneinrichtung 10 die Bandenden bei der Betätigung der Verschließeinrichtung 11 stationär.
Häufig ist es zweckmäßig, die Einrichtungen 10 und 11 als Einheit auszubilden, doch können diese auch getrennte Elemente bilden.
Die überlappenden Bandenden U und L von F i g. 1 sind vergrößert in F i g. 2 dargestellt, die die fertige Verbindung zeigt. Die tatsächliche Fläche der Verbindungsstelle ist durch die gestrichelte äußere Linie J begrenzt. Wie in den F i g. 4 und 5 angedeutet ist, brauchen die Greifflächen nicht die ganze Breite des Bandes zu bedecken, sondern können auch kanalartige Aussparungen enthalten. Auf diese Weise können etwa auftretende Fehlstellen in der Zwischenschicht isoliert werden. Mit T sind die Zahneindrücke auf der Oberseite des oberen Bandendes bezeichnet, die durch die Druckelemente hervorgerufen werden.
Die Schweißverbindung ist auf eine dünne Zwischenschicht zwischen den Bandenden U und L beschränkt, so daß die Orientierung im Inneren des Bandes nicht beeinträchtigt wird. Die Zugfestigkeit der Verbindung beträgt etwa 60 bis 900/0 der Zug festigkeit des Bandes. Für Kunststoffbänder aus Polyamid (Nylon) oder Polypropylen mit einer Breite von etwa 1,27 cm und einer typischen Stärke von etwa 0,38 bis 1,65 mm beträgt die Länge der Verbindungsfläche im allgemeinen etwa 2,5 bis 5 cm.
Wird vor dem vollständigen Erstarren der Verbindungsstelle ein Zug auf die Schlaufe einwirken gelassen, so wird die Festigkeit der Verbindungsstelle größer.
Beispielsweise betrug für Polyamidband (Abmessungen 0,75 mm 1,27 cm) die Festigkeit der Verbindungsstelle etwa 275 kg, wenn diese bei einer Temperatur von etwa 2050 C entsprechend einer Verzögerungszeit von 15 Sekunden nach dem Verschwei#en gestreckt wurde, wogegen die Festigkeit nur etwa 137 kg betrug, wenn die Verbindungsstelle erst bei Raumtemperatur gestreckt wurde. Verbin- dungen mit einer Festigkeit von etwa 205 bzw. etwa 145 kg wurden erhalten, wenn das Strecken etwa 1 bzw. etwa 2 Minuten oder mehr nach dem Verschweißen durchgeführt wurde. Die Festigkeit der fertigen Verbindungsstelle ist um so größer, je größer die an die warme Verbindungsstelle angelegte Zugspannung ist.
Die Schweißverbindung wird gleichmäßiger, wenn jeder Punkt auf den aneinandergeriebenen Oberflächen einen vergleichbaren Reibungsweg zurücklegt. Bei einer bevorzugten Anordnung wird eine Schwingung mit niedriger Amplitude in der Längsrichtung des Bandes angewendet. Beispielsweise beträgt nach Fig.2 bei einer Verbindungsstelle mit einer Länge von etwa 4,44 cm die Amplitude der Reibbewegung (mit M bezeichnet) etwa 3,5 mm.
Hierbei stehen die Oberflächen praktisch während der ganzen Reibbewegung miteinander im Eingriff, so daß die nichtverbundenen Randzonen sehr klein sind.

Typische Arbeitsbereiche für etwa 0,38 bis 1,65 mm starkes orientiertes Polypropylen- bzw. Polyamidband mit einer Länge der Verbindungsstelle von etwa 4,44 cm, bei denen eine Festigkeit der Verbindungsstelle von mindestens 80% der Bandfestigkeit erhalten wurde, sind nachstehend angegeben.

Polypropylen Polyamid (Nylon)

Länge der Greiffläche ........................... 4,44 cm desgl.

Berührungsdruckbereich ......................... 7 bis 211 kg/cm2 desgl.

Schwingungsfrequenz ............................ 700 bis 6000 Schwingnngen/Min. desgl.

Schwingungsamplitude (Maximum-Maximum) ... 1,27 bis 12,7 mm desgl.

Schwingungsdauer .............................. 0,2 Sekunden oder mehr desgl.

Kühlintervall ................................... 0,10 Sekunden oder mehr 0,10 Sekunden

Gesamter Reibungsweg ......................... 25 cm oder mehr 7,6 bis 10 cm

In diesem Arbeitsbereich sind die Druckwerte nicht besonders kritisch. Im allgemeinen wurde gefunden, daß die thermischen Impulsintervalle um so kürzer sind, je höher die Frequenz-und Amplitudenwerte sind. Es ist vorteilhaft, bei höheren Frequenzen zu arbeiten, da die Schwingungsamplitude entsprechend vermindert werden kann.

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Verschließeinrichtung wird eine Schwingungsbewegung in mehreren Richtungen, d. h. eine sogenannte kreisförmige Schwingungsbewegung angewendet. Man kann sich diese Bewegung so vorstellen, daß einer longitudinalen Bewegungskomponente eine gleichgroße transversale Bewegungskomponente überlagert ist. Die Verschließeinrichtung befindet sich auf der Oberseite des zu verpackenden Gegenstandes A. Sie enthält einen unteren, als Greifelement wirkenden Druckbacken 50, der stationär am Gegenstand A anliegt. Ein oberer, als Greifelement wirkender Druckbacken 51 ist leicht schwenkbar zwischen zwei gegenüberliegenden Führungsschienen 52 angebracht, die am Gehäuse eines Motors 53 hängen. Der Motor 53 hat eine Antriebswelle 54, die in einem exzentrischen Zapfenende 54 E mit einem nicht kreisförmigen Querschnitt endet, das kraftschlüssig in einer Vertiefung im oberen Druckbacken 51 sitzt. Der Motor 53 ist an einer Hebestange 55 befestigt, die den zwischen den Druckbacken herrschenden Druck bestimmt Die Antriebswelle 54 hat eine Schulter 54S, die an die Oberseite des oberen Druckbackens 51 anstößt und die Stöße, die mit der Druckbeanspruchung der Druckbacken verbunden sind, auffängt. Der obere Druckbacken 51 hat seitliche Rillen 51 G, die die Flansche an den Führungsschienen 52 aufnehmen, und es ist ein gewisser freier Raum für eine kreisende Bewegung des oberen Druckbackens vorgesehen. Das obere Bandende V wird durch den oberen Druckbacken 51 mitgeführt, während das untere Bandende L durch den unteren Druckbacken 50 stationär gehalten wird, so daß sich ein Punkt auf dem oberen Bandende in einer Kreisbahn um einen Punkt auf dem unteren Bandende bewegt. Durch diese Bewegungsart erhält man einen Gesamtweg, der an allen Punkten der Zwischenschichten praktisch gleich ist.
Nachstehend sind einige in einer Richtung bzw. in einem Stoß wirkende Vorrichtungen beschrieben.
F i g. 5 zeigt ein motorisch angetriebenes Kombinationswerkzeug 80, das auf einem Gegenstand A liegt.
Eine Bandschlaufe S ist straff um den Gegenstand gespannt, und die sich überlappenden oberen und unteren Bandenden U und L sind durch das Werkzeug gelegt. Der obere Bandteil U kann frei bewegt werden. Das Werkzeug 80 enthält eine starre Auflage 81 mit einem verlängerten Fuß 81F, der mit dem zu verpackenden Gegenstand in Berührung steht.
Auf der Auflage 81 ist ein nach oben gerichtetes Getriebegehäuse 82 angebracht, und eine Spanneinrichtung 83 beliebiger Art befindet sich auf einer Seite der Auflage. Eine aus dem Getriebegehäuse 82 herausragende Schwenkachse trägt ein äußeres Zwischenstück 85. Eine Welle 86 eines Vorschubrades W ragt aus dem Getriebegehäuse heraus und ist mit ihrem äußeren Ende in dem Zsvischenstück85 gelagert; auf der anderen Seite des Getriebegehäuses 82 ist ein Stellhebel 87 vorgesehen, durch den das Vorschubrad W vom Spannamboß 83 gelöst wird, der im Fuß 81F sitzt.
Am Ende des Getriebegehäuses 82 ist ein Druckluftmotor 89 angebracht, der gewöhnlich als bequemer Haltegriff für das Werkzeug ausgebildet sein kann.
Am gegenüberliegenden Ende des Getriebegehäuses 82 ist ein Druckzylinder 90 zur vertikalen Verschiebung des Druckbackens 91 vorgesehen. Dieser Backen liegt einem stationären Druckbacken 92 gegenüber.
Das untere BandendeL und das obereBandende U haben die in F i g. 5 dargestellte Lage, wobei das zuerst noch mit einer Vorratsrolle in Verbindung stehende obere Bandende durch einen Klemmechanismus 93 festgehalten wird, der an der Außenstange eines im Zylinder 90 betätigten stempelartigen Kolbens 94 geführt ist.
Die Bandschlaufe wird zuerst locker um den Gegenstand gelegt, und das Werkzeug wird seitlich über die überlappenden Bandenden U und L eingeführt. Dann wird der Stellhebel 87 betätigt, der das Vorschubrad W gegen den Spannamboß 88 drückt, so daß die sich überlappenden Bandenden ergriffen werden. Nun wird der Druckluftmotor 89 betätigt, der das Vorschubrad W in eine Richtung dreht, in der die Schlaufe auf einen bestimmten Wert gespannt wird. Nun wird die freie Länge des oberen Bandendes U gespannt und fest von dem Klemmechanismus 93 ergriffen. Dann wird der am Druckluftmotorgehäuse angebrachte Steuerknopf 95 betätigt, wodurch die Druckluft den Druckbacken 91 nach unten und die Bandteile U und L zusammenpreßt. Gewöhnlich wird ein Druck von etwa 350 kg/cm2 ausgeübt, obgleich dieser Druck auch bis zu etwa 50°/o oder mehr nach oben oder unten schwanken kann.
Das Band wird nun zwischen den Druckbacken 91L und 92 festgehalten, worauf der Stellhebel 87 des Vorschubrades verschoben wird, um das Vorschubrad anzuheben, so daß sich die an das Vorschubrad und den Spannamboß 88 angrenzenden Flächen der Bandenden U und L leicht bewegen können.
Dann wird ein anderer Steuerknopf 96 im Motor; gehäuse 89 betätigt, wodurch der Kolben 94 mit dem Klemmechanismus 93 stoßartig aus der Stellung mit den ausgezogenen Linien in die Stellung mit den gestrichelten Linien bewegt wird. Durch die schnelle Bewegung des Klemmechanismus 93 wird eine Kraft auf das obere Bandende U ausgeübt. Hierbei findet infolge der statischen Reibung zwischen oberem Bandende und Backen 91 nicht sofort eine Bewegung an der Zwischenschicht statt, sondern das Band dehnt sich etwas, bis die Spannung die statische Reibung überwindet, wodurch das obere Bandende U schnell zwischen dem Backen 91 und dem stationären unteren Bandende L bewegt wird (gewöhnlich etwa 1,27 bis 2,22 cm). Auf diese Weise erfolgt eine Reibbewegung zwischen den sich berührenden (9berflächen der Bandenden U und L, während sie zwischen Hauptdruckbacken zusammengepreßt sind, wodurch Wärme erzeugt wird, die sich entsprechend der Druckverteilung an den Oberflächen verteilt, so daß praktisch sofort ein Schmelzen der Oberfläche in einer Zone mit einer bestimmten Tiefe erfolgt. Durch die Bewegung des Bandes wird die Bandschlaufe etwas straffer um den Gegenstand gezogen. Nach Beendigung der Bandbewegung verschweißen die geschmolzenen Oberflächen und erstarren, während die Oberflächen der Zwischenschicht immer noch durch die Druckbacken 91, 92 zusammengepreßt werden.
Nach dem Erstarren können die Backen vom Band gelöst und das Werkzeug entfernt werden.
Es ist günstiger, das Werkzeug so zu betätigen, daß der Druckluftmotor etwas unterhalb der gewünschten endgültigen Bandspannung stehenbleibt, wobei durch die anschließende Reibbewegung des oberen Bandendes U die Schlaufe auf den gewünschten Wert gespannt wird. Man kann die Stoßbewegung aber auch in umgekehrter Richtung auf das obere Bandende U einwirken lassen, so daß sich die Spannung vermindert.
Die Fig. 6A bis 6 C zeigen schematisch den Bewegungsablauf bei einem von Hand betätigten Verschließwerkzeug, von dem nur die wesentlichsten Elemente dargestellt sind. Das Werkzeug liegt auf einem Gegenstand A, und die sich überlappenden Bandenden U und L werden zuerst so in das Werkzeug eingelegt, daß sich das obere Bandende U frei bewegen kann, d. h., zwischen dem Vorschub- oder Spannrad W und dem Amboß 102, dem stationären unteren Druckbacken 104 mit aufgerauhter Oberfläche und dem vertikal verschiebbaren Druckbacken 105 mit aufgerauhter Oberfläche sowie zwischen dem stationären Verschweißbacken 107 (gegebenenfalls mit aufgerauhter Oberfläche) und dem vertikal beweglichen Verschweißbacken 108 mit glatter Oberfläche ist zunächst noch genügend Platz zum Einlegen der Bandenden U und L frei. Die Bandschlaufe S liegt zunächst noch locker um den Gegenstand.
Dann wird das Vorschubrad W auf den Amboß 102 2 herabgesenkt und so gedreht, daß die Schlaufe gespannt wird, während beide Backenpaare 104 und 105 bzw. 107 und 108 offen bleiben. Ist die gewünschte Bandspannung erreicht, so werden die Druckbacken 104, 105 zusammengepreßt, so daß sie die sich überlappenden Bandenden festhalten. Die Bandspannung wird durch die Backen 104, 105 aufrechterhalten, bis die Verbindung fertig ist. Nun wird das Vorschubrad W angehoben, so daß eine spannungsfreie Region R von Hand zwischen den Bakkenpaaren 104, 105 und 107, 1*8 hochgezogen werden kann, wie es in Fig. 6A dargestellt ist.
Dann werden die Verschweißbacken 107, 108 (F i g. 6 B) zusammengepreßt, und das Vorschubrad W wird gesenkt, damit es das freie obere Bandende U wieder erfassen kann. Durch Drehung des Vorschubrades in Pfeilrichtung wird ein Zug auf das obere Bandende ausgeübt, wobei eine statische Reibung zwischen dem beweglichen Verschweißbacken 108 8 (mit der glatten Oberfläche) und dem oberen Bandende U auftritt. Das obere Bandende ist hierbei zwischen den Backensätzen 107, 108 und 104, 105 (vgl. Fig. 6B) zuerst noch schlaff. Es bildet sich durch die Bewegung des Vorschubrades schnell eine Zugspannung aus, bis die statische Reibung überwunden ist. In diesem Zeitpunkt wird die schlaffe Bandregion R schnell zwischen den Verschweißbacken 107, 108 hindurchgezogen, wobei die Zwischenschicht schmilzt (vgl. F i g. 6 C). Die Verschweißbacken 107, 108 drücken auch nach Beendigung die-009 540/178 ser Bewegung noch auf die Bandenden, wobei die geschmolzene Zwischenschicht erstarrt.
Eine motorisch betätigte Vorrichtung zur Erzeugung einer ähnlichen Bandbewegung ist in F i g. 7 angegeben. Diese Vorrichtung enthält einen ersten Spanner 110 und einen zweiten Spanner 111 auf beiden Seiten von zwei Verschweißbacken 107,108. Die Bandschlaufe wird in die Vorrichtung eingelegt, und das Band wird gespannt, indem die Vorschubräder W der beiden Spanner 110 und 111 in der gleichen Richtung gedreht werden. Die Geschwindigkeit des Vorschubrades des ersten Spanners 111 ist etwas größer als die des zweiten, wodurch allmählich eine spannungsfreie Region R zwischen den Vorschubrädern gebildet wird. Die Verschweißbacken 107, 168 sind offen, währerid die Schlaufe gespannt und die spannungsfreie Region gebildet wird. Die Verschweißbackenl07, 108 werden dann geschlossen, worauf der zweite Spanner 111 betätigt wird, während die Schlaufe durch den ersten Spanner gespannt wird.
Wiederum bildet sich eine Spannung mit statischer Reibung an den Verschweißbacken 107, 108 aus, wobei das obere Bandende U noch nicht bewegt wird.
Schließlich wird die statische Reibung überwunden, und das obere Bandende wird schnell durch die Verschweißbacken 107, 108 gezogen, bis die spånnungsfreie Region aufgebraucht ist.
Die F i g. 8 A und 8 B zeugen schematisch eine halbautomatische oder vollautomatische Spann- und Verschließvorrichtung während der beiden letzten Stufen des Bewegungsablaufes. Bei dieser Vorrichtung wird ein spannungsfreies Bandende in einem einzigen Stoß mit dem anderen Bandende verschweißt. Ein Spannamboß 121 und ein stationärer Backen 122 mit glatter Oberfläche liegen auf dem mit einer BandschlaufeS umgebenen Gegenstand A auf. Das Band wird zunächst in Form einer lockeren Schlaufe, zweckmäßig in einer Bandrinne (nicht dargestellt), um den Gegenstand gelegt tmd durch die Zugaberollenl23 gespannt. Dann werden die sich überlappenden Bandteile U und L mit Hilfe des Rades 128 auf den Spannamboß, 121 gepreßt, wodurch die Schlaufe gespannt gehalten wird. Das Rad 128 wird mit Hilfe des schwenkbaren Zwischenstükkes 127, das am anderen Ende mit dem Kolben 125 P eines Steuerzylinders 125 verbunden ist, angedrückt.
Eine Flalteldinke 129 bewirkt, daß sich das Rad 128 nur in Gegenrichtung zum Uhrzeigersinn drehen kann.
Die Verschweißung der Bandteile geschieht mit Hilfe der Verschließ-oder Verschweißeinrichtung 130. Der bewegliche Backen 131 hat einen senkrechten Mittelzapfen 132, der in einem Schlitz läuft und ein gegabeltes Ende eines schwenkbaren Hebels 133 aufnimmt, der den Backen 131 anheben kann. tn einem schwenkbaren Druckzylinder 134 befindet sich ein doppeltwirkender Kolben 134P mit einer äußeren Antriebsstange 136, die anfangs, wenn der Backenl31 noch angehoben ist (nicht dargestellt), auf den Hebel : 133 drückt.
Mit Hilfe eines Antriebsnöckens 137, der bei 138 angelenkt ist, erhält der bewegliche Backen 131 bei einem bestimmten Druck eine Gleitbewegung. Der Antriebsnocken 137 hat einen gegabelten Kopf mit Schlitzen 137LS, in denen die Stabenden 132E am oberen Ende des Zapfens 132 aufgenommen werden Ein Satz von Spiralfedern 139 befindet sich zwischen dem Antriebsnocken 137 und dem Backen 13 : 1L und regelt die Druckbelastung des Backens gegen das Band. Bei angehobenem Backen 131 (Antriebsstange 136 des Kolbens 134P ganz heruntergedrückt) befindet sich der Antriebsnocken 137 etwa in waagerechter Stellung, in der er mit Hilfe einer entspannten Hauptantriebsfeder 140 festgehalten wird. Diese Feder wirkt gegen ein stationäres Auflager 141 und sitzt auf einer Hebelarmverlängerung 137A des Antriebsnockens. Eine Schneidklinge 142 befindet sich am vorderen Ende des Backens 131 und kann mit Hilfe einer überhängenden Schulter 143 auf dem Antriebsnocken betätigt werden, um das obere Bandende U unmittelbar vor der Ausbildung der Verbindung abzuschneiden.
Am Ende der Kolbenstange 136 befindet sich ein Håken l36H, der den Hebelarm 137A des Antriebsnockens hochhebt, wenn der Kolben 134F hochgehoben und die Häuptfeder 140 gespannt wird. Bei Beginn der Bewegung der Kolbenstange 136 nach oben wird der Hebel 133 frei, wodurch die Federn 139 den beweglichen Backen 131 auf das freie obere Bandende U aufsetzen. Der Nocken zieht bei der Drehung in die in F i g. 8 A angegebene Stellung den Backen 131 zurück, wodurch eine genügend lange spannungsfreie Region R am oberen Bandende U herausgezogen wird, so daß der nachfolgende Kraftstoß erleichtert wird. Die Kolben stange 136 hat in der Mitte eine geneigte Schulter 1368, die am Ende der Bewegung des Kolbens 134 P nach oben in eine passende Schulter 1418 am stationären Anschlag 141 eingreift. Durch das Zusammenwirken der Schultern 136S und 141S wird die Kolbenstange 136, wie es in Fig. SB angegeben ist, geschwenkt, wobei der Antriebsnocken 137 freigegeben wird und die Hauptfeder den Antriebsnocken schnell drehen kann.
Durch die Drehung des Antriebsnockens von der in Fig. g. 8A in die in Fig. 8B angegebene Stellung wird der bewegliche Backen 131 schnell unter hohem Druck nach vorwärts gestoßen. Nach dem Stoß wirkt noch ein ausreichender Druck auf den Backen, wodurch die gewünschte Erstarrung und Verschweißung der Zwischenschicht erfolgt.
Nach einem Kuhlintervall von 1 oder 2 Sekunden wird die Kolbenstange 136 gesenkt; sie drückt auf den Hebel i33 und hebt den Backen 131 an, worauf die volle Spannung der Schlaufe auf die durch Reibung geschmolzene Verbindungsstelle einwirkt. lIierdurch wird bei einigen Stoffen, wie Polyamid, die Festigkeit der fertigen Verbindungsstelle wesentlich verbessert.

Claims

Patentansprüche: 1. Anwendung des zum Verbinden von getrennten thermoplastischen Gegenständen bekannten Reibungsschweißverfahrens zum Verbinden der überlappenden Enden eines thermoplästischen Kunststoffbandes, das in Form einer straffen Schlaufe um einen zu verpacken den Gegenstand gelegt ist und Spannungen auszuhalten hat.
2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungswärme durch eine Schwingungsbewegung in einer oder mehreren Richtungen oder durch eine Bewegung eines Bandendes gegenüber dem anderen in einem einzigen Stoß erzeugt wird.
3. Anwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bandende stationär gehalten wird, während das andere bewegt wird.
4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Schlaufe auf die noch nicht vollständig erstarrte Zwischenschicht einwirken gelassen wird.
5. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine spannungsfreie Region eines Bandteils bewegt wird.
6. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band an einem Ende von einem Bandvorrat abgetrennt wird, indem eine Schneidkante teilweise in das Band eingedrückt wird, wobei die endgültige Abtrennung durch die an der Drucklinie erzeugte Reibungswärme begünstigt wird.