Apparat zum Aufschweissen eines Bandes auf eine Reihe von Öffnungen in einer sich bewegenden Materialbahn
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zum Aufschweissen eines Bandes auf eine Reihe von Öffnungen in einer sich bewegenden Materialbahn.
Tetraeder-Behälter werden dank beachtlicher Einsparungen gegenüber den herkömmlichen rechteckigen Behältern in steigendem Masse für Flüssigkeiten verwendet, ungeachtet gewisser Schwierigkeiten in ihrer Verwendung. Eines der mit der Verwendung von Tetraeder-Behältern auftauchenden Probleme ist die Schwierigkeit des Anbringens von Mitteln zum Anzapfen des Behälterinhalts, welche Schwierigkeit auf der Art und Weise ihrer Herstellung beruht.
Das Ziel der Erfindung ist deshalb, einen vorzugsweise bei der Herstellung dichtverschlossener Tetraeder-Behälter geeigneten Apparat zum Aufschweissen eines Bandes auf eine Reihe von Öffnungen in einer sich bewegenden Materialbahn zu schaffen. Der Apparat soll ferner leicht mit vorhandenen kommerziellen Einrichtungen zum Bilden von verschweissten Tetraeder-Behältern kombinierbar sein.
Der erfindungsgemässe Apparat löst diese Aufgabe durch einen Aufbau, der gekennzeichnet ist durch a) Bandschubmittel zum intermittierenden Fördern einer Länge von schweissbarem Band um einen gemessenen Betrag; b) Bandschneidemittel zum intermittierenden Abtrennen aufeinanderfolgender Endteile vom Band zwecks Erhaltens eines Endteils für jede Öffnung: c) eine bewegliche Heizvorrichtung mit einer erhitzten Fläche zum Verschweissen eines Bandendteils mit der Materialbahn; d) Mittel zum Bewegen der Heizvorrichtung zwischen einer ersten, von der Materialbahn entfernten Stellung und einer zweiten Stellung, in der die erwähnte Fläche der Heizvorrichtung gegen die sich bewegende Bahn gedrückt wird;
e) Bandführungsmittel, um ein Endteil des Bandes zwischen die erwähnte Fläche der Heizvorrichtung und die Bahn über den von den Öffnungen eingeschlagenen Weg zu bringen, so dass der Bandteil und die erwähnte Fläche ausgerichtet sind, wenn die Heizvorrichtung sich in ihrer zweiten Stellung befindet; f) einen Rahmen, an dem die Heizvorrichtung montiert ist und zwischen einer ersten Stellung, in der die erwärmte Fläche der Heizvorrichtung und der Bandendteil miteinander ausgerichtet sind, und einer zweiten, in der Bewegungsrichtung der Bahn distanzierten Stellung bewegbar ist, aus der die Heizvorrichtung wieder gegen die erste Stellung rückführbar ist; g) Mittel zum Verschieben des Rahmens aus seiner zweiten in die seine erste Stellung mit solcher Geschwindigkeit, dass er seine erste Stellung erreicht bevor eine Öffnung in der Materialbahn diese erste Stellung erreicht;
h) Mittel zum Verschieben der Heizvorrichtung aus ihrer ersten in die zweite Stellung, wenn ein Bandendteil mit einer Öffnung in der Bahn ausgerichtet ist; i) Mittel zum Verschieben des Rahmens aus seiner ersten in die zweite Stellung mit solcher Geschwindigkeit, dass die erwärmte Fläche der Heizvorrichtung, der Bandendteil und eine Öffnung in der Bahn miteinander ausgerichtet bleiben; und k) Mittel zum Verschieben der Heizvorrichtung aus ihrer zweiten in die ihre erste Stellung, wenn der Rahmen seine zweite Stellung erreicht.
Der Apparat verarbeitet vorzugsweise geschichtetes Material wobei die innerste Schicht aus einem thermoplastischen, im wesentlichen undurchlässigen und gegen über dem Behälterinhalt inerten Material besteht. Das geschichtete Material besteht gewöhnlich aus einer oder mehreren Papierlagen, die mit einer oder mehreren Lagen von Polyäthylen oder Polypropylen verbunden sind, so dass diejenige Seite des Schichtmaterials, die die Behälterinnenseite bilden wird, für Flüssigkeiten undurchlässig ist. Die äusserste Schicht ist gewöhnlich feuchtigkeitsabweisend, indem sie entweder aus einer Lage von Papier mit relativ hoher Reissfestigkeit im nassen Zustand oder aus einer Folie von thermoplastischem Material wie z. B. Wachse oder Polyäthylen, oder beiden gebildet wird.
Die zu verschliessende Öffnung ist gewöhnlich ein kleines rundes Loch, bei kleineren Behältergrössen etwa ausreichend zur Aufnahme eines Trinkhalmes. Die Öffnung wird durch ein Band verschlossen, das mit der Aussenseite des die Öffnung aufweisenden Seitenteils zusammengeklebt ist, und zwar mittels des thermoplastischen Materials, dass wenigstens die Bandinnenseite bildet. Dieser Verschluss widersteht einem unbeabsichtigten Öffnen. Um ein richtiges und rasches Wegnehmen des Bandes zu gewährleisten, kann der Apparat - wie schon oben erwähnt - so eingestellt werden, dass am Band ein Endteil, vorzugsweise der oberste Teil, nicht mit der Behälterseite verschweisst sind, so dass eine Reisslasche entsteht. Der unverschweisste Randteil steht vorzugsweise von den Behälterwänden ab.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt:
Fig. 1 schematisch eine Einrichtung zum Herstellen von Tetraeder-Bändern, mit angebauter Vorrichtung zum Erstellen der Öffnungen, sowie einen erfindungsgemässen Apparat zum Aufschweissen eines Bandes auf jede Öffnung in der sich bewegenden Materialbahn.
Fig. 2 einen vereinfachten Aufriss eines Band schweissmechanismus;
Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt nach der Linie 11-11' der Fig. 2;
Fig. 4 perspektivisch einen zugeschweissten Tetraeder-Behälter mit einer mittels Band verschlossenen Öffnung, die mit Einrichtungen nach den Fig. 1-3 gebildet werden kann; und
Fig. 5 einen stark vergrösserten Querschnitt durch die die Öffnung aufweisende Seite des Tetraeder-Behälters der Fig. 4.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird eine Papierrolle 10, die in Fig. 5 im Querschnitt gezeigt ist, von Führungen 20-23 durch Rohrbildungsmittel 30 in Berührung gebracht mit einer Schweissvorrichtung (nicht gezeigt) zum Bilden der Längsnaht, weiter durch eine Füllvorrichtung 31, Heizstäbe 32 und 33 zum Bilden der Quernaht, und eine Vorrichtung (nicht gezeigt) zum Schneiden der Quernaht, um so die einzelnen Tetraeder-Pakete 34 zu bilden.
Am Apparat ist ein Stanz- oder Lochmechanismus vorgesehen, der in zeitlicher Übereinstimmung mit den Stäben 32, 33 zum Bilden der Quernaht tätig ist, so dass Paare von Löchern 11, 12 an Paaren der fertigen Behälter 34 am richtigen Ort von einem Stanznocken 43 hergestellt werden, welch' letzterer auf der Antriebswelle 44 sitzt die auch die Heizstäbe 32, 33 antreibt. Im richtigen Moment in bezug auf die Aktion dieser Heizstäbe schliesst der Nocken 43 den Schalter 45, der einen mit einer Stromquelle verbundenen Stromkreis 46 vervollständigt, so dass der Plunger 50 des Solenoids 51 abwärts getrieben wird und auf einen Stanzhebel 52 schlägt, der bei 53 am Stanzrahmen 54 schwenkbar gelagert ist.
Letzterer ist bei 55 auch wieder schwenkbar gelagert, um ein Zerreissen des Materials 10 zu vermeiden, wenn sich dieses bewegt, während die Stanzstempel 56, 57 durch das Material gedrückt werden. Beim Abwärtsbewegen des Stanzenhebels 52 werden die federbelasteten Stempel 56, 57 durch das Papier gedrückt, so dass im Papier zwei Löcher 11, 12 entstehen. Da der Schalter 45 nur momentan vom Stanznocken 43 geschlossen wird, werden die beiden Stempel 56, 57 durch die Federn 58, 59 rasch vom Papier zurückgezogen. Die mit den Lochpaaren versehene Papierbahn bewegt sich dann über ein Bett 60 des Wagenkörpers 61 gegen den Bandverschlussmechanismus. Der Wagenkörper 61 ist gleitbar auf dem Tetraederherstellungsapparat montiert, so dass er eine kurze Strecke parallel mit der Bewegung der Papierbahn hin- und herbeweglich ist.
Auf dem Wagenkörper 61 sind zwei Bandrollen 62, 63 montiert, die von einem Paar durch die Bandzufuhr angetriebenen Rollen 64, 65 intermittierend vorgeschoben werden und mit Bandzufuhr-Druckrollen 66, 67 zusammenarbeiten, um die freien Enden 68, 69 der Bänder 62, 63 vorzutragen, die über ein Paar von Führungsschlitzen 70, 71 vorstehen. Letztere wirken auch als je ein Glied von zwei scherenartigen Schneidvorrichtungen, die intermittierend die vorstehenden Enden 68, 69 der Bänder 62, 63 durchschneiden, um die die Öffnungen 11, 12 deckenden Laschenverschlüsse 13, 14 zu bilden. Ferner sind auf dem Wagen 61 zwei Druckzylinder 72, 73 montiert, auf deren mittels Druckluft betätigbaren Kolbenstangen 74, 75 elektrisch geheizte Körper 76, 77 montiert sind, von denen jeder an eine Strom-Quelle angeschlossen ist.
Um auf den abgetrennten Bändern 13, 14 unverschweisste Teile zurückzulassen, weisen die Heizkörper 76, 77 eine kleinere Breite auf als die Bänder 62, 63 oder sie sind inbezug auf die Bandenden 68, 69 so angeordnet, dass ein Teil der Bandenden nicht mit dem Papier verschweisst wird, wodurch an den fertigen Tetraederbehältern 34 die gewünschten Abreisslaschen gebildet werden. Auf den Heizkörpern 76, 77 sind bewegliche Schneidkanten 78, 79 montiert, die das andere Glied der scherenartigen Schneidvorrichtungen bilden. Weiter ist auf dem Wagen 61 ein Bandvorschubzylinder 81 montiert, der durch seine Kolbenstange 82, einen Gabelkopf 83, eine Kurbel 84 und eine Einwegkupplung 85 die Bandzuführrollen 62, 63 und somit auch die Bandenden 68, 69 intermittierend vorwärtsbewegt.
Auf dem Tetraederherstellungsapparat ist starr ein Dreiweg-Bandzuführventil 90 montiert, das feststellt, wenn der Wagen 61 seine dem Stanzmechanismus 40 am nächsten gelegene Station erreicht. Dieses Ventil ist durch einen biegsamen Schlauch 91 am Bandzuführzylinder 81, und durch einen zweiten Schlauch 92 an eine Druckluftquelle 93 angeschlossen. Ähnlich montiert ist ein Hubendventil 94, das durch einen Schlauch 95 mit einem bistabilen Vierwegventil 96 verbunden ist.
Weiter ist am Tetraederherstellungsapparat starr ein Wagenrückstellzylinder 97 montiert, der durch einen Schlauch 98 mit dem Vierwegventil 96 verbunden ist.
Das letztere ist durch einen biegsamen Schlauch 99 und davon abzweigende Schläuche 99a, 99b mit Druckzylindern 72, 73 verbunden, weiter durch einen Schlauch 100 mit der Druckluftquelle 93, und durch einen Schlauch 101 mit einem nockenbetätigten Ventil 102, das von dem auf der Antriebswelle 44 sitzenden Steuernocken 103 betätigt wird. Die Nocken 43 und 103 sind auf der Welle 44 montiert, so dass das Ventil 43 betätigt wird, wenn ein Lochpaar 11, 12 sich in der richtigen Lage unter den beiden Heizkörpern 76, 77 befindet.
Fig. 2 und 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der oben beschriebenen Vorrichtung. Wie ersichtlich, ist am Tetraederherstellungsapparat ein Bandzuführrahmen 201 starr montiert, und zwar in der Nähe der Stelle, wo das Material 10 abgerollt wird, wie schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, so dass das Material zwischen der Stelle, wo die Löcher in das Papier gestanzt werden, und der Stelle, wo das Papier zu Behältern geformt wird, durch den Bandzuführmechanismus läuft.
Auf dem Rahmen 201 ist der Wagen 205 mittels eines Paares von Gleitstangen 202, 203 verschiebbar mon tiert. Kugellagerbuchsen 206, 207 in Hülsen 208, 209 sichern ein reibungsarmes Verschieben. Die Enden 68, 69 der Rollen von Bändern 62, 63 (Fig. 1) werden von einem Paar von Bandführungen 211 und einem Paar von Bandführungsabdeckungen 212 in den Wagen 205 geleitet. Jeder der beiden Abdeckungen 212 weisen einen äussern Abschnitt 212a auf, der zwecks Erleichterung der Bandladung mittels eines Gelenkes 213 angehoben werden kann, und einen äussern Abschnitt 212b, der durch eine Feder 214 auf die Abdeckung 212 drückt. Die Führung 211 ist durch den Halter 215 auf dem Wagen montiert.
Die Führung 211 und der innere Abschnitt 212b der Abdeckung 212 weisen offene Partien 216, 217 auf, um die Bänder 62, 63 durch die beiden angetriebenen Zuführrollen 64, 65 (von denen in Fig. 3 nur eine sichtbar ist) intermittierend vorwärts zu bewegen. Jeder der beiden Rollen 64, 65 ist durch die Welle 218 über eine Bandführung 211 am Wagen 205 montiert, zwecks Zusammenwirkens mit Druckrollen 66, 67 (von denen in Fig. 3 nur eine sichtbar ist), die auf einer Welle 219 am federbelasteten Arm 220 der Bandvorschub-Druckrolle mittels der Welle 221 am Wagen 205 drehbar angebracht ist. Die angetriebenen Bandvorschubrollen 64, 65 weisen in ihren am Band angreifenden Flächen eine Anzahl von Rillen 222 auf, um die Bänder 62, 63 sicher fassen zu können.
Jede angetriebene Rolle 64, 65 wird über eine Einweg-Kupplung 85 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wobei die Rollen 64, 65 bei jedem Aufwärtshub der Bandvorschub-Kolbenstange 82 des Bandvorschubzylinders 81 um einen gewissen Winkel gedreht werden. Die Kolbenstange 82 ist mittels einer Gabel 83 mit der Einweg-Kupplung 85 verbunden, welche Gabel ihrerseits durch einen Zapfen 83a mit der Bandvorschubkurbel 84 verbunden ist. Schlitze 70, 71 in ortsfesten Klingen 225, 226 nehmen die Enden 68, 69 der Bänder 62, 63 nach deren Verlassen der beiden Bandführungen 211 auf. Diese Schlitze 70, 71 sind inbezug auf die Horizontalebene des Wagens verkantet, damit die Bandenden mit einer Scheroperation durchschnitten werden können. Die untern Schneidkanten 227, 228 der Schlitze 70, 71 bilden die Schneidkanten der ortsfesten Klingen 225, 226.
Das zum Herstellen der Tetraederbehälter 34 verwendete Material 10 wird durch den Hals 230 des Wagens 205 abgegeben, so dass der die Öffnungen tragende Teil des Materials sich unter den Enden 68, 69 der Bänder 62, 63 befindet, die über die ortsfesten Klingen 225, 226 vorstehen. Mittels Presskissen 231 ist am Wagen 205 ein Presskissensatz 232 mit einem Presskissenhalter 233 angebracht, um für das Material 10 unter dem Heizplattenteil des Bandschweissmechanismus eine federnd nachgiebige Stütze zu bilden. Auf der Oberseite des Presskissenhalters 233 ist satt ein Paar von Gummipresskissen 234, 235 angebracht, die durch einen Abstandhalter 236 voneinander getrennt sind. Ein Presskissenüberzug 237 aus Polyfluoräthylen ( Teflon ) für die Kissen und den Abstandhalter ist wärmebeständig und bietet eine niedrige Reibung.
Ein Rutschen der Presskissen 234, 235 und des Abstandhalters 236 im Halter 233 wird durch Anschläge 238 verhindert, die am Halter 233 befestigt sind.
Auf einer vorderen Platte 240 des Wagens 205 ist zur Vertikalausfluchtung mit den Schlitzen 70, 71 der ortsfesten Klingen 225, 226 mittels eines obern und eines untern Presszylinderkopfes 241, 242 ein Paar von Druckzylindern 72, 73 montiert, die je eine abwärtsgerichtete Kolbenstange 74, 75 aufweisen. An diesen Kolbenstangen ist je ein Fuss 243 bzw. 244 montiert, auf denen je eine Heizplatte 76 bzw. 77 angebracht, aber von diesen durch eine erste und zweite Wärmeisolierschicht 247 bzw. 248 getrennt ist. Jede Heizplatte weist eine Ausnehmung 249 auf zur Aufnahme eines elektrischen Heizkörpers 251 mit an eine EMK-Quelle angeschlossenen Klemmen 252a, 252b.
Ferner sind auf den Heizkörpern 76, 77 Messer 78 bzw. 79 angebracht zum Gleitkontakt mit ortsfesten Klingen 225, 226, welche die beweglichen Schneidklingen 256, 257 bilden und mit ortsfesten Schneidkanten 227, 228 zusammenarbeiten, um die Enden 68, 69 der Bänder 62, 63 abzuscheren, die von den Schlitzen 70, 71 nach aussen ragen. Die Unterseiten der Platten 76, 77 bilden Pressflächen 258, 259 zum Andrücken der abgetrennten Bandenden gegen entsprechende öffnungstragende Teile des Bahnmaetrials.
Diese Pressflächen weisen entsprechende einge kerbte Teile 261, 262 auf, so dass die Breite der Pressflächen kleiner ist als diejenige der Bänder 62 und 63, wodurch auf jedem abgetrennten Bandende 13, 14 ein Teil belassen wird (Fig. 1), der nicht mit dem Bahnmate- rial 10 verschweisst ist und die Abreisslasche 407 bildet, wie sie am Behälter in Fig. 4 gezeigt ist. Ist der ausgesparte Teil an nur einer Ecke der Platten 76, 77 vorhanden, dann bleibt auch nur eine Ecke des Bandendes mit dem Material 10 unverschweisst.
Ein Wagenrückholzylinder 97 ist so montiert, dass seine Stossstange 121 einen am Wagen 205 angebrachten Anschlag 264 berühren kann. Ferner ist auf dem Wagen 205 ein Nockensatz 266 mit abgeschrägten Enden montiert, die einen Bandvorschubnocken 266a und einen Hubendnocken 266b bilden. Vertikal auf dem Tragrahmen 201 für den Bandvorschubmechanismus sind mittels einer Ventilfassung 268 ein Dreiweg-Bandvorschubventil 90 und ein Hubende-Anzapfventil 94 montiert. Unter jedem dieser Ventile auf dem Tragrahmen 201 ist ein Paar von Kurvenrollenarmen 271, 272 montiert, die durch Gelenkzapfen 273, 274 auf und ab verschwenkbar sind. Am Ende der Arme 271, 272 ist je eine Kurvenrolle 275, 276 befestigt, die einen Vorschubnocken 266a und einen Hubendenocken 266b berühren und dabei die Stossstange 110 des Dreiwegventils 90 bzw. die Stossstange 120 des Anzapfventils 94 anheben.
Im Betrieb und wenn der Nocken 266a auf die Kurvenrolle 275 stösst, wodurch der Arm 271 die Stossstange 110 des Ventils 90. anhebt, wird der Zylinder 81 durch die Hülse 91, das Ventil 90 und das Rohr 92 mit der Druckluftquelle 93 verbunden. Der Luftdruck drückt die Kolbenstange 82 nach oben, wobei das Andruckmittel (z. B. eine Feder oder ein niedrigerer Luftdruck) im Zylinder 81, das normalerweise die Kolbenstange 82 ausgestreckt hält, überwunden wird. Durch diese Aufwärtsbewegung werden die Vorschubrollen 64, 65 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, und dadurch die Bänder 62, 63 so vorwärtsbewegt, dass deren Enden 68, 69 aus den Schlitzen 70, 71 um eine vorbestimmte Strecke und genügend weit vorragen, um die Öffnungen 11, 12 in der Bahn 10 zu überdecken.
In einem bestimmten späteren Zeitpunkt, wenn der Nocken 103 gegen die Stossstange 111 des Steuerventils 102 stösst, wird aus dem Hohlraum 112 des Vierwegventils 96 Luft abgegeben. Dadurch entsteht im Ventil 96 ein Luftdruckdifferential, wodurch der Innenkolben 113 in den Hohlraum 112 verschoben wird, wobei er das innere Ventil 114 mitnimmt und so den Wagenrückführzylinder 97 durch das Rohr 98 mit dem Auspuffrohr 115 des Ventils 96 verbindet. Die resultierende Abgabe von Luft aus dem Zylinder 97 ermöglicht es dessen Stossstange 121 zurückzulaufen, und dem Wagen 205, sich entgegen der Vorschubrichtung der Bahn 10 zu bewegen, wenn er in der unten beschriebenen Art und Weise betätigt wird.
Gleichzeitig werden die Druckzylinder 72, 73 mit der Druckluftquelle 93 verbunden. Der resultierende Luftdruck betätigt diese Zylinder, überwindet die Gegendruckmittel (z. B. eine Feder oder einen geringeren Luftdruck) in den Zylindern, die normalerweise die Kolbenstangen 74, 75 nach oben gerichtet halten. Dadurch bewegen die Stangen 74, 75 die erwärmten Platten 76, 77 nach unten an den Schlitzen 70, 71 und deren Schneiden 227, 228 vorbei, so dass die Enden 68, 69 durch die Schneidaktion der Kanten 256, 257 der Klingen 78, von den Bändern 62, 63 abgeschert werden. Diese abgeschnittenen Enden werden dann sofort von den Druckflächen 258, 259 der Heizplatten 76, 77 fest auf die Bahn 10 gedrückt und zwar über einem Lochpaar 11, 12.
Durch diesen Druck auf die Bahn 10 wird der Wagen 205 längs der in Bewegung befindlichen Papierbahn verschoben, und die abgetrennten Bandenden 68, 69 können in dieser Zeit mit der Bahn 10 verschweisst werden. Nachdem sich der Wagen und dessen zugeordnete Teile um eine vorbestimmte Strecke bewegt haben, wie dies teilweise in Fig. 1 angedeutet ist, berührt der Hubende-Nocken 266b die Kurvenrolle 276,'so dass der Arm 272 die Stossstange 120 des Ventils anhebt, und dadurch Luft aus dem Schlauch 95 und aus der dem Hohlraum 112 gegenüberliegenden Seite des Vierwegventils 96 abgelassen wird.
Das Vierwegventil 96 weist einen druckausgleichenden Kapillarkanal 116, auf. Nachdem der Luftdruck in der Höhlung 112 durch das Ventil 102 aufgehoben worden ist, wobei sich dieses beim Vorüberbewegen des Nockens 103 an der Stossstange 111 sofort wieder schliesst, und der Kolben 113 und das Ventil 114 sich in die Höhlung 112 verschoben haben, ermöglicht der Kanal 116 einen Wiederaufbau des Druckes. Dadurch wird der Druck zwischen den beiden Enden des Kolbens 113 wiederum ausgeglichen. Dadurch entsteht wiederum ein Druckdifferential auf den beiden Seiten des Kolbens 113, wenn dann durch das Anzapfventil 94 Luft von der gegenüberliegenden Seite des Vierwegventils 96 abgezapft wird, so dass der Kolben in die Stellung nach Fig. 1 zurückkehrt.
Diese letztere Ventiloperation löst nun zwei Vorgänge aus, nämlich a) die Abgabe von Luft aus den Zylindern 72, 73 durch Anschluss derselben an das Auspuffrohr 115 des Ventils 96, wodurch die Zylinder die Heizplatten 76, 77 von der Papierbahn 10, abhe- ben, und b) den Anschluss des Wagenrückführzylinders 97 an die Druckluftquelle 93 durch die Leitung 98, das Vierwegventil 96 und die Leitung 100, so dass dessen Stossstange 121 den Wagen rasch in seine Ausgangslage zurückbringt. Dadurch greift der Nocken 266a an der Rolle 275 des Arms 271 an und hebt die Stossstange 110 des Dreiwegventils 90, so dass das oben beschriebene Arbeitsspiel von neuem einsetzt. Aus obigem geht hervor, dass anstelle des Luftbetriebes auch eine hydraulische Betätigung benützt werden kann.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist der Tetraederbehälter 401 neben den üblichen Quernähten 402, 403 noch eine Öffnung 404 auf, die sich an der obersten Spitze 405. der nach oben gerichteten Seite 406 befindet, wenn der Behälter 401 auf der Seite liegt, die der die Öffnung aufweisenden Wand 406 gegenüberliegt. Diese Öffnung 404 ist durch ein Band 407 verschlossen, das mit dem die Öffnung 404 umgebenden Teil der Seite 406 verschweisst ist. Ein Endteil 408 des Bandes ist nicht mit dem Behälter verschweisst, um eine Abreisslasche zu bilden, mittels welcher das Band entfernt werden kann, um den Inhalt des Behälters anzuzapfen. Der unverschweisste Endteil 408 ragt von den Behälterseiten nach aussen ab, wie in Fig. 4 gezeigt ist, so dass die Lasche das Aussehen eines Flügels erhält und dadurch leicht sichtbar wird.
Dieser letztere Umstand ist ein wichtiger Vorteil, wenn der Behälter von kleinen Kindern oder auch von Personen mit beschränktem Sehvermögen benützt wird. Zusätzlich kann noch ein Streifen 409 ohne Überzug längs der Behälterseite 406 vorgesehen sein, wenn diese Seite mit Wachs oder einem andern Material überzogen ist, das die Neigung hätte, das Verschweissen des Bandes 407 mit der Seite 406 zu beeintrachtigen.
Fig. 5 zeigt Einzelheiten der Konstruktion der Behälterwand 406 und des Bandes 407 des Behälters 401, zusammen mit der Art und Weise der Verschweissung des Bandes an dieser Wand. Letztere besteht aus einem geschichteten Papier mit im wesentlichen zwei Lagen 501, 502 von Papier mit hoher Nassreissfestigkeit, alternierend mit zwei Polyäthylenschichten 503, 504 von denen letztere die Innenseite der Wand 406 bildet. Das die Öffnung 404 überdeckende Band 407 ist kaschiert, mit einer äussern Papierschicht 505 und einer innern Polyäthylenschicht 506. Das Band 407 ist mit der Papierschicht 502 der Wand 406 im Behälter 401 verschweisst, wobei etwas von der Polyäthylenschicht 506 des Bandes 407 in den Aussenteil 507 der äussersten Papierlage 502 der Wand 406 eingedrungen ist, so dass das Polyäthylen in diesem Teil der Schicht um die Fasern eingelaufen ist.
Dies ist ersichtlich, wenn das Band vom Behälter abgerissen wird. Dabei sieht man eine dünne Faserschicht der Papierlage 502 eingebettet in der Polyäthylenschicht 506. Durch das Verschweissen entsteht eine Schweissraupe entweder in der Form einer niedrigen Sicke 507 oder einer tiefen Randwulst 507' um den Rand der Öffnung 404. Dies neigt dazu, das Einwärtsarbeiten des Randes in die Papierschicht 502 zu verringern oder dies zu verhindern, wenn die Wulst 507'genügend tief in die Öffnung 404 eindringt, um sich mit der Polyäthylenschicht 504 der Wand 406 des Behälters zu verbinden.
Dies ist speziell dann wichtig, wenn die Papierschicht nur eine geringe Nassreissfestigkeit aufweist, in welchem Fall es wünschenswert ist, dass der Wulst in die Öffnung 404 eindringt, bis ein flüssigkeitsdichter Verschluss erzielt wird zwischen der innersten Polyäthylenschicht 503 und dem Wulst 507'. Beim Verschweissen entsteht im Band 407 eine Vertiefung 509, als Folge des Hineinziehens des Eandteils in die Öffnung 404. Wie weiter in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Bandteil 408 nicht mit dem Behälter verschweisst, um eine Abreisslasche zum Entfernen des Bandes zu bilden.
Das zum Herstellen der Tetraederbehälter benützte Material kann aus einer grossen Anzahl von kaschierten Produkten ausgewählt werden. So kann z. B. Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylazetat, Nylon, Polyester, oder andere thermoplastische Folien auf Papier, Gewebe, Aluminiumfolien, Bleifolien oder auf anderes geeignetes Verpackungsmaterial kaschiert sein. Das zum Verschliessen der Öffnung benützte Band kann ganz aus einem der oben angeführten thermoplastischen Materialien hergestellt sein, oder auch ein kaschiertes Produkt sein wie das Behältermaterial. Im allgemeinen wird für beide Teile ein mit Polyäthylen kaschiertes Papier bevorzugt.
Grösse und Form der Öffnung im Behälter hängt ab von dessen beabsichtigter Verwendung, d. h. ob diese Öffnung als Ausguss oder zur Aufnahme eines Trinkhalmes benützt werden soll. Es wird jedoch ein rundes Loch von ca. 5-10 mm Durchmesser für kleinere Milchbzw. Limonadenbehälter bevorzugt.
Das Band kann gefärbt sein, entsprechend der Behälterwand oder im Gegensatz zu dieser, und es kann bedruckt sein mit Reklame oder Anweisungen zum Öffnen des Behälters.
Apparatus for welding a ribbon to a series of openings in a moving web of material
The present invention relates to an apparatus for welding a ribbon to a series of openings in a moving web of material.
Tetrahedral containers are increasingly being used for liquids thanks to considerable savings over traditional rectangular containers, despite certain difficulties in their use. One of the problems encountered with the use of tetrahedral containers is the difficulty in attaching means for tapping the contents of the container, which difficulty arises from the manner in which they are manufactured.
The object of the invention is therefore to provide an apparatus, preferably suitable for the manufacture of tightly closed tetrahedral containers, for welding a strip onto a series of openings in a moving web of material. The apparatus should also be easily combinable with existing commercial facilities for forming welded tetrahedral containers.
The apparatus according to the invention achieves this object by a structure which is characterized by a) tape pushing means for intermittently conveying a length of weldable tape by a measured amount; b) tape cutting means for intermittently severing successive end portions from the tape to obtain an end portion for each opening: c) a movable heater having a heated surface for welding a tape end portion to the web of material; d) means for moving the heating device between a first position remote from the web of material and a second position in which said surface of the heating device is pressed against the moving web;
e) tape guide means for bringing an end portion of the tape between said surface of the heater and the web across the path taken by the openings so that the tape portion and said surface are aligned when the heater is in its second position; f) a frame on which the heating device is mounted and is movable between a first position, in which the heated surface of the heating device and the belt end part are aligned with one another, and a second, distanced position in the direction of movement of the web, from which the heating device is again is retractable towards the first position; g) means for moving the frame from its second to its first position at such a speed that it reaches its first position before an opening in the web of material reaches this first position;
h) means for moving the heater from its first to second position when a tape end portion is aligned with an opening in the web; i) means for displacing the frame from its first to the second position at such a rate that the heated surface of the heater, the belt end portion and an opening in the web remain aligned; and k) means for moving the heater from its second to its first position when the frame reaches its second position.
The apparatus preferably processes layered material, the innermost layer consisting of a thermoplastic, essentially impermeable material which is inert to the contents of the container. The layered material usually consists of one or more layers of paper bonded to one or more layers of polyethylene or polypropylene so that the side of the layer material which will form the inside of the container is impermeable to liquids. The outermost layer is usually moisture-repellent in that it is either made of a layer of paper with a relatively high tear strength when wet or of a sheet of thermoplastic material such as. B. waxes or polyethylene, or both is formed.
The opening to be closed is usually a small round hole, with smaller container sizes about sufficient to hold a drinking straw. The opening is closed by a tape which is glued together to the outside of the side part having the opening, specifically by means of the thermoplastic material that forms at least the inside of the tape. This closure resists accidental opening. In order to ensure correct and quick removal of the tape, the device can - as already mentioned above - be adjusted so that an end part of the tape, preferably the uppermost part, is not welded to the container side, so that a tear flap is created. The unsealed edge part preferably protrudes from the container walls.
The invention is illustrated in the drawing, for example, which shows:
1 schematically shows a device for producing tetrahedral tapes, with a built-on device for making the openings, and an apparatus according to the invention for welding a tape onto each opening in the moving material web.
Figure 2 is a simplified elevation of a band welding mechanism;
FIG. 3 shows a simplified section along the line 11-11 'of FIG. 2;
4 is a perspective view of a welded-on tetrahedron container with an opening which is closed by means of a tape and which can be formed with the devices according to FIGS. 1-3; and
5 shows a greatly enlarged cross section through the side of the tetrahedron container of FIG. 4 having the opening.
As shown in FIG. 1, a paper roll 10, which is shown in cross-section in FIG. 5, is brought into contact by guides 20-23 through pipe forming means 30 with a welding device (not shown) for forming the longitudinal seam, further through a filling device 31 , Heating rods 32 and 33 for forming the transverse seam, and a device (not shown) for cutting the transverse seam in order to form the individual tetrahedron packages 34.
A punching or punching mechanism is provided on the apparatus, which operates in time coincidence with the rods 32, 33 for forming the transverse seam, so that pairs of holes 11, 12 on pairs of the finished containers 34 are made in the correct location by a punching cam 43 , which 'the latter sits on the drive shaft 44 which also drives the heating rods 32, 33. At the right moment in relation to the action of these heating rods, the cam 43 closes the switch 45, which completes a circuit 46 connected to a power source, so that the plunger 50 of the solenoid 51 is driven downwards and strikes a punch lever 52, which at 53 at Punch frame 54 is pivotably mounted.
The latter is also pivotably mounted again at 55 in order to avoid tearing of the material 10 when it moves while the punches 56, 57 are pressed through the material. When the punch lever 52 moves downward, the spring-loaded punches 56, 57 are pressed through the paper, so that two holes 11, 12 are created in the paper. Since the switch 45 is only momentarily closed by the punching cam 43, the two punches 56, 57 are quickly withdrawn from the paper by the springs 58, 59. The paper web provided with the pairs of holes then moves over a bed 60 of the carriage body 61 against the tape locking mechanism. The carriage body 61 is slidably mounted on the tetrahedron making apparatus so that it can reciprocate a short distance in parallel with the movement of the paper web.
Mounted on the carriage body 61 are two tape rollers 62, 63 which are intermittently advanced by a pair of tape feed driven rollers 64, 65 and cooperate with tape feed pressure rollers 66, 67 to advance the free ends 68, 69 of the tapes 62, 63 protruding from a pair of guide slots 70,71. The latter also act as one link each of two scissor-like cutting devices which intermittently cut through the protruding ends 68, 69 of the bands 62, 63 in order to form the tab closures 13, 14 covering the openings 11, 12. Furthermore, two pressure cylinders 72, 73 are mounted on the carriage 61, on whose piston rods 74, 75 actuated by means of compressed air, electrically heated bodies 76, 77 are mounted, each of which is connected to a power source.
In order to leave unwelded parts on the severed tapes 13, 14, the heating elements 76, 77 have a smaller width than the tapes 62, 63 or they are arranged in relation to the tape ends 68, 69 so that some of the tape ends do not touch the paper is welded, whereby the desired tear-off tabs are formed on the finished tetrahedral containers 34. Movable cutting edges 78, 79 are mounted on the heaters 76, 77 and form the other link of the scissor-type cutters. Furthermore, a tape feed cylinder 81 is mounted on the carriage 61, which through its piston rod 82, a fork head 83, a crank 84 and a one-way clutch 85 intermittently moves the tape feed rollers 62, 63 and thus also the tape ends 68, 69 forwards.
Rigidly mounted on the tetrahedron making apparatus is a three-way tape feed valve 90 which detects when the carriage 61 reaches its station closest to the punching mechanism 40. This valve is connected to the tape feed cylinder 81 by a flexible hose 91 and to a compressed air source 93 by a second hose 92. A stroke end valve 94, which is connected by a hose 95 to a bistable four-way valve 96, is mounted similarly.
Furthermore, a carriage return cylinder 97 is rigidly mounted on the tetrahedron production apparatus and is connected to the four-way valve 96 by a hose 98.
The latter is connected by a flexible hose 99 and hoses 99a, 99b branching therefrom to pressure cylinders 72, 73, further by a hose 100 to the compressed air source 93, and by a hose 101 to a cam-operated valve 102 which is connected to the one on the drive shaft 44 seated control cam 103 is actuated. The cams 43 and 103 are mounted on the shaft 44 so that the valve 43 is actuated when a pair of holes 11, 12 are in the correct position under the two heating elements 76, 77.
Figs. 2 and 3 show a preferred embodiment of the device described above. As can be seen, a tape feed frame 201 is rigidly mounted on the tetrahedron production apparatus, in the vicinity of the point where the material 10 is unrolled, as shown schematically in Fig. 1, so that the material between the point where the holes in the paper punched, and the point where the paper is formed into containers passes through the tape feed mechanism.
On the frame 201, the carriage 205 is slidably mounted on it by means of a pair of slide bars 202, 203. Ball bearing bushings 206, 207 in sleeves 208, 209 ensure low-friction sliding. The ends 68, 69 of the rolls of tapes 62, 63 (FIG. 1) are guided into the carriage 205 by a pair of tape guides 211 and a pair of tape guide covers 212. Each of the two covers 212 has an outer section 212a, which can be lifted by means of a hinge 213 in order to facilitate the loading of the tape, and an outer section 212b which presses on the cover 212 by a spring 214. The guide 211 is mounted on the carriage through the holder 215.
The guide 211 and the inner portion 212b of the cover 212 have open portions 216, 217 for intermittently advancing the belts 62, 63 through the two powered feed rollers 64, 65 (only one of which is visible in FIG. 3). Each of the two rollers 64, 65 is mounted on the carriage 205 by the shaft 218 via a belt guide 211, for the purpose of interacting with pressure rollers 66, 67 (only one of which is visible in FIG. 3), which are mounted on a shaft 219 on the spring-loaded arm 220 the tape feed pressure roller is rotatably mounted on the carriage 205 by means of the shaft 221. The driven tape feed rollers 64, 65 have a number of grooves 222 in their surfaces engaging the tape in order to be able to grasp the tapes 62, 63 securely.
Each driven roller 64, 65 is rotated counterclockwise via a one-way clutch 85, the rollers 64, 65 being rotated through a certain angle with each upward stroke of the tape feed piston rod 82 of the tape feed cylinder 81. The piston rod 82 is connected to the one-way clutch 85 by means of a fork 83, which fork in turn is connected to the tape feed crank 84 by a pin 83a. Slots 70, 71 in stationary blades 225, 226 receive the ends 68, 69 of the belts 62, 63 after they have left the two belt guides 211. These slots 70, 71 are tilted with respect to the horizontal plane of the carriage so that the tape ends can be cut through with a shearing operation. The lower cutting edges 227, 228 of the slots 70, 71 form the cutting edges of the stationary blades 225, 226.
The material 10 used to make the tetrahedron containers 34 is dispensed through the neck 230 of the cart 205 so that the portion of the material carrying the openings is under the ends 68,69 of the straps 62,63 passing over the stationary blades 225,226 protrude. By means of press cushions 231, a press cushion set 232 with a press cushion holder 233 is attached to the carriage 205 in order to form a resiliently flexible support for the material 10 under the heating plate part of the band welding mechanism. A pair of rubber press cushions 234, 235, which are separated from one another by a spacer 236, are attached to the top of the press cushion holder 233. A press cushion cover 237 made of polyfluoroethylene (Teflon) for the cushions and the spacer is heat-resistant and offers low friction.
Slipping of the press cushions 234, 235 and the spacer 236 in the holder 233 is prevented by stops 238 which are fastened to the holder 233.
A pair of pressure cylinders 72, 73, each with a downwardly directed piston rod 74, 75, are mounted on a front plate 240 of the carriage 205 for vertical alignment with the slots 70, 71 of the stationary blades 225, 226 by means of an upper and a lower press cylinder head 241, 242 exhibit. A foot 243 or 244 is mounted on each of these piston rods, on each of which a heating plate 76 or 77 is attached, but is separated from these by a first and second thermal insulation layer 247 and 248, respectively. Each heating plate has a recess 249 for receiving an electrical heating element 251 with terminals 252a, 252b connected to an EMF source.
Furthermore, knives 78 and 79, respectively, are mounted on the heating elements 76, 77 for sliding contact with stationary blades 225, 226, which form the movable cutting blades 256, 257 and cooperate with stationary cutting edges 227, 228 in order to cut the ends 68, 69 of the bands 62, 63, which protrude from the slots 70, 71 to the outside. The undersides of the plates 76, 77 form pressing surfaces 258, 259 for pressing the severed tape ends against corresponding opening-bearing parts of the track material.
These pressing surfaces have corresponding notched parts 261, 262 so that the width of the pressing surfaces is smaller than that of the belts 62 and 63, as a result of which a part is left on each separated belt end 13, 14 (FIG. 1) which does not correspond to the Web material 10 is welded and forms the tear-off tab 407, as shown on the container in FIG. If the recessed part is only present at one corner of the plates 76, 77, then only one corner of the end of the tape remains unsealed with the material 10.
A carriage return cylinder 97 is mounted so that its bumper 121 can contact a stop 264 attached to the carriage 205. Also mounted on the carriage 205 is a set of cams 266 with tapered ends that form a tape feed cam 266a and a stroke end cam 266b. A three-way tape feed valve 90 and a stroke end tapping valve 94 are mounted vertically on the support frame 201 for the tape feed mechanism by means of a valve socket 268. A pair of cam follower arms 271, 272, which can be pivoted up and down by pivot pins 273, 274, are mounted under each of these valves on the support frame 201. At the end of the arms 271, 272 a cam roller 275, 276 is attached, which touch a feed cam 266a and a stroke end cam 266b and thereby lift the push rod 110 of the three-way valve 90 and the push rod 120 of the bleed valve 94.
In operation, when the cam 266a encounters the cam roller 275 causing the arm 271 to raise the pushrod 110 of the valve 90, the cylinder 81 is connected to the compressed air source 93 through the sleeve 91, valve 90 and tube 92. The air pressure pushes the piston rod 82 upwards, the pressure means (e.g. a spring or a lower air pressure) in the cylinder 81, which normally keeps the piston rod 82 extended, is overcome. As a result of this upward movement, the feed rollers 64, 65 are rotated counterclockwise, and thereby the belts 62, 63 are moved forward in such a way that their ends 68, 69 protrude from the slots 70, 71 by a predetermined distance and sufficiently far around the openings 11, 12 to be covered in web 10.
At a certain later point in time, when the cam 103 strikes the push rod 111 of the control valve 102, air is released from the cavity 112 of the four-way valve 96. This creates an air pressure differential in valve 96, thereby displacing inner piston 113 into cavity 112, taking inner valve 114 with it and connecting vehicle return cylinder 97 through pipe 98 to exhaust pipe 115 of valve 96. The resulting discharge of air from the cylinder 97 enables its pushrod 121 to retract and the carriage 205 to move counter to the direction of advance of the web 10 when operated in the manner described below.
At the same time, the pressure cylinders 72, 73 are connected to the compressed air source 93. The resulting air pressure actuates these cylinders, overcoming the counter pressure means (e.g. a spring or a lesser air pressure) in the cylinders which normally keep the piston rods 74, 75 directed upwards. As a result, the rods 74, 75 move the heated plates 76, 77 down past the slots 70, 71 and their cutting edges 227, 228 so that the ends 68, 69, by the cutting action of the edges 256, 257 of the blades 78, are removed from the Bands 62, 63 are sheared off. These cut ends are then immediately pressed firmly onto the web 10 by the pressure surfaces 258, 259 of the heating plates 76, 77, to be precise over a pair of holes 11, 12.
As a result of this pressure on the web 10, the carriage 205 is displaced along the moving paper web, and the severed tape ends 68, 69 can be welded to the web 10 during this time. After the carriage and its associated parts have moved a predetermined distance, as partially indicated in FIG. 1, the end of stroke cam 266b contacts cam roller 276 so that arm 272 raises the valve's push rod 120 and thereby Air is vented from the hose 95 and from the opposite side of the four-way valve 96 from the cavity 112.
The four-way valve 96 has a pressure-equalizing capillary channel 116. After the air pressure in the cavity 112 has been released by the valve 102, which immediately closes again when the cam 103 moves past the push rod 111, and the piston 113 and the valve 114 have moved into the cavity 112, the channel enables 116 a pressure build-up. As a result, the pressure between the two ends of the piston 113 is again equalized. This in turn creates a pressure differential on the two sides of the piston 113 when air is then drawn off through the bleed valve 94 from the opposite side of the four-way valve 96, so that the piston returns to the position according to FIG.
This latter valve operation now triggers two processes, namely a) the discharge of air from the cylinders 72, 73 by connecting the same to the exhaust pipe 115 of the valve 96, whereby the cylinders lift the heating plates 76, 77 from the paper web 10, and b) the connection of the carriage return cylinder 97 to the compressed air source 93 through the line 98, the four-way valve 96 and the line 100, so that its push rod 121 quickly returns the car to its starting position. As a result, the cam 266a engages the roller 275 of the arm 271 and lifts the push rod 110 of the three-way valve 90, so that the working cycle described above starts again. It can be seen from the above that hydraulic actuation can also be used instead of air operation.
As shown in Fig. 4, the tetrahedron container 401, in addition to the usual transverse seams 402, 403, also has an opening 404 which is located at the top tip 405 of the upwardly directed side 406, when the container 401 is on its side, which is opposite to the wall 406 having the opening. This opening 404 is closed by a tape 407 which is welded to the part of the side 406 surrounding the opening 404. One end portion 408 of the tape is not welded to the container to form a tear-off tab by which the tape can be removed in order to tap into the contents of the container. The unwelded end part 408 protrudes outward from the container sides, as shown in FIG. 4, so that the flap has the appearance of a wing and is therefore easily visible.
This latter circumstance is an important advantage when the container is used by young children or even by people with limited eyesight. In addition, a strip 409 without a coating can be provided along the container side 406 if this side is coated with wax or another material that would tend to impair the welding of the band 407 to the side 406.
Fig. 5 shows details of the construction of the container wall 406 and the tape 407 of the container 401, along with the manner in which the tape is welded to that wall. The latter consists of a layered paper with essentially two layers 501, 502 of paper with high wet tensile strength, alternating with two polyethylene layers 503, 504 of which the latter forms the inside of the wall 406. The tape 407 covering the opening 404 is laminated with an outer paper layer 505 and an inner polyethylene layer 506. The tape 407 is welded to the paper layer 502 of the wall 406 in the container 401, with some of the polyethylene layer 506 of the tape 407 in the outer part 507 the outermost paper layer 502 of the wall 406 has penetrated, so that the polyethylene has run into this part of the layer around the fibers.
This can be seen when the tape is torn from the container. You can see a thin fiber layer of the paper layer 502 embedded in the polyethylene layer 506. The welding creates a weld bead either in the form of a low bead 507 or a deep edge bead 507 'around the edge of the opening 404. This tends to work inward of the edge in the paper layer 502 or to prevent this, if the bead 507 'penetrates sufficiently deep into the opening 404 to bond with the polyethylene layer 504 of the wall 406 of the container.
This is especially important when the paper layer has poor wet tensile strength, in which case it is desirable that the bead penetrate the opening 404 until a liquid-tight seal is achieved between the innermost polyethylene layer 503 and the bead 507 '. During welding, a recess 509 is created in the band 407 as a result of the end part being pulled into the opening 404. As further shown in FIG. 4, a band part 408 is not welded to the container in order to form a tear-off tab for removing the band.
The material used to manufacture the tetrahedral containers can be selected from a large number of laminated products. So z. B. polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, nylon, polyester, or other thermoplastic films on paper, fabric, aluminum foils, lead foils or on other suitable packaging material. The tape used to close the opening can be made entirely from one of the thermoplastic materials listed above, or it can be a laminated product like the container material. In general, a polyethylene-faced paper is preferred for both parts.
The size and shape of the opening in the container depends on its intended use, i. H. whether this opening should be used as a sink or to hold a drinking straw. However, a round hole with a diameter of approx. 5-10 mm for smaller milk or Soda container preferred.
The tape can be colored to match or contrast with the wall of the container, and it can be printed with advertisements or instructions for opening the container.