DVS 2219-2-2005 Thermocontact welding of thermoplastic films (polyolefins).pdf

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1、DVS, Ausschuss fr Technik, Arbeitsgruppe Fgen von Kunststoffen“File: D:Eigene DateienKundenDVSRi+Me22192219-2.fmErstellt am:Zuletzt gendert am: 20.01.2005NachdruckundKopie,auchauszugsweise,nurmitGenehmigungdesHerausgebersDVS DEUTSCHER VERBANDFR SCHWEISSEN UNDVERWANDTE VERFAHREN E.V.Bezug: Verlag fr

2、Schweien und verwandte Verfahren DVS-Verlag GmbH, Postfach 10 19 65, 40010 Dsseldorf, Telefon (02 11) 15 91- 0, Telefax (02 11) 1591-150Diese Verffentlichung wurde von einer Gruppe erfahrener Fachleute in ehrenamtlicher Gemeinschaftsarbeit erstellt und wird als eine wichtige Erkenntnisquelle zurBeac

3、htung empfohlen. Der Anwender muss jeweils prfen, wie weit der Inhalt auf seinen speziellen Fall anwendbar und ob die ihm vorliegende Fassung noch gltigist. Eine Haftung des DVS und derjenigen, die an der Ausarbeitung beteiligt waren, ist ausgeschlossen.Inhalt:1 Geltungsbereich2 Funktionsprinzip3 Ve

4、rfahrensbeschreibung4 Schweivorgang5 Schweiparameter5.1 Spezifischer Druck5.2 Schweizeit5.3 Temperatur6 Schweiwerkzeuge 7 Schweianlage8 Folien9 Schweinahtprfungen10 Sicherheitsvorschriften und Arbeitsschutz11 Anwendungsbeispiele1 GeltungsbereichDie Richtlinie beschreibt die Maschinen und Werkzeuge z

5、ur Her-stellung von Schweinhten an Folien aus thermoplastischenKunststoffen durch Thermokontaktschweien. Dieses ist eineigenstndiges Verfahren zum Fgen von Folien.2 FunktionsprinzipDas Fgeverfahren auch Schweien genannt ist anwendbarbei allen thermoplastischen Folien und wird vorwiegend zur Ver-arbe

6、itung von Polyolefinen eingesetzt. Der eigentliche Fge-prozess beruht auf dem Erwrmen der Folien bis in denSchmelzbereich bei gleichzeitigem konturgenauem Verpressender Fgezone bei entsprechender Einhaltung der den Folien an-gepassten Schweiparameter. Es werden im Thermokontaktverfahren berwiegend g

7、leichartigeFolien miteinander verschweit. In seltenen Fllen werden Folienmit hnlich gearteten schmelzbaren Fasern (Vliese) verbunden.Die Bezeichnung des Verfahrens Thermokontakt“ TK leitetsich aus der Art der zum Fgen ntigen Energieeinbringung biszur Fgenaht bei direkter oder indirekter Berhrung des

8、 thermo-plastisch fixierbaren Schweigutes unter der Verwendung dauer-haft beheizter Schweiwerkzeuge (Stege) ab. Das Verfahren kann fr alle thermoplastischen Folien eingesetztwerden. Durch die ein-, jedoch besonders durch die zweiseitigeEnergieeinbringung kann das Verfahren auch an einlagigenMonofoli

9、en eingesetzt werden, wodurch es sich von einfachenSiegelmethoden unterscheidet.TK-Fgetechniken kommen wegen der fast beliebigen Nahtge-staltung, ob fr zwei- oder dreidimensionale Artikel besondersbei der automatischen Herstellung hochdichter Behltnisse mitgas- oder flssigkeitsdichten Nhten zum Eins

10、atz. Ein weiteres herausragendes Merkmal von TK-Verbindungensind die Gestaltungsmglichkeiten der Schweinaht. Es werdendaher im TK-Verfahren unter der Einhaltung der wichtigsten Pa-rameter wie Einwirkzeit (Schweizeit), Stegtemperatur undDruck und dem Einsatz von angepassten Dekorstegen immer sogenann

11、te Pressnhte hergestellt.Thermokontaktschweienvon thermoplastischen Folien(Polyolefine)Bild 1. Prinzip: Einseitige und zweiseitige Schweiung.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000Einseitige SchweiungHauptheizung obenZweiseitige Sc

12、hweiungHauptheizung untenHeizplatte oben“Dekorsteg, ohneBeschichtung. Temperaturunter der SchmelzeFolienTrennbandGegensteg,immer planHauptheizung:Temperatur immerber der SchmelzeHeizplatte oben“Schweisteg ohneKante, antihaftbe-schichtet, Temperaturber der SchmelzeFolienGegenplatte: immer plan,Temper

13、atur unter derSchmelze00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

14、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

15、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

16、000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

17、0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000April 2005RichtlinieDVS 2219-2B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 2 zu DVS 2219-2Anwend

18、ungs- bzw. artikelabhngig sind so genannte Kombina-tionsstege einsetzbar, mit denen sowohl eine Schweiung alsauch eine danebenliegende Sollbruchstelle zum nachtrglichenAbtrennen des Abfalles erzeugt wird Trennschweiung.3 VerfahrensbeschreibungBedingt durch die dauerbeheizten Werkzeuge ist der eigent

19、licheFgeprozess in den meisten Anwendungsfllen in zwei Schrittendurchfhrbar:a) Aufheizphase der Folienlagen im Fgebereich bis in den Ver-arbeitungsbereich, als Schweizeit bezeichnet, gefolgt unmit-telbar von einerb) Abkhlphase, der sogenannten Nachwirkzeit. Siehe Bild 2. Da das TK-Verfahren vorrangi

20、g in der Fertigung von Massenpro-dukten in Hochleistungs-Automaten Anwendung findet, werdenbeide Schritte im Folgeverfahren gekoppelt, so dass diese imgleichen Rhythmus bei meist angeglichenen Prozesszeiten“(Schweien + Nachwirken) durchgefhrt werden. Siehe dazu Bild 7: Mittelbereich einer Folien-Sch

21、weianlage.4 SchweivorgangZur Sicherstellung der wiederholgenauen Schweiergebnissesowohl bei Einzelanwendungen als auch bei Hochleistungsanla-gen in der Serienfertigung mit bis zu 300 Zyklen/Minute mssendie Schweistationen in prziser Bauart gefertigt werden. Die da-bei eingesetzten Schweistege sind a

22、rtikelbezogen in Schwei-werkzeugen zusammengefasst und werden zur Gewhrleistungeines gleichbleibenden Energieflusses wrmeschlssig an elek-trisch beheizte Platten montiert. Die zu verschweienden Folien werden entweder im Zuschnittoder als Folienbahn in die Schweistation eingebracht. Dabeiwird ber die

23、 Schweiwerkzeuge unter definiertem Druck und indefinierter Zeit bei konstant angepasster Temperatur dieSchmelzwrme zugeleitet (Konduktion). Bei zweiseitiger Heizungmuss mit einem Temperaturverlust beim Wrmedurchgang durchdas Transportband, das auch die Aufgabe der Trennung zwi-schen dem heien Schwei

24、steg und den Folien bernimmt,gerechnet werden. Als Material dafr werden Bespannungen beistationren Einzelanwendungen und endlos gemachte Bahnenaus Polyimid oder PTFE-Glasgewebe verwendet. In Sonderfllenkann auch ein korrosionsbestndiger Stahl eingesetzt werden.Bild 2. Beispiel: Prozesszeiten (Aufhei

25、zen, Nachwirken) bei Ringbuchfertigungen.Bild 3. Wrmedurchgang am Beispiel eines Polypropylens.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 3 zu DVS 2219-2Nach Beendigung des Schweiprozesses ffnet die S

26、chweista-tion und die verschweiten Folien werden gemeinsam mit demTransportband in mglichst kurzer Zeit in die unmittelbar fol-gende Khlstation befrdert (Presskhlung). Dabei wird die ein-gebrachte Energie unter Druck mittels Khlplatten (fallweise mitangepasster Kontur) abgeleitet (Bilder 3 und 5).5

27、SchweiparameterIm TK-Verfahren richten sich smtliche Parameter nach denEigenschaften der zu verarbeitenden Folien und nach der Art desArtikels. Diese werden im Betrieb einzeln fr Druck, Werkzeug-temperatur und Schweizeit empirisch ermittelt. Da sich die Parameter gegenseitig beeinflussen, lassen sic

28、h die-se nur innerhalb gewisser Grenzen sinnvoll variieren. 5.1 Spezifischer DruckDer ntige spezifische Anpressdruck ist abhngig von der: Folienbeschaffenheit und -oberflche, der dazu angepassten Schweitemperatur sowie der Form und Flche der erforderlichen bzw. gewhlten Stegsohle.Die spezifischen We

29、rte liegen zwischen 0,5 und 3 MPa.Hinweis 1: Dekorstege begnstigen durch Vergrerung derSchweioberflche die Schweiqualitt bei guter Optik und Naht-festigkeit. Hinweis 2: Bis auf wenige Ausnahmen empfiehlt es sich, Ab-standsbegrenzungen in die Schweiwerkzeuge einzubauen, sodass am Ende der Aufheizzeit

30、 die Einsinktiefe begrenzt wird,wodurch die Restdicke der Naht wiederholgenau eingehaltenwerden kann.5.2 SchweizeitAus wirtschaftlichen und technischen Grnden sollte dieSchweizeit so kurz wie mglich gehalten werden. Sie ist direkt proportional abhngig vom Druck, von der Tempera-tur, der Foliendicke,

31、 vom Stegdekor und von der Nahtbreite. Die Durchschnittswerte liegen folienabhngig zwischen 0,05 und3 Sekunden.5.3 TemperaturDie Schweitemperatur (gemessen am Steg und nicht allein ander Heizplatte), die den grten Einfluss auf den eigentlichenFgeprozess hat, sollte immer so hoch wie mglich gehaltenw

32、erden, um die Verschmelzung“ in krzester Zeit zu beenden.Damit werden unerwnschte Schrumpferscheinungen vermie-den. Bei den meist eingesetzten teilkristallinen Polyolefinen PPund PE liegt diese knapp ber dem Kristallitschmelzpunkt.Bei einseitigen Schweimethoden sind die Werkzeuge immerber der Schmel

33、ztemperatur der Folie zu beheizen. Es ms-sen daher immer antihaft- (PTFE, Nickel) beschichtete Stegeverwendet werden. Um die Temperaturverluste so gering wiemglich zu halten, empfiehlt es sich, die Gegenplatte mit einerthermischen Isolierung zu versehen.Bei zweiseitigen Methoden sind berwiegend: die

34、 oberen Stege unbeschichtet, bei ca. 110 bis 150 C, die unteren Stege unbeschichtet, bei ca. 150 bis 250 C, sowie ein bis etwa 300 C sich nicht vernderndes Transportband mitabweisenden Eigenschaften einzusetzen.Hinweis: Der Erwrmungs-/Schweiprozess wird von der Kon-duktion bei hoher Temperaturbestnd

35、igkeit dieser Bnder beein-flusst. Grundstzlich gilt: Je dnner und leitfhiger, desto besser. 6 SchweiwerkzeugeAufgabe des Werkzeuges ist es, den gezielten Wrmefluss andie gewnschte Stelle der zu verschweienden Folie mit gestal-tungsgerechtem Dekor, bei Einhaltung der im Voraus ermitteltenund konstant

36、 gehaltenen Schweiparameter, unter Druck wie-derholgenau einzubringen.Die eigentliche Schweistation als kompakte Einheit besteht aus: Heizplatte, generell mit Heizpatronen bestckt, der Werkzeugaufbauplatte aus Aluminium und den Schweistegen.Die Einheit wird mittels eines einseitigen oder beidseitig

37、wirken-den Drucksystems zeitgesteuert bettigt. Die Temperatursteue-rung sollte eine geringst mgliche Abweichung der Betriebstem-peratur am Steg gleichbleibend ber die ganze Schweiflche si-chern. Angestrebt wird eine Temperaturfhrung von 1 Kelvin.Als Material wird fr beide Platten Aluminium gewhlt: l

38、eichte Be-arbeitung, gute Wrmeleitfhigkeit, korrosionsbestndig bei Ein-satztemperaturen bis 250 C und geringer Verzug.Die fr die TK-Schweiung am hufigsten eingesetzten Stegewerden wegen (oft) punktueller Druckbelastungen von bis zu 3MPa und hohen Abriebs bevorzugt in harten Buntmetall-Legie-rungen g

39、efertigt. Darauf ist beim Bau und Einsatz von Kombinati-onsstegen mit Dekorsohle und Schneidkante zwingend zu ach-ten. Nur in Ausnahmefllen knnen fr groflchige Schwei-nhte auch Aluminiumstege eingesetzt werden.Bei Trennnahtschweiungen ist die einzusetzende Schneidkan-tenhhe der jeweiligen Stege in A

40、bhngigkeit von den zu schwei-enden Folien festzulegen. Man setzt fr Standardanwendungenden berstand von 70 % der Gesamtfoliendicke ein. Abwei-chungen treten besonders auf bei der Verarbeitung von dnnenFolien fr Flssigkeitsbehltnisse der Medizinbranche, bei derdie berstnde bis auf 95 % steigen knnen.

41、Zu hoch gewhlte Schneidkanten erleichtern zwar den nachtrg-lichen Trennvorgang, verkrzen aber gleichzeitig die Einsatz-dauer des Transport-Trennbandes. Einsatzgebiete der Kombinationsstege bei Konfektionen mit Abriss des Zwischengitters, auch Trennnahtschweiung genannt:a Meist eingesetzter Steg fr d

42、ie Massenkonfektion fr Artikel der Broindustrie. b Anwendungen in der Verpackungsindustrie. Wird aus zwei Stegen zusammengesetzt.c Seltene Anwendungen bei sehr dicken Folienkombinationen. Zusammengesetzter Steg.d TK-Steg (siehe Bild 6).e Einfacher Trennsteg fr Verpackungen mit geringer Nahtfestigkei

43、t.f Einsatz fr Artikel mit sehr dnnen Folienkombinationen in der Medizinbranche.Bild 4. Kombinationsstege.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 4 zu DVS 2219-27 SchweianlageBild 7. Mittelbereich

44、einer Folien-Schweianlage.Schweiunterlage,Trennband/Transportband endlos umlaufendFolienabzugFolien vonder RolleBild 5. Schweisteg mit Schneidkante, vorwiegend fr Broartikel eingesetzt.Bild 6. TK-Steg mit Schneidkante.Vorteile der TK-Stege: Frsarbeiten fr Abstufungen entfallen bei unterschiedlichem

45、Folienaufbau. Stumpfere Schneidkante, geringere Verletzung des Transportbandes. Konischer Kanaleinschnitt, leichtere Abhebung (Entformung) nach dem Schweien. Lngere Lebensdauer bei stumpferen Schneidkanten.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BE

46、ST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Seite 5 zu DVS 2219-28 FolienPrinzipiell werden Folien einerseits hinsichtlich des Herstellver-fahrens und andererseits hinsichtlich der Wahl der Grund-Roh-stoffe unterschieden.Um dem Anwender die Folienauswahl zu erleichtern, werden imFolgenden die wichtig

47、sten Grundmerkmale und Eigenschaftengenannt.Grundmerkmale:Bei Kleinserien auf Halbautomaten werden die Folien vom Zu-schnitt, in der Massenproduktion wird in der Regel von der Rollegearbeitet. Zu den bekanntesten Herstellverfahren von Folien zhlen dasExtrudieren von Flachfolien (Chillroll), das Blas

48、en (Schlauchfolie)sowie das Kalandrieren. Wenn im Kalander-Prozess immer nureine einlagige Folie erzeugt wird, so kann man im Extrusionsver-fahren sowohl Flachfolien als auch Schlauchfolien in mehrlagi-gem Schichtaufbau, sog. Coextrudierte Folien, herstellen. Manspricht dabei von Mono- und/oder von

49、Verbund-Folien. Bei der Qualittsbeurteilung einer Folie, die in den meisten An-wendungen mit automatischen Anlagen verarbeitet wird, ist aufdie wichtigsten Grundmerkmale der Folienbahn zu achten.Automatengerecht ist eine Folienrolle dann, wenn sie:a) bahnbreitengenau beschnitten (engstmgliche anwendungs-abhngige Toler