Zahlreiche fließfähige oder pastöse Medien werden in Tuben verpackt, z. B. Kosme- tika, Zahnpasta, Schuhcreme, Salben und dergleichen. Die Tuben können aus geeig- netem metallischem Flachmaterial geformt sein, das plastisch verformbar ist. Seit län- gerer Zeit wird-hauptsächlich aus ökonomischen Gründen-Kunststoffmaterial ver- wendet.

Vor dem Abdichten des Endes des Vorformlings eines tubenartigen Behälters wird dieser zunächst mit dem aufzunehmenden Material gefüllt. Die Entnahmeseite ist durch eine geeignete Kappe, einen Schraubverschluß oder dergleichen abgeschlossen.

Nach dem Befüllen erfolgt das Verschließen des Einfüllendes. Bei plastisch verform- barem Flachmaterial ist bekannt, das Einfüllende entlang einer Linie zu falten. Gege- benenfalls findet eine linienartige Verpressung im Endbereich statt. Damit ist eine ausreichende Dichtigkeit gewährleistet. Bei Kunststoffmaterial ist ein derartiges Ver- fahren nicht anwendbar. Vielmehr ist es erforderlich, daß das aufeinandergelegte Ende verschweißt oder versiegelt wird.

Ein aus der DE 37 44 402 C2 bekanntes Verfahren zum Verschließen von tubenarti- gen Behältern aus Kunststoffmaterial sieht vor, den Endabschnitt zunächst in geeig- neter Weise durch Einwirkung von Wärme oder dergleichen zu erweichen oder anzu- schmelzen, bevor mit Hilfe einer Preßvorrichtung eine dichtende Naht hergestellt wird.

Das Erweichen wird dadurch herbeigeführt, daß ein Ring um das Einfüllende herum angeordnet wird, der mit einer Reihe von Düsenöffnungen versehen ist, über die heiße Luft auf die Außenwandung des Einfüllendes der Tube geblasen wird. Da im Regel- fall eine komplette Verschweißung erforderlich ist, muß erhebliche Wärme von außen zugeführt werden, d. h. bis zu ca. 18 kW elektrische Leistung. Dieses Verfahren wird heutzutage in der Verpackungsindustrie eingesetzt und ist unter der Bezeichnung "Hot-Air"-Verfahren bekannt.

Es ist ferner bekannt, apparativ analog zum Heißluftverfahren mit Hilfe von Ultra- schall oder Mikrowellenbestrahlung eine Erweichung bzw. Anschmelzung des zu ver- schweißenden Endes vorzunehmen.

Bei allen Methoden ist es erforderlich, die Anschmelzung und die nachfolgende Ver- pressung in nacheinanderfolgenden Produktionstakten durchzuführen, da die Vor- richtung zum Anschmelzen des Materials räumlich nicht in Einklang mit der Verpres- sungsvorrichtung gebracht werden kann. Zusätzlich ist es zumeist notwendig, die zu- erst aufgeheizten Tuben nach dem Verpressen wieder abzukühlen, da sonst eine un- gewollte plastische Verformung entstehen und zusätzlich das Produkt durch die Wär- mebeeinflussung beeinträchtigt werden kann. Aufgrund dieses zusätzlichen Küh- lungsaufwandes ist dieses Verfahren außerordentlich unökonomisch.

Aus DE 22 61 388 ist ein Verfahren zum Anschweißen eines Endstücks aus Kunst- stoff an einem rohrförmigen Kunststoffkörper bekanntgeworden, bei dem das End- stück mit einem rohrartigen Abschnitt in den rohrartigen Körper eingesetzt wird. Mit Hilfe eines Lasers wird auf der Außenseite des rohrartigen Körpers eine Bestrahlung vorgenommen, wobei das Rohr mit dem Endstück rotiert. Eine Anpreßrolle preßt den erwärmten Bereich zusammen und bewirkt eine Art Verschweißung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verschweißen der Enden von rohrartigen Behältern, insbesondere von Tuben, zu schaffen, die für alle gebräuchlichen Kunststoffarten für Tuben einzusetzen ist, die ei- nen geringen Energieverbrauch aufweist, eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ge- währleistet und mit einfachen Mitteln erstellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine, vorzugsweise segmentierte Halte- rung vorgesehen fiir eine Mehrzahl von Laserdiodeneinheiten, die annähernd im Kreis angeordnet sind, so daß ihre Strahlen entweder direkt oder über eine Umlenkoptik auf die Außen-oder Innenwand des Behälters auftreffen.

Da die Wellenlänge von Diodenlasern im nahen Infrarot (ca. 650 nm bis 1400 nm) liegt, ist es für die Effektivität der Vorrichtung unerheblich, ob die Innen-oder die Außenwand des Behälters bestrahlt wird, da fast alle in Frage kommenden Kunststoffe teilabsorptiv sind und die Strahlung somit über die gesamte Wandstärke (< 1 mm) gleichmäßig umsetzen können. Zur Vereinfachung des mechanischen Aufbaus ist die Bestrahlung auf die Außenwand vorzuziehen. Somit ist auch bei einer Bestrahlung auf die Außenwand die Anschmelzung der zur Verpressung relevanten Innenwand ge- währleistet. Das mit der Erfindung betriebene Verfahren erreicht eine homogene Durchwärmung der Verschmelzungszone. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist es auch möglich, an der den Laserdioden gegenüberliegenden Seite innerhalb des Be- hälters einen Reflektor anzubringen, der die nicht absorbierte Strahlung in das Mate- rial zurückstrahlt.

Naturgemäß ist der Strahl einer Laserdiode oder eines Laserdiodenarrays stark diver- gent, im Regelfall im Bereich von ca. 6-10° in der Ebene der Längsausdehnung der Laserdioden (langsame Achse) und ca. 35-40° perpendikular zur Längsdehnung bzw. in der Ebene der Querausdehnung der Laserdioden (schnelle Achse). Dieser Umstand läßt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise ausnutzen. Zur nahtlosen Aneinanderreihung der Laserstrahlprojektionen auf dem Umfang des Behälters kann angenommen werden, daß die schnelle perpendikulare Achse der Laserstrahlung (ca.

10°) den radialen Abstand der auf einem Kreis im radialen Abstand zum Behälter angeordneten Laserdiodeneinheiten vorgibt. Zur Erreichung einer in Umfangsrichtung kontinuierlichen Bestrahlung sollte vom Wert des parallelen Abstrahlwinkels in der schnellen Achse ca. 0,2° subtrahiert werden.

Um eine ausreichende Leistungsdichte zu erreichen-nach bisherigen Erfahrungen sollte die Leistungsdichte > 20 W/cm2 betragen-ist es zweckmal3ig, die Strahlung der Laserdioden zu fokussieren. Zur Erreichung der Leistungsdichte wird z. B. die lang- same Achse der Laserdiodeneinheit stark fokussiert. Ein Fokus von ca. 0,5 mm ist ohne besonderen Aufwand erreichbar. Die in Umfangsrichtung des Behälters abge- strahlte Laserstrahlung wird hingegen z. B. nur schwach fokussiert, um die Abstrahl- charakteristik anzupassen. Eine optimale Fokussierung könnte somit wie folgt ausse- hen : Die langsame Achse wird auf ca. 0,5 mm fokussiert. Die schnelle Achse wird nicht fokussiert und behält einen Abstrahlwinkel von ca. 45° bei. Somit wird von einer Laserdiodeneinheit auf dem Umfang des Tubenkörpers ein Umfangsflächenabschnitt von 0,5 mm x 45° bestrahlt. Bei einem Tubendurchmesser von 25 mm entsprechen 40° 9,8 mm. Das ergibt eine Bestrahlungsfläche von 4,9 mm2. Bei einer Laseraus- gangsleistung von 20 W ergibt dies eine Leistungsdichte von ca. 40 W/cm2.

Zur Anpassung des Fokus der Laserstrahlung an die Krümmung der zylindrischen Oberfläche kann eine asphärische Linse eingesetzt werden. Zur Vermeidung dieser Problematik kann allerdings auch die Anzahl der Laserdiodeneinheiten so erhöht wer- den, daß der"Depth of Focus"zum Ausgleich der Krümmung ausreicht. Daher wird die schnelle Abstrahlachse so fokussiert, daß ein Abstrahlwinkel von nunmehr 10° er- reicht wird. Entsprechend führen 10° auf der Oberfläche des rohrartigen Behälters zu einem geringeren Kümmungswert, der unter Umständen optisch nicht mehr weiter ausgeglichen werden mul3.

Die mechanische Positionierung der Laserdiodeneinheiten ist ebenfalls abhängig von der Fokussierung. Mit wachsendem Umfang des Behälters ändert sich zwangsläufig die relative Positionierung der Laserdiodeneinheiten zueinander. Dabei sinkt verhält- nismäßig die Leistungsdichte auf der Behälterwand. Um diesem Absinken der Lei- stungsdichte entgegenzuwirken, können auch für diesen Fall die Laserdiodeneinheiten in einem gegenseitigen Abstand angeordnet werden, der nur einem Bruchteil des Abstrahlwinkels in der schnellen Achse entspricht. Dies verringert, wie bereits oben angeführt, die Problematik der Krümmung der Behälteroberfläche.

Bei einer einfacheren Konfiguration können die Laserdiodeneinheiten entsprechend ihrer normalen Abstrahlcharakteristik angeordnet werden (daher ca. 45° perpendiku- lare Abstrahlwinkel). Das entspricht in diesem Fall acht Laserdiodeneinheiten, die um die Achse des Behälters angeordnet werden können. Zur Erhöhung der Leistungs- dichte der vorgenannten Konfiguration auf 200 % ist es notwendig, den Achsenab- stand der Laserdiodeneinheiten auf einen Winkel von ca. 22,5° zu verringern.

Zur Anpassung an den Durchmesser des rohrartigen Behälters oder auch zur Verände- rung der Energiedichte am Auftreffort sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Laserdiodeneinheiten in Richtung ihrer Längsachse verstellbar angeordnet sind.

Entsprechend ist eine geeignete Verstellvorrichtung ausgelegt und gestaltet, um die Verstellung der Laserdiodeneinheiten zu bewerkstelligen.

Zur Lagerung und Verstellung der Laserdiodeneinheiten kann eine kreis-bzw. ringförmige Konstruktion eingesetzt werden, die aus einzelnen Segmenten besteht, von denen jedes eine Laserdiode hält. Die Anzahl der Segmente entspricht somit der Anzahl der Laserdiodeneinheiten. Jedes Segment kann einzeln in der Längsachse verstellbar gelagert sein. Alle Segmente können gemeinsam auf einem ringförmigen Träger angeordnet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Halterung für alle Segmente in der Höhe verstellbar ist. Dadurch läßt sich die Lage des Auf- treffortes an der Außenwand des Behälters verändern.

Statt der vorgenannten Laserdiodeneinheiten können analog auch fasergekoppelte Diodenlaser oder Faserlaser eingesetzt werden. Je nach Lasertyp muß die Austritts- optik angepaßt werden.

Die Erfindung wird anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Vorrichtung nach der Er- findung.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Darstellung nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2.

Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt schematisch die Draufsicht auf eine Diodenlasereinheit für die Vorrich- tung nach der Erfindung.

Fig. 5 zeigt die Seitenansicht der Laserdiodeneinheit nach Fig. 4.

In Fig. 1 und 2 ist ein tubenartiger Behälter 10 dargestellt, der aus relativ dünnwandi- gem Kunststoffmaterial besteht. Der Behälter ist unten geschlossen und oben offen. Das offene Ende soll verschweißt werden, indem es zwischen zwei linear bewegten Backen zusammengepreßt wird zur Bildung einer quer verlaufenden länglichen Ver- siegelungsnaht. Zu diesem Zweck ist erforderlich, das geeignete Kunststoffmaterial, aus dem der Behälter 10 besteht, zu erweichen. Die Erweichung geschieht mit Hilfe von Laserstrahlen der in den Fig. I und 2 dargestellten Vorrichtung.

In Fig. I sind acht längliche Haltesegmente 12 dargestellt, die, wie sich aus Fig. 2 er- gibt, in einer Ebene liegen, die etwas unterhalb des oberen Endes des tubenartigen Be- hälters 10 senkrecht zu dessen Achse sich erstreckt. Die Haltesegmente 12 halten an dem dem Behälter 10 zugewandten Ende Diodenlaser 14. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß jedem Diodenlaser 14 eine Mikrolinse 16 vorgeordnet ist. In Umfangsrichtung des Behälters 10 gesehen weisen die Laser 14 einen Abstrahlwinkel S von etwa 45° auf. Die Anordnung der Laser 14 bzw. der Haltesegmente 12 ist derart, daß jeder bestrahlte Umfangsbereich so liegt, daß sie benachbart aneinander geringfügig überlappen, wie bei 18 gezeigt. Die Diodenlaser 14 haben bekanntlich einen schmalen langgestreckten Austrittsbereich. Sie sind daher so angeordnet, daß die Längserstreckung des Aus- trittsbereichs parallel zur Behälterachse verläuft. Die Abstrahlung in dieser Richtung weist jedoch einen geringeren Winkel auf, z. B. 10°. Die Achse, in der die geringeren Abstrahlwinkel erreicht werden, wird auch als langsame Achse bezeichnet, während die Achse senkrecht dazu, d. h. in Querrichtung zur Längsachse, als die schnelle Achse bezeichnet wird. Mit anderen Worten, die langsame Achse des Lasers 14 ist parallel zur Behälterachse und die schnelle Achse quer dazu.

Im gezeigten Beispiel wird z. B. nur die langsame Achse fokussiert, wie in Fig. 2 dar- gestellt, während die schnelle Achse unfokussiert bleibt.

Die Haltesegmente 12 können auf einer nicht gezeigten ringartigen Halterung gemein- sam angebracht werden, wobei die Haltesegmente mit Hilfe einer ebenfalls nicht ge- zeigten Verstellvorrichtung in Längsrichtung hin-und herbewegbar sind, um den ra- dialen Abstand zum Umfang des Behälters 10 zu verändern. Ferner kann die nicht ge- zeigte ringartige Halterung höhenverstellbar sein in der Weise, daß der Auftreffort der Laserstrahlen am Umfang des Behälters 10 in Längsrichtung verändert werden kann.

In Fig. 3 ist gezeigt, daß die Haltesegmente 12 auch in einem Winkel ungleich 90° zur Achse des Behälters 10 angeordnet sein können. Die Gesamtheit der Haltesegmente 12 bzw. der Laser 14 ist mithin auf einer Kegelringscheibe angeordnet zu denken.

In den Fig. 4 und 5 ist die Lasereinheit 14 etwas näher dargestellt. Man erkennt das Anschlußblech 20 und die Schrauben 22 zur Verbindung des Lasers mit der Platte 20.

In Fig. 4 ist der Abstrahlwinkel I gezeigt, der in der langsamen Achse erzeugt wird. In Fig. 5 ist noch einmal der Winkel s in der schnellen Achse dargestellt. Während erste- rer etwa 10° beträgt, kann letzterer zwischen 35° und 45° betragen. Die Verbindung einer Diodenlasereinheit nach den Fig. 4 und 5 mit einem Haltesegment 12 ist nicht dargestellt.