Stand der Technik Bei der Herstellung von Kunststoffbeuteln oder Kunststoffsäcken aus Kunststofffolienbah- nen werden die Bodennähe und Seitennähte durch Verschweißen von übereinander lie- genden Folien gebildet. Beim Verschweißen wird z. B. eine doppeltliegende Folienbahn durch Aufschmelzen und Ineinanderfließen des Folienwerkstoffs linienförmig miteinander verbunden. Die zum Aufschmelzen erforderliche Wärme kann durch Wärmeleitung, Strahlung oder Reibung in das Material eingebracht werden.

Bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Herstellen von Kunststoffbeuteln oder Kunst- stoffsäcken werden beheizbare Druckstempel als Werkzeug verwendet. Das Werkzeug dient einerseits dazu, die zum Aufschmelzen des Folienwerkstoffs erforderliche Wärme in den zu verschweißenden Bereich einzubringen. Andererseits dient das Werkzeug dazu, die zu verschweißenden Folien beim Aufschmelzen zusammenzudrücken, um so eine ausreichende Festigkeit der Schweißnähte zu gewährleisten. Darüber hinaus können die beheizbaren Druckstempel bei einer geeigneten Formgebung auch zum Schneiden und/oder Perforieren der Folienbahnen im Bereich der Schweißnaht verwendet werden.

Bei herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Kunststoffbeuteln oder Kunststoffsäk- ken werden die Folienbahnen von einer Rolle abgezogen und mit dem vorab beschriebe- nen Druckstempel diskontinuierlich konfektioniert. Die herkömmlichen Druckstempel mus- sen eine sehr hohe Beständigkeit aufweisen, um eine ausreichende Bearbeitungsqualität zu gewährleisten. Die hohe Beständigkeit der Druckstempel wird durch Verwendung hochwertiger Stähle gewährleistet. Die Verwendung hochwertiger Stähle führt jedoch da- zu, dass die bewegten Massen relativ groß sind. Dadurch wird die mit herkömmlichen Vor- richtungen und Verfahren erzielbare Taktzahl bzw. Stückzahl begrenzt.

Darstellung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art bereitzu- stellen, die auf einfache Art höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und größere Stück- zahlen ermöglicht, und dennoch eine ausreichende Bearbeitungsqualität gewährleistet.

Die Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zum Konfektionieren, insbesondere Schweißen, Perforieren und/oder Schneiden, von bewegten Kunststoffolienbahnen mit einer Einrich- tung zum Zuführen von Energie zur Erwärmung und zum Ausüben von mechanischem Druck in dem Bearbeitungsbereich dadurch gelöst, dass mindestens eine separate Ener- giezuführeinrichtung und mindestens eine separate Einrichtung zum Ausüben von mecha- nischem Druck vorgesehen sind, die geeignet sind, kontinuierlich bewegte Kunststofffoli- enbahnen zu bearbeiten. Gemäß, der vorliegenden Erfindung wird die Energiezufuhr zur Temperatursteigerung des zu bearbeitetenden Werkstoffs von der zum Verschweißen notwendigen mechanischen Druckerzeugung getrennt. Dadurch wird eine kontinuierliche Bearbeitung der bewegten Kunststofffolienbahnen ermöglicht. Das liefert den Vorteil, dass sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten realisiert werden können, insbesondere im Vergleich mit diskontinuierlich arbeitenden Konfektioniervorrichtungen. Für die Maschi- nenkonstruktion und Laufruhe ist eine kontinuierliche Folienbewegung äußerst vorteilhaft.

Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ener- giezuführeinrichtung im wesentlichen quer zur Bewegungsrichtung der Kunststoffolien- bahnen arbeitet. Es ist besonders wichtig, dass trotz der kontinuierlichen Bewegung der Folienbahnen eine Bearbeitung quer zur Bewegungsrichtung durchgeführt werden kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung im wesentlichen längs zur Bewegungsrichtung der Kunst- stofffolienbahnen arbeitet. Die Bearbeitung quer und längs zur Bewegungsrichtung der Kunststofffolienbahnen ermöglicht beliebige Verläufe von Schweißnähten, Perforierungen oder Schnitten in den Folienbahnen. Selbstverständlich kann bei speziellen Anwendungen die Bearbeitung auch nur längs der Bewegungsrichtung der Kunststoffolienbahnen erfol- gen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Ausüben von mechanischem Druck mindestens einen im wesentli- chen zyiinderformigen Körper umfasst, der um seine Längsachse drehbar ist. Durch den Kontakt mit dem zylinderförmigen Körper wird auf besonders einfache Art und Weise eine Ausübung von mechanischem Druck auf die kontinuierlich bewegten Folienbahn ermög- licht. Durch die drehbare Lagerung des zylinderförmigen Körpers ist gewährleistet, dass die Reibungskräfte zwischen der Folienbahn und dem zylinderförmigen Körper minimal sind.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der zylinderförmige Körper von einer Walze oder Rolle gebildet wird. Im einfachsten Fall werden die zu verschweißenden Folien dadurch gegeneinander gedrückt, dass sie im ge- spannten Zustand über mindestens eine Walze oder mindestens eine Rolle laufen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Ausüben von mechanischem Druck mindestens ein Paar Walzen umfasst, zwischen denen die Kunststofffolienbahnen hindurchgeführt werden. Die Walzen dienen dazu, die Folien im Bearbeitungsbereich kontinuierlich zusammenzudrücken.

Gleichzeitig kann über die Walzen die zur Bearbeitung erforderliche Wärme abgeführt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung berührungslos arbeitet. Dadurch wird zum einen ein Werk- zeugverschleiß, der bei herkömmlichen Bearbeitungsvorrichtungen durch den Kontakt zwischen Werkzeug und Halbzeug auftritt, vermieden. Zum anderen werden mechanische Beschädigungen der Folienbahnen durch die Energiezuführeinrichtung verhindert. Die beste Möglichkeit im kontinuierlichen Lauf der Folienbahnen, insbesondere quer zur Lauf- richtung, an bestimmten Stellen Energie zuzuführen, besteht in einer berührungslosen Energiezufuhr. Zur berührungslosen Energiezufuhr eignet sich besonders eine elektrische bzw. elektromagnetische Energiezufuhr. Das liefert den Vorteil, dass die zum Aufschmel- zen des Werkstoffs erforderliche Energie in kürzester Zeit eingebracht werden kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr durch elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 180 Nanometer und 12 Mikrometer erfolgt. Unter den elektromagnetischen Energiezu- führmoglichkeiten ist kurzwellige Strahlung zwischen ultraviolett und mittelinfrarot am gün- stigsten, weil die Strahlung über gewisse Distanzen geleitet und konzentriert werden kann, was bedeutet, dass die Energie nicht unmittelbar am Ort ihrer Anwendung erzeugt werden muss.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung von mindestens einem Laser gespeist wird. Für die Strahl- führung und-formung eignen sich am besten Laser, weil diese bereits gebündelte Strah- lung emittieren, die am besten fokussiert werden kann. Ein einziger Laser kann über feste oder schaltbare Strahlweichen mehrere Energiezuführstationen bedienen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung von mindestens einem Laser gespeist wird. Ein CO2- Laser emittiert Strahlung einer Wellenlänge von 10,6 m. Diese Strahlung hat zwei Vor- teile. Erstens wird sie von allen Kunststoffen absorbiert. Zweitens ist sie durch Glas oder Plexiglas leicht abschirmbar, so dass die Maschine nicht optisch gekapselt werden muss.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung von mindestens einem Festkörper-/Halbleiter-Lasersystem gespeist wird. Festkörper-/Halbleiter-Lasersysteme arbeiten im Nahinfrarotbereich (etwa 1 film). Ihr Vorteil liegt darin, dass ihre Strahlung in flexiblen Glasfasern geführt werden kann. Dadurch wird die mechanische Anordnung der Laser zur Maschine erleichtert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezuführeinrichtung mindestens eine Strah ! führungsoptik umfasst, um die elek- tromagnetische Strahlung in den Bearbeitungsbereich zu lenken. Als Strahiführungsoptik können bewegliche und/oder starre Strahtführungsoptiken eingesetzt werden. Über die Strahiführungsoptiken kann die Bearbeitungsstrahlung an beliebige Orte auf den zu bear- beitenden Folienbahnen gelenkt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik bzw. Strahiführungsoptik so ausgebildet ist, dass im Bearbeitungsbe- reich ein Strahlungsband erzeugt wird, das sich quer zur Bewequngsrichtung der Kunst- stofffolienbahnen erstreckt. Insbesondere beim Erzeugen von Schweißnähten quer zur Folienlaufrichtung ist die Verwendung eines solchen Strahlungsbandes vorteilhaft, weil damit in einem Einschaltvorgang die gesamte Breite der Folienbahn bestrahit werden kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik bzw. Strahifuhrungsoptik so ausgebildet ist, dass im Bearbeitungsbe- reich ein Lichtfleck erzeugt wird, mit dem die Kunststoffolienbahnen in beliebigen Rich- tungen abgescannt werden können. Für beliebig angeordnete und verlaufende Schweiß- nähte bzw. Konfektionierungen reicht ein Strahlungsband nicht aus. Für derartige Anwen- dungen ist ein definierter Lichtfleck, der über die Folienbahn gescannt werden kann, vor- zuziehen. Für das Scannen eignen sich besonders Kippspiegel oder Drehprismen bzw. eine Kombination von diesen. Bei einer Bearbeitung quer zur Bewegungsrichtung der Fo- lienbahnen muß der aus der Folienbewegung resultierende Versatz im Bahnverlauf be- rücksichtigt werden.

Es ist für die Bearbeitung wichtig, dass trotz der zu bearbeitenden ausgedehnten Bahnen die Lichtfleckdurchmesser im wesentlichen gleich bleiben. Das kann durch große Abstän- de zwischen Abbildungsoptik und Bearbeitungsbereich, durch ein Nachführen der Abbil- dungsoptik oder durch eine spezielle Formgebung der Abbildungsoptik erreicht werden.

Bei einem Drehprisma kann z. B. eine spezielle Formgebung in einfacher Weise für die Lichtfieckbreite senkrecht zur Konfektionierrichtung erfolgen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungsoptik bzw. Strahiführungsoptik zwei Drehprismen oder Kippspiegel umfasst, die gegenüberliegend angeordnet sind. Beim Verschweißen zweier Folien ist es beson- ders vorteilhaft, wenn beide Folien an den zu verschweißenden Stellen gleichzeitig mit Energie beaufschlagt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das bzw. die Drehprismen mehrere Ablenkflächen aufweisen. Die Zahl der Ablenkflächen an einem Drehprisma bestimmt zusammen mit der Drehfrequenz die kürzest möglichen Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Schweißbahnen.

Die Strahiführung kann, alternativ zu der Verwendung von Kippspiegeln und Drehprismen, auch durch mindestens eine auf einem Schlitten angebrachte Optik erfolgen.

Bei bestimmten Bearbeitungsvorgängen kann es vorteilhaft sein, wenn der Lichtfleck star- ke Abweichungen von der üblichen Rotationssymmetrie zeigt, beispielsweise in Konfektio- nierrichtung deutlich länger als senkrecht dazu ist, oder umgekehrt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind.

Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale je- weils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen : Figur 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konfektioniervorrichtung in der Seitenansicht ; Figur 2 die Konfektioniervorrichtung aus Figur 1 in der Draufsicht, Figur 3 eine Ausführungsform einer Energiezuführeinrichtung in der Seitenansicht ; Figur 4 eine weitere Ausführungsform einer Energiezuführeinrichtung in der Seitenan- sicht ; Figur 5 eine Lichtleiteinrichtung zur Steuerung der Energiezufuhr in einer erfindungsge- mäßen Konfektioniervorrichtung ; Figur 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konfektioniervorrichtung zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Folien ; und Figur 7 eine Strahlaufweitungsoptik zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Kon- fektioniervorrichtung.

Wege zur Ausführung der Erfindung In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konfektioniervorrichtung schematisch dargestellt. Eine Folienbahn 1 aus Kunststoff wird über ein Paar Vorzugswal- zen 2,3 von einer (nicht dargestellten) Rolle kontinuierlich abgezogen. Die Abzugsrichtung der Folienbahn 1 ist in Figur 1 durch einen Pfeil 4 angedeutet.

Zwei berührungslos arbeitende Energiezuführungseinrichtungen 5 und 6 sind auf beiden Seiten der Folienbahn 1 gegenüberliegend angeordnet. Die beiden Energiezuführeinrich- tungen 5 und 6 dienen dazu, die doppelt liegende Folienbahn 1 aus Kunststoff linienförmig zu erwärmen, so dass sie beim Durchlaufen der Walzen 7,8 verschweißt werden. Durch eine geeignete Steuerung ist sichergestellt, dass die beiden Folien mit ihren erwärmten Stellen genau aufeinanderpassen.

Insbesondere zum Schneiden des Folienwerkstoffs reicht es auch aus, wenn nur eine Energiezuführeinrichtung auf einer Seite der Folienbahn vorgesehen ist.

Im Anschluss an die Energiezuführeinrichtungen 5 und 6 sind ein Paar Vorzugswalzen 7, 8 angeordnet. Durch Pfeile 9 und 10 ist die Drehrichtung der Vorzugswalzen 7 und 8 an- gedeutet. Durch Pfeile 11 und 12 ist angedeutet, dass die beiden Vorzugswalzen 7 und 8 eine Druckkraft auf die Folienbahn 1 aufbringen. Dadurch wird ein Zusammendrücken der mit Hilfe der Energiezuführeinrichtungen 5 und 6 erwärmten Bereiche der Folienbahn 1 sichergestellt. Durch das Zusammendrücken der erwärmten Bereiche kommt eine Schweißverbindung zwischen den beiden übereinanderliegenden Folien zustande. Die beiden Vorzugswalzen 7 und 8 können darüber hinaus gekühit ausgebildet sein, um den Abtransport von Wärme aus dem mit Hilfe der Energiezuführeinrichtungen 5 und 6 bear- beiteten Bereich zu ermöglichen.

Im Anschluss an das Vorzugswalzenpaar 7,8 sind zwei weitere Energiezuführeinrichtun- gen 13 und 14 auf beiden Seiten der Folienbahn 1 gegenüberliegend angeordnet. Die bei- den Energiezuführeinrichtungen 13 und 14 dienen bspw. dazu, einen weiteren Schneid- vorgang auszuführen. In Abhangigkeit von der Anzahl der durchzuführenden Schnitte kann das Schneiden allerdings auch alleine mit Hilfe einer der Energiezuführeinrichtungen 13 und 14 durchgeführt werden. Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehr als die in Figur 1 dargestellten Energiezuführeinrichtungen 5,6 und 13,14 in einer Konfektionier- vorrichtung kombiniert werden.

In der in Figur 2 dargestellten Draufsicht ist durch einen Pfeil 16 angedeutet, dass die Energiezuführeinrichtungen 5,6 und 13,14 längs zu der Folienbahn 1 verschiebbar aus- gebildet sind. Die Bewegung der Energiezuführeinrichtungen kann bei der Verwendung eines Lasers auch nur durch optische Strahlablenkung erfolgen.

Das erfindungsgemäße Konfektionierverfahren wird von verschiedenen Parametern be- einflusst. Die von den Energiezuführeinrichtungen 5,6 und 13,14 in die Folienbahn 1 ein- gebrachte Energiemenge hängt u. a. ab von der Leistung des verwendeten Lasers, der Brennweite der verwendeten Optik sowie der Verweildauer der Energiepunkte auf der Fo- lienbahn 1. Die Qualität der konfektionierten Produkte hängt stark von dem von den Vor- zugswalzen 7 und 8 auf die Folienbahn 1 ausgeübten Anpressdruck sowie dem Abstand des Ortes der Energieeinbringung auf der Folienbahn 1 von den Vorzugswalzen 7,8 ab.

Darüber hinaus spielt die Abkühigeschwindigkeit des verwendeten Werkstoffs sowie die Temperatur der Walzen 7,8 und die Kühidauer eine nicht unerhebliche Rolle für die Bear- beitungsqualität. Selbstverständlich hängen die vorgenannten Parameter mit der Abzugs- geschwindigkeit der Folienbahn 1 zusammen.

Der in Figur 2 dargestellte Winkel a beschreibt den Verfahrweg der Energiezuführeinrich- tung 5 bzw. 6 in Abhängigkeit von der Folienbahngeschwindigkeit 4 sowie der Verweildau- er der Energiepunkte auf der Folienbahn 1. Die Energiezuführeinrichtungen 5 und 6 mus- sen in deckungsgleichen Folienbereichen wirksam werden, damit beim Zusammendrücken die erwärmten Bereiche übereinander zu liegen kommen.

Bei der Verwendung von Laserstrahlen zur Energiezuführung kann der Ort der Energie- einbringung auf der Folienbahn 1 im Vergleich zur Folienbahngeschwindigkeit 4 ver- gleichsweise schnell variiert werden. Demzufolge nimmt der Winkel a in der Praxis Werte an, die gegen 90° gehen.

In Figur 3 ist eine optische Anordnung zum Ablenken von zur Energieeinbringung verwen- deten Laserstrahlen 22 und 23 schematisch dargestellt. Die Laserstrahlen 22 und 23 wer- den zum Fokussieren durch Linsen 24 und 25 hindurch geleitet. Die fokussierten Laser- strahlen 22 und 23 treffen dann auf zwei Drehprismen 20 und 21. Durch die Drehprismen 20 und 21 können die Laserstrahlen 22 und 23 zu beliebigen Punkten 26 auf der zu bear- beitenden Folienbahn geleitet werden. Die Drehachsen der Drehprismen 20 und 21 ver- laufen senkrecht zur Schweißbahn.

Die Drehprismen 20 und 21 in Figur 3 weisen eine Vielzahl von Ablenkflachen auf. Je nach Anwendungsfall können auch Drehprismen mit nur einer Ablenkfläche verwendet werden. Wenn zwei Schweißnähte in kurzen Abständen geschweißt werden sollen, ist es vorteilhaft, ein Drehprisma mit zwei Ablenkflächen zu verwenden. Ein derartiges Dreh- prisma kann mit Drehfrequenzen von 10 bis 50 Hz arbeiten. Die Ablenk-bzw. Spiegelflä- chen können auch zum Fokussieren der Laserstrahlen verwendet werden.

In Figur 4 ist eine Folienbahn 1 dargestellt, die in Richtung eines Pfeils 30 von einer (nicht dargestellten) Rolle abgezogen wird. Die Folienbahn 1 wird mit Hilfe eines Laserstrahls 22 bearbeitet. Zu diesem Zweck wird der Laserstrahl 22 mit Hilfe eines Drehprismas 20 ab- gelenkt, das eine Ablenkfläche aufweist. Der Laserstrahl 22 wird in einem bestimmten Ab- stand von dem Drehprisma 20 fokussiert. Die Fokusbahn ist durch eine Kurve 31 ange- deutet. Durch die Verwendung einer geeigneten Optik kann der Einfluss der gekrümmten Fokusbahn auf die ebene Bearbeitungsfläche berücksichtigt werden. Dazu bieten sich zwei Lösungen an. Entweder können Optiken mit einer großen Brennweite in einem gro- 13en Abstand zur Folienbahn verwendet werden, oder es kann eine Korrektur durch eine entsprechende Formgebung der Reflexionsfläche erfolgen.

In Figur 5 ist ein Prisma 33 mit konusähnlichen Ablenkflächen 34 dargestellt. Die ko- nusähnlichen Flächen 34 weisen Engstellen in der Mitte auf. Das hat zur Folge, dass die Brennweite in der Mitte am kürzesten ist. Damit wird eine stärkere Fokussierung quer zur Strahlbewegungsrichtung erreicht. Der Fokus weist bei dieser Lösung eine gestreckte Form auf. Das bedeutet, dass die Strahlabmessungen im Fokus in Schweißrichtung größer als senkrecht dazu sind. Das führt zu einer Erhöhung der Verweildauer des Laser- strahls im Bearbeitungsbereich.

In Figur 6 ist dargestellt, dass mit Hilfe von Laserstrahlung 42 auch zwei verschiedene Folienbahnen 36 und 37 mit einer einzigen Energiezuführeinrichtung bearbeitet werden können. Die beiden Folienbahnen 36 und 37 werden durch zwei Vorzugswalzen 38,39 zusammengeführt und gemeinsam abgezogen, wie durch einen Pfeil 40 angedeutet ist.

In Figur 7 ist dargestellt, wie Laserstrahlung 47 mit Hilfe einer aufweitenden Zylinderoptik 48 quer zur Folienabzugsrichtung zu einem Lichtband geformt werden kann. Die aufge- weitete Laserstrahlung kann dann bspw. mit Hilfe einer weiteren Optik 49 auf einer Linie quer zu der Folienbahn 50 fokussiert werden.