Dauerheizung vs. Impulsschweißwerkzeuge

Als Alternative zu den klassischen und häufig verwendeten dauerbeheizten Schweiß- oder Siegelwerkzeugen bietet das Impulsschweißverfahren hervorragende Lösungsmöglichkeiten und Vorteile bei anspruchsvollen Folienschweißapplikationen.

Größtenteils werden für Applikationen bei denen Kunststofffolien thermisch miteinander verbunden werden müssen dauerbeheizte Schweiß- bzw. Siegelwerkzeuge eingesetzt. Bei dieser Technologie werden Siegelbacken aus Metall mit einer elektrischen Heizung permanent auf einer einstellbare Temperatur gehalten. Diese Art ist die einfachste Variante, um Kunststofffolien miteinander zu verbinden. Der Einfachheit dieser Technologie stehen Nachteile gegenüber, die z.B. für eine qualitativ hochwertige Schweißnaht oder einer hohen Maschinenausbringung nur schwer zu kompensieren sind. Insbesondere die fehlende Möglichkeit aufgeschmolzene Folie im geschlossenen Werkzeug abzukühlen und somit beim Öffnen der Werkzeughälften eine feste, belastbare Siegelnaht zu erhalten, stellt einen großen Nachteil dieser Technologie dar. Werden Folien verarbeitet, die hohe Rückstellkräfte (dicke Folien bzw. Aluminium-Verbundfolien) nach dem Siegelprozess durch das Beutelformat bzw. durch das Packgut erzeugen, müssen z.B. zusätzliche Kühlstationen bzw. Kühlprozesse in der Maschine vorgesehen werden, um die Siegelnaht nach dem Öffnen des Werkzeugs aktiv kühlen zu können. Dies bedeutet einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand für den Maschinenhersteller der Verpackungsmaschine, sowie zusätzliche Betriebskosten, z.B. für die Druckluft der Nahtkühlung. Ebenso kann die Wärmestrahlung der permanent beheizten Werkzeuge sich negativ auf das zu verpackende Produkt, oder auf die Folie selbst auswirken. Auch hier sind dann geeignete konstruktive Maßnahmen in der Verpackungsmaschine zu treffen, um diesen ungewollten Einfluss der heißen Siegelwerkzeuge auf das Packgut zu kompensieren. Nachteile, wie ungewollter Wärmeeintrag oder heiße, und damit sich wieder öffnende Siegelnähte können durch das Impulsschweißverfahren verhindert werden. So wird hier die Schmelzwärme für die Folie nur dann und solange erzeugt, wie es für die Verschweißung benötigt wird. Hierzu wird Strom durch einen Widerstand geschickt, der für eine Erwärmung des Widerstandes sorgt. Sobald der Stromfluss unterbrochen wird, beginnt sich der Widerstand abzukühlen, indem die erzeugte Wärme in das Werkzeug bzw. in die Umgebung abgeführt wird. Es wird damit möglich, die eingetragene Schmelzwärme der Folie wieder zu entziehen und die Naht zu kühlen.

Weitere Vorteile

Weitere Vorteile des Impulsschweißverfahrens im Vergleich zur Dauerheizung:

  • Geringerer Leistungsbedarf,
    da elektrische Energie nur während der Heizphase beim Schweißzyklus benötigt wird. In der Kühlphase wird der Heizleiter nicht bestromt. Ein dauerbeheiztes Siegelwerkzeug wird permanent beheizt, unabhängig ob Wärme benötigt wird, oder nicht.
  • Keine Aufheiz- und Abkühlzeiten:
    Impulsbetriebene Schweißwerkzeuge besitzen im Vergleich zu dauerbeheizten Werkzeugen beim Maschinenanfahren bzw. Maschinenstopp eine vernachlässigbare Aufheiz- und Abkühlzeit. Dauerbeheizte Werkzeuge bestehen aus massiven Metallteilen, die zuerst aufgeheizt werden müssen, bevor die Maschine startbereit ist. Bei einer Werkzeugwartung muss das Siegelwerkzeug erst abkühlen. Es entstehen dadurch Wartezeiten, die mehrere Minuten betragen können. Bei Heizleitern beträgt die Aufheiz- und Abkühlzeit wenige 50 Millisekunden bis wenige Sekunden.

Impulsschweißverfahren – die perfekte Schweißprozesskontrolle!

Bei der klassischen Zeitsteuerung wird ein Heizleiter über eine einstellbare Zeit bestromt. Während dieser Zeit erwärmt sich der Heizleiter stetig, bis am Heizzyklusende der Heizstrom abgestellt wird und er sich durch Wärmeabgabe an die Umgebung wieder abkühlt. Diese Art der Heizelementansteuerung stellt nur im entferntesten den Impulsbetrieb eines Heizbandes dar und ist aus schweißprozesstechnischer Sicht äußerst schwierig zu handhaben, da keinerlei Kontrolle über die Schweißtemperatur vorhanden ist. Es gibt zwar die Möglichkeit, die Schweißnaht unter Druck abzukühlen, da aber die Schweißtemperatur nicht kontrollierbar ist, können sich von Heizimpuls zu Heizimpuls andere Schweißtemperaturen ergeben. Es wird zwar über eine konstante Schweißzeit eine konstante Heizleistung zugeführt, aber abhängig von der Starttemperatur des Heizleiters werden unterschiedliche Endtemperaturen erreicht. Dies ist insbesondere dann der Fall, falls die Verpackungsmaschine nicht kontinuierlich bzw. nicht periodisch läuft. Um dies zu vermeiden ist es zwingend notwendig, neben der Schweißzeit auch die Schweißtemperatur zu regeln. Nur dann kann von einem echten Impulsschweißverfahren gesprochen werden, da hier abhängig von der Aufheizrate bzw. Abkühlrate des Heizleiters ein mehr oder weniger stark ausgeprägter idealer Rechteckimpuls für den zeitlichen Temperaturverlauf erzeugt werden kann. Diese Reckteckform ermöglicht, bei gegebener Schweißzykluszeit, mit dem besten Verhältnis aus Schweißzeit und Kühlzeit eine reproduzierbare Schweißnahtqualität und eine höhere Maschinenausbringung zu erzielen. Hier bietet die Firma ROPEX mit den RESISTRON-Temperaturreglern für Heizleiter und dem CIRUS UPT-Impulsschweißsystem die ideale Lösung.

RESISTRON oder CIRUS? Zwei Alternativen für das Impulsschweißen von Kunststofffolien

Beide Technologien stellen die besten Alternativen für das Schweißen oder Siegeln von thermoplastischen Kunststoffen mit dem Impulsschweißverfahren dar. Die perfekte Abstimmung des RESISTRON -Temperaturreglers auf den Heizleiter und die durch ROPEX dimensionierten Regelkreiskomponenten erzeugen das bestmögliche Verhältnis aus Schweißzeit und Kühlzeit bei geregelter Schweißtemperatur. Durch den speziellen Werkzeugaufbau eines CIRUS-Schweißwerkzeuges in Kombination mit dem auf diese Werkzeugtechnologie abgestimmte UPT-Temperaturregler ist es möglich, nahezu ideale Heizimpulse zu erzeugen. Speziell die CIRUS-Technologie generiert die höchsten Aufheizraten und Abkühlraten und erzeugt somit die kürzesten Prozesszeiten beim thermischen Verbinden von Kunststofffolien. Eine ausführlichere Beschreibung der RESISTRON und CIRUS-Technologien finden sie unter der Technologie Rubrik RESISTRON bzw. CIRUS auf unserer Homepage.