Impuls-Folienschweißgeräte und Siegelgeräte

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Was ist "Folienschweißen"? - Aufbau eines Backengerätes - Verschweißen von Folien  -Versiegeln von Verbundfolien - Bezugsquellen - Wieviel kostet ein Schweißgerät / Siegelgerät? - Checkliste zum Gerätekauf



"Folienschweißen" - was ist das?

Folienschweißen hat in disem Kontext nichts mit dem Schweißen von Metallen zu tun. Es handelt sich vielmehr um eine Technik, die beim Verbinden von thermoplastischen Folien miteinander angewandt wird. Da -ähnlich wie beim Schweißen von Metallen- durch die Einwirkung von Wärme eine molekulare Verbindung von zwei Werkstücken erreicht wird, wird auch beim Folienschweißen eben von "Schweißen" gesprochen.

Eine Variante ist das "Versiegeln": vom Versiegeln spricht man, wenn zwei thermoplastisch beschichtete Verbundfolien bzw. Verbundwerkstoffe miteinander verbunden werden.

Das Schweißen oder das Versiegeln kann entweder im Durchlaufverfahren oder im Backenbetrieb erfolgen. Das Durchlaufverfahren habe ich in einem weiteren Ratgeber skizziert. In diesem Ratgeber beschreibe ich den


Backenbetrieb

Der Begriff leitet sich von den Hauptkomponenten eines derartigen Schweiß- bzw. Siegelgerätes ab. Die zu verschweißende Folie wird zwischen zwei Backen eingelegt, von diesen fixiert und verschweißt bzw. versiegelt. Die Backen sind zu diesem Zweck beheizt.

Das Verschweißen und Versiegeln von Folien kommt überwiegend in der Verpackungstechnik vor, wenn z.B. Säcke oder Beutel herzustellen und nach der Befüllung hermetisch zu verschließen sind. Auch die Herstellung von Abdeckhauben für Paletten, Inliner von Überseekisten usw. kommt ohne Folienschweiß/siegeltechnik nicht aus.

Grundsätzlicher Aufbau eines Backengerätes

Die Hauptkomponenten sind:

  • ein Paar Schweiß- bzw. Siegelbacken, in welchem die Schweiß/Siegelung unter Druck erfolgt
  • Heizelemente auf den Schweißbacken (beim Folienschweißen) oder
  • Heizelemente innerhalb der Siegelbacken (beim Siegeln von Verbundmaterial)
  • Stromversorgung für die Schweiß/Siegelheizung
  • Kontroll- und Regelinstrumente für Schweiß/Siegelheizung
  • Betätigungsmechanismus für die Backen: manuell / magnetisch / motorisch / pneumatisch

Es gibt Tischgeräte, Standgeräte mit eigenem Bodenständer zum Verschließen von aufrecht stehenden Säcken sowie mobile sogenannte Zangengeräte.


Verschweißen von Folien

Folienschweißen erfolgt grundsätzlich nach dem Impuls-Schweißprinzip. In Hochleistungsautomaten wie z.B. Schlauchbeutelmaschinen werden auch dauerbeheizte Systeme eingesetzt, hierauf wird hier nicht näher eingegangen.

Beim Impulsschweißen wird ein Widerstandsdraht oder -band von einem Stromstoß durchflossen und dadurch impulsartig erhitzt. Die Temparatur ist am Gerät nicht regelbar; diese ergibt sich vielmehr durch den Widerstandswert des Heizwiderstandes und die Stromstärke, mit welcher der Widerstand beaufschlagt wird. Handelsübliche Impuls-Schweißgeräte arbeiten mit einer Sicherheits-Kleinspannung von ca. 20 V (Gleichspannung) und einer Stromstärke von ca. 20 A.
Die Temperatur kann somit nicht geregelt werden, jedoch die Impulsdauer. Je nach Folienart und -dicke sind kürzere oder längere Impulse erforderlich.

Der Heizwiderstand wird in unterschiedlichen Formen angeboten. In der einfachsten Form handelt es sich um einen Runddraht, der eine Schweißnaht von < 1 mm Breite erzeugt. Da die Schweißung unter Druck erfolgt, verdrängt der Runddraht das erhitzte Material: an der Schweißnaht wird die Folie gleichzeitig getrennt ("Trennschweißung"). Dieses Prinzip findet man z.B. bei vielen Haushalts-Schweißgeräten für Tiefkühlkost.

Haushaltsgeräte sind in der Regel nur mit einem Heizwiderstand ausgestattet. Industrielle Geräte verfügen meist über einen Heizwiderstand in der oberen und in der unteren Backe, sodaß die Schweißwärme gleichmäßig von beiden Seiten in die Folien eingebracht wird (außer den sogenannten einfachen Scherengeräten für Horizontalbetrieb, siehe unten). Die Heizbacken sind in der Regel aus Stahl gefertigt (es sind auch Geräte mit Aluminiumbacken am Markt) und dienen als Träger für die Heizwiderstände. Da diese aufgrund ihrer ständigen Erwärmung und Abkühlung einer ständigen Ausdehnung/Schrumpfung ausgesetzt sind, werden sie auf die Heizbacken straff aufgespannt, damit sich ein glattes, gleichbleibendes Schweißnahtbild ergibt.

Bei industriellen Geräten wird grundsätzlich ein Flach-Heizband eingesetzt. Hiermit lassen sich breitere Schweißnähte (bis 10 mm Breite) erzielen. Besonders beim Verschließen von Säcken mit staubendem Inhalt ist eine möglichst breite Schweißnaht von Bedeutung, um größtmögliche Sicherheit zu erzielen.

Auch Flachheizbänder werden als Trenn-Schweißbänder gefertigt. Sie tragen in der Mitte einen Steg bzw. Sicken und trennen die Folien voneinander. Beim Verschließen von Beuteln/Säcken wird der Folienüberstand oberhalb der Schweißnaht dadurch gleichzeitig abgetrennt, sodaß man einen kissenförmigen Beutel/Sack erhält. - Dieser Effekt läßt sich auch durch das Abschneiden des Folienüberstandes parallel zur Schweißnaht mit einem Messer erreichen. Die meisten industriellen Folienschweißgeräte sind mit einer derartigen Abschneidevorrichtung als Zusatzausrüstung erhältlich.

Da die zu verschweißenden Folienschichten nicht mit Metall in Berührung kommen dürfen (sie würden unweigerlich am erhitzten Schweißdraht/band ankleben), sind die Schweißbacken durch Antihaft-Beläge abgedeckt. Der Antihaftbelag ist ein PTFE-Glasseidengewebe.

Die Betätigung des Schweißgerätes kann bei Tischgeräten erfolgen:

- manuell durch Niederdrücken und Festhalten eines Hebels, der die obere Schweißbacke betätigt
- magnetisch; die obere Schweißbacke wird durch einen E-Magneten niedergedrückt und für einen vorwählbaren Zeitraum in Schweißposition gehalten. Betätigung durch Hand- oder Fußschalter.

Eine sehr einfache Form eines Tischgerätes sind Backengeräte für den Horizontalbetrieb -d.h. der zu verschweißende Beutel liegt auf dem Werktisch-, die scherenartig geöffnet werden. Bei diesen Geräten (Ursprung zu 99% aus der VR China, Weltmarktpreise zwischen ca. US$ 6,-- und US$ 20,--) ist die obere Backe einseitig angeschlagen. Zum Verschweißen hebt der Bediener die schwenkbare obere Backe an und legt den Beutel ins Gerät. Sodann wird die obere Backe niedergedrückt, wodurch der Schweißvorgang ausgelöst. Die obere Backe dienst nur als Druckbacke und ist nicht beheizt.

Bei Standgeräten (Sackverschließgeräten) sind auch pneumatische oder e-motorische Backenbetätigung lieferbar.

Bei den mobilen Zangengeräten erfolgt die Betätigung manuell. Schweißzangen bestehen aus einer Zange, welche mit den Schweißbändern bestückt ist, sowie einer separaten Stromversorgung, Verbindung durch Kabel. Zangen werden eingesetzt beim Verschweißen von Folienbahnen und bei Folien, die nicht in ein Tisch- oder Standgerät eingelegt werden können. Der Bediener geht mit der Zange direkt an die Folie und verschweißt sie in situ.


Dauer des Schweißvorganges

Die Dauer des Schweißimpulses ist von der Folienart und -dicke abhängig und muß durch Vorversuche ermittelt werden.

Industrielle Folienschweißgeräte verfügen über zwei Zeitschaltungen: die reine Impulszeit und die Gesamtzeit, während welcher die Folie von den Schweißwerkzeugen fixiert bleibt. An die Impulszeit schließt sich eine Abkühlzeit an, in der die Schweißnaht zurückkühlt und belastbar wird.

Haushaltsgeräte sind meistens fest eingestellt und auf handelsübliche Tiefkühl-Folienbeutel abgestimmt.

Bei manuell betätigten Geräten wird dem Bediener durch Kontrolleuchte oder akustisches Signal das Ende der Gesamtzeit angezeigt. Er kann dann die Schweißbacken wieder öffnen und die fertig verschweißte Folie entnehmen. Bei magnetischer/pneumatischer/motorischer Backenbetätigung öffnen sich die Backen nach Ablauf der Gesamtzeit automatisch.


Versiegeln von Verbundfolien


Der mechanische Aufbau eines Siegelgerätes ist dem eines Folienschweißgerätes sehr ähnlich. Hier versuche ich lediglich eine Darstellung der Unterschiede zwischen einem Schweißgerät und einem Siegelgerät.

Siegelheizung

Verbundfolien im industriellen Bereich sind in der Regel sogenannte PES/Al/PE-Verbundmaterialien.
Der Aufbau einer typischen Verbundfolie von außen nach innen:

  • Polyester
  • Aluminium
  • Polyäthylen
Versiegelt wird die innere Polyäthylenschicht (PE). Die Siegelwärme muß dazu natürlich die PES-Schicht und die Al-Schicht durchdringen. Hierfür ist mehr Zeit erforderlich, als sie bei einem Impulsgerät zur Verfügung steht.

Siegelgeräte sind daher dauerbeheizt. Die Heizwiderstände sind in der Regel als stabförmige Heizpatronen ausgeführt. Sie liegen in paßgenauen Bohrungen in den Siegelbacken. Die Temperaturregelung erfolgt bei den meisten Geräten über einstellstellbare Thermostaten, vergleichbar mit der Regelung eines Bügeleisens oder eines elektrischen Heizradiators. Technisch anspruchsvollere Geräte sind mit einem Hysterese-Regler ausgestattet, der von einem Temperaturfühler angesteuert wird. Der Fühler befindet sich auf einer Siegelbacke.

Bei thermostatgesteuerten Geräten ist i.d.R. eine Kontrolleuchte vorhanden, die parallel zum Heizkreis geschaltet ist: wenn Heizstrom fließt, brennt die Leuchte. Geräte mit Regler verfügen über ein Soll-Ist-Display.

Da sich die PES-Außenschicht einer Verbundfolie bei Erwärmung neutral verhält, braucht sie nicht vor dem Metall der Siegelbacke geschützt zu werden. Die Folien wird daher zwischen den blanken Siegelbacken eingeklemmt und aufgeheizt; eine schützende PTFE-Umhüllung der Siegelwerkzeuge ist nicht erforderlich.

Wegen des besseren Wärmeleitwertes sind Siegelbacken aus Messing (Ms58) zu bevorzugen. Bei tragbaren Geräten wie z.B. Siegelzangen kommen aus Gewichtsgründen überwiegend Aluminiumbacken zum Einsatz, die auch noch zufriedenstellende Oberflächentemparaturen bereitstellen.
Die ungünstigste Ausführung aus vernickeltem oder verzinktem Stahl findet man überwiegend bei Billigimporten aus Fernost.

Bei einem gefüllten Sack/Beutel aus Verbundmaterial wirken auf die Siegelnaht stärkere Scherkräfte als auf eine homogene Folie, wenn die Naht belastet wird (z.B. im Palettenstapel).
Zudem ist die PE-Innenlaminierung einer Verbundfolie i.d.R. dünner als bei einem freitragenden Foliensack.
Um dennoch belastbare und zuverlässige Siegelnähte zu erreichen, sind diese wesentlich breiter als Schweißnähte in Foliensäcken. Üblich sind 12 mm Mindestbreite; manche Geräte verfügen über 20 mm Siegelnahtbreite. Zusätzlich sind Siegelnähte fast immer strukturiert, entweder längsgerillt (beide Siegelbacken kämmen sich) oder kreuzgeriffelt. Hierdurch wird eine noch bessere Verpressung der beiden PE-Folienschichten erzielt.


Dauer des Siegelvorganges


Ähnlich wie beim Impuls-Schweißgerät für Folien muß auch beim Siegeln durch Vorversuche die optimale Heiz- und Abkühlzeit ermittelt werden. Diese ist sodann auf dem Gerät durch die Zeitregler einzustellen.


Bezugsquellen


Hier werden einige renommierte deutsche und europäische Hersteller von Folien-Schweißgeräten und Siegelgeräten aufgezählt (diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit).

Direkte Links zu den Firmen dürfen wir hier nicht nennen; Sie finden diese jedoch sämtlich im Internet, wenn Sie den Firmennamen bzw. die Markenbezeichnung über eine Suchmaschine eingeben:

  • Audion Elektro (Marke MAGNETA und weitere Produkte)
  • Geho Pack Service (div. Produkte)
  • Hawo GmbH (div. Produkte)
  • Kettenbaum Folienschweißtechnik (Marke JOKE)
  • Kopp, Willy, e.K. (div. Produkte)
  • Rische & Herfurth (Marke POLYSTAR)
  • Star Universal (div. Produkte)





Seit einiger Zeit werden auch Importgeräte aus Fernost auf dem Markt angeboten, hauptsächlich aus der VR China importiert. In der Ebay-Kategorie

Business und Industrie > Produktions- und Industriebedarf > Verpackung und Versand > Packgeräte & -tische

werden Schweiß- und Siegelgeräte aus Fernost regelmäßig angeboten.

Hier müssen wir zu äußerster Vorsicht und kritischer Betrachtung der Angebote raten und empfehlen, bei Interesse an einem Fernost-Gerät diese Checkliste zu beachten:

  1. Garantie / Sachmängelhaftung (gewerblicher oder privater Anbieter)?
  2. Ist die Produktbeschreibung aussagekräftig?
  3. Ist das Produkt CE-konform - EMV-konform - Konformitätsbescheinigung?
  4. Entspricht das Produkt den geltenden UVV?
  5. Wird eine Einweisung / Inbetriebnahme angeboten?
  6. Wird ein Ersatzteildienst angeboten?
  7. Wird ein Kundendienst angeboten?
  8. Bedienungsanleitung gemäß VDE/VDMA-Empfehlung - in deutscher Sprache?


Nach unserer Erfahrung wird bei Fernost-Importen mit einem sogenannten "umfangreichen Ersatzteil- und Zubehörpaket" geworben.

Vor dem Kauf empfehlen wir daher, sich beim Anbieter auch über den Lieferumfang des Zubehörpaketes und insbesondere über die Nachkaufmöglichkeiten für Verschleißteile (z.B. Antihaftbeläge, Heizwiderstände usw.) verbindlich informieren zu lassen.

Schweiß- und Siegelgeräte werden in der Regel gewerblich eingesetzt, und oftmals arbeitet der Unternehmer nicht selbst damit, sondern ein Mitarbeiter.  Als Unternehmer können Sie sich gewiß lebhaft ausmalen, was auf Sie zukommt, wenn Ihr Mitarbeiter am Gerät einen tödlichen Stromschlag erleidet oder Verbrennungen/Verletzungen erleidet, weil die heißen und beweglichen Gerätekomponenten nicht ausreichend im Sinne der UVV abgedeckt sind.


Wieviel kostet ein Impuls-Schweißgerät / Siegelgerät? - Eine kleine Checkliste

Die Bandbreite ist beträchtlich. Wir können hier natürlich nur auf Neugeräte eingehen; für Gebrauchtgeräte gibt es keinen Marktindikator.
Einfache Backengeräte in Scherenform aus Fernost werden bereits ab 30 oder 40 Euro angeboten (Schweißnahtlänge ab 20 cm).
Ein Tischgerät eines renommierten Herstellers, z.B. aus obengenannter Auflistung beginnt, je nach Ausstattung, bei ca. 1200 Euro (z.B. bei 30 cm Arbeitslänge).
Standgeräte mit eigenem Bodenständer zum Verschließen von Schwergutsäcken sind ab ca. 3000 Euro im Handel - nach oben sind die Grenzen hier offen. Sackverschließgeräte werden oftmals nach Kundenwünschen auftragsbezogen modular gefertigt. Die renommierten Bezugsquellen bieten hierzu umfangreiche und sorgfältige Beratung an. Wer eine Verpackungsaufgabe zu lösen hat, sollte sich an einen oder mehrere renommierte Lieferanten wenden und diesen ein Pflichtenheft ("checklist") vorlegen:

  1. Sack-/ Beutel-/ Folienarten? Der Anfrage Muster beilegen!
  2. min- und max-Abmessungen der Folien, Folienstärke(n)
  3. zu verpackende/s Produkt/e: staubend - agressiv - feucht usw., Kolligewicht?
  4. gewünschte Leistung in Sack/h - Beutel/h
  5. Umgebungsbedingungen: Normalbetrieb - Ex-Bereich o.ä.?
  6. Energie und Betriebsmittel: vorhandener Stromanschluß, Luftanschluß, Wasser?

Weitere Fragen beantworten wir gern.
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