Die Entwicklung des Heißsiegelns

Durch gesponserte Inhalte | 2. Juni 2023

Von Charles H. Trillich / Mitbegründer Packworld USA

Die Heißsiegeltechnologie hat sich über viele Jahrzehnte weiterentwickelt, um durch präzises Heißsiegeln Kosten zu senken und den Gewinn zu steigern. In diesem Artikel geht es um diese Fortschritte und darum, wie man jedes Mal perfekte Dichtungen erhält.

In den letzten Jahren haben sich die Methoden und Mittel zum Schneiden und/oder Versiegeln von Kunststofffolien und zum Verbinden von Kunststoffkomponenten durch die Entwicklung und Einführung von Prozesskontrollen, die nahezu jedes Mal eine perfekte Verbindung garantieren, von einer Kunst zu einer Wissenschaft entwickelt. Die Entwicklung dieser Fähigkeit wurde durch die Nachfrage nach Kunststoffverpackungsmaterialien in kritischen Anwendungen vorangetrieben, insbesondere in den Biowissenschaften, wo eine Validierung erforderlich ist und ein Ausfall nicht akzeptabel ist.

Die Kunst des Heißversiegelns von Kunststoffmaterialien begann mehr oder weniger zeitgleich mit der Entwicklung der thermoplastischen Materialien selbst. Ursprünglich erfolgte die Versiegelung von Materialien manuell mit einfachen Heißstäben oder Schweißstäben. Beim manuellen Versiegeln waren der Zeitpunkt und die Qualität der Versiegelung uneinheitlich und hingen von den Fähigkeiten des Bedieners ab. Zudem waren die Dichtungen beim Entfernen des Dichtungsmittels noch heiß. Da Heißsiegelungen auf Kunststoffmaterialien erst dann fest verbunden werden, wenn die Versiegelung abgekühlt ist, hing die Integrität der Versiegelung von der „Heißklebrigkeit“ ab, der Fähigkeit der Folienschichten, aneinander zu haften, während sie noch heiß vom Versiegelungsprozess waren. Kunststofffolien wurden modifiziert, um ihre „Hot-Tack“-Eigenschaften zu verbessern. Dies erhöhte die Kosten der Folie, verbesserte jedoch nicht unbedingt die endgültige Siegelfestigkeit. In der Zwischenzeit war es von entscheidender Bedeutung, mit der warmen Folie sehr vorsichtig umzugehen, um Schäden an der Integrität oder dem Erscheinungsbild der Versiegelung zu vermeiden. Vor der Einführung von Impulsversiegelungsmaschinen wurde die Versiegelung durch Maschinen durchgeführt, die mit „Heißstäben“ oder „Heißplatten“ ausgestattet waren. Heiße Stäbe und Heizplatten werden immer noch für Anwendungen verwendet, bei denen die Kühlungssteuerung für eine bestimmte Anwendung nicht so wichtig ist. Kunststoffversiegelungsmaschinen mit „Heißstäben“ verwenden Siegelstäbe, die ständig mit Heizpatronen erhitzt werden, die so sorgfältig wie möglich im Stab positioniert sind, um eine gleichmäßige Erwärmung der Siegeloberfläche der Stäbe zu gewährleisten. Ständig beheizte Stangen und Platten sind bei Anwendungen nützlich, bei denen die Geschwindigkeit der Maschine und die Art der zu versiegelnden Materialien ein großes Fenster für thermische Möglichkeiten bieten. Einige Kunststofffolienmaterialien verfügen über einen weiten Temperaturbereich der Siegelfähigkeit und versiegeln trotz großer Schwankungen der Siegeltemperaturen erfolgreich. Allerdings bieten viele Folien keine große Toleranz im Siegeltemperaturbereich. Die meisten Betriebe, die Kunststoffmaterialien versiegeln oder zusammenbauen, können sich das Risiko und die damit verbundenen Kosten der Herstellung fehlerhafter Produkte aufgrund mangelnder Zeit- und Temperaturkontrolle nicht leisten. Dies gilt insbesondere für Verpackungen für das Gesundheitswesen, Lebensmittel sowie wertvolle oder schädliche Materialien. Mitte der 1940er Jahre wurde das „Impulse Heat Sealing“ auf den Markt gebracht. Dies war ein wichtiger Beitrag zur Kunst des Heißsiegelns, da es die Möglichkeit bot, über ein relativ dünnes Heizelement, das gegen zwei oder mehr Schichten Kunststofffolie gedrückt wurde, einen kurzzeitigen Stromimpuls zu erzeugen. Die dem Band zugeführte Energie erzeugte genügend Wärme, um die Materialien zu verbinden, und die Backen konnten lange genug geschlossen bleiben, damit das Dichtungsband abkühlen und eine akzeptable Dichtung erzeugen konnte. Die Impulssiegeltechnik setzte sich nach und nach durch und eroberte sich einen bedeutenden Marktanteil, insbesondere bei der Abdichtung von Polyethylen und ähnlichen Produkten. Frühe Impuls-Heißsiegelmaschinen konnten nur durch Einstellen der Spannung, die an das Heißsiegelband angelegt wird, und durch Einstellen des Zeitpunkts des Siegelzyklus gesteuert werden. Bei handbetriebenen Maschinen wurde die Dauer jedes Zyklus von Zyklus zu Zyklus durch die Geschicklichkeit des Bedieners bestimmt, da die Temperatur des Siegelbandes und der Stäbe mit jedem Zyklus allmählich wärmer wurde. Wenn dem Siegelelement bei jedem weiteren Zyklus die gleiche Energiemenge zugeführt wird, steigt die Siegeltemperatur allmählich an und wird schließlich zu heiß. Daher muss es häufig angepasst werden, um eine Überhitzung zu vermeiden

In den 1970er Jahren erkannte die TOSS GmbH in Deutschland den Bedarf an einem schnell reagierenden Temperaturkontrollsystem. Das System müsste die Temperatur des Heizsiegelbands ständig überwachen, seine Temperatur in Millisekunden auf einen vorgegebenen Sollwert erhöhen und sie für eine vorgegebene Siegelzeit auf einem präzisen Sollwert halten, damit sich die Dichtung verbinden und abkühlen kann. Das neue System erforderte außerdem eine einzigartige Legierung, die die alten Nichrom-Heißsiegelbänder ersetzen sollte. Dann wurde TOSS Alloy-20® eingeführt. Diese neue Legierung war in der Lage, ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von der Temperatur vorhersehbar und messbar zu ändern. Anschließend könnte ein Regler mit extrem hoher Reaktionsgeschwindigkeit verwendet werden, um die tatsächliche Temperatur des Heizsiegelbands zu überwachen, indem die Änderung seines Widerstands überwacht wird.

Mit der zunehmenden Verbreitung der TOSS-Technologie passten immer mehr Hersteller kundenspezifischer Verpackungsmaschinen das TOSS-System an, um die Leistung ihrer Maschinen sicherzustellen. Der Wert einer verbesserten Präzision wurde deutlich. Dies führte zu einer Nachfrage nach einer Standardreihe von Heißsiegelmaschinen, die ausschließlich die TOSS-Technologie nutzen. Als Reaktion auf diese Nachfrage wurde 1995 PackworldUSA gegründet. PackworldUSA ist mit der Philosophie, dass Präzision, Qualität und Haltbarkeit höchste Priorität haben, in den Markt eingestiegen, um Heißsiegelmaschinen herzustellen. Diese Philosophie hat sich bewährt. Der Wert der PackworldUSA-Maschinen wurde zuerst von den Gesundheits- und Biowissenschaftsunternehmen erkannt, bei denen Perfektion und Prozessvalidierung unerlässlich sind. Andere Branchen erkannten bald, dass langlebige Präzisions-Heißsiegelmaschinen schnell ihren Lebensunterhalt damit verdienen, dass sie jedes Mal perfekte Siegel liefern.

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