DE3236164A1 - Ultraschall-schweissvorrichtung und verwendung derselben - Google Patents
Ultraschall-schweissvorrichtung und verwendung derselbenInfo
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Description
DIPL.-ING. WILHELM STELLRECHT M.Sc.
01PL.-PHYS. DR. DIETER GRIE6SBACH
D1PL.-PHYS. WALTER HAECKER
DIPL-PHYS. DR. ULRICH BÖHME
PATENTANWÄLTE
UHLANDSTR. 14c - 7000 STUTTGART 1
Ultraschall-Schweissvorrichtung und Verwendung derselben
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschall-Schweissvorrichtung
zum Verschweissen von mehrlagig angeordneten Folien gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs
1 sowie eine Verwendung gemäss dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 8.
Zum Verschweissen von mit thermoplastischem Material beschichteter
Pappe ist es gemäss der CH-A 613 170 bekannt geworden, die Vibrationsschweissung anzuwenden. Bei dieser Schweissung
wird mechanische Energie in lokale Wärmeenergie übergeführt, um den erforderlichen Wärme- und Energiebetrag zu reduzieren.
Beispielsweise ist aus der US-A 3 526 792 ein Ultraschall-Umformer bekannt geworden, der einen Konverter zur Umwandlung
elektrischer Energie in mechanische Energie und ein die Energie konzentrierendes Teil, die Sonotrode, umfasst, mit dem
sich die mechanische Energie in Form von Schwingungen einer bestimmten Frequenz konzentrieren lässt. Diese Sonotrode
wirkt im Betrieb mit einem Amboss zusammen, indem die be-
schichteten Teile zwischen der Arbeitsfläche der Sonotrode
und der Arbeitsfläche des Ambosses zusammengepresst werden.
Die Vibration der Sonotrode erzeugt im zusammengepressten Material Reibungswärme, die ausreicht, um die thermoplastischen
Schichten zu aktivieren, derart, dass das thermoplastische Material der Lagen zusammenfliesst. Nach Abschalten
der Vibration kühlt sich das thermoplastische Material ab
und verfestigt sich, so dass die aufeinanderliegenden Schichten oder Lagen miteinander verbunden sind.
Eine Anwendung dieser Schweissart in der Verpackungsindustrie
ist in der US-A 4 279 675 beschrieben. Dabei ist der Amboss mit einer Ausnehmung am Rande der Arbeitsfläche und in einer
zentralen Partie derselben versehen, um die Verdickung der aufeinandergelegten Pappeteile aufzunehmen. Zwischen diesen
Ausnehmungen sind längsgerichtete Nuten angeordnet, damit das verflüssigte thermoplastische Material an den Kreten
zwischen benachbarten Nuten weggedrückt werden und sich in den Nuten sammeln kann, um eine Verschxveissung zu bilden.
Es hat sich gezeigt, dass eine solche Anordnung nicht genügt,
wenn stellenweise mehrschichtige Partien vorhanden sind, wie sie beispielsweise bei Längsnahten in Schlauchbeutelpackungen
üblich sind, so dass es Stellen geben kann,
die nicht verschweisst sind, und bei einer evakuierten
Packung luftdurchlässige Stellen gebildet werden könnten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schweissvorrichtung der beschriebenen Art zu schaffen, bei der diese Nachteile
behoben sind und unabhängig von der Anzahl Schichten bei Nähten eine luftdichte Verschweissung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss wird dies durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von Sonotrode und Amboss im Aufriss,
Fig. 2 dieselbe Anordnung, wie Fig. 1, im Seitenriss,
Fig. 3 bis Fig. 6 verschiedene Ausführungsbeispiele des Ambosses im Aufriss.
Die Sonotrode 10 liegt mit ihrer Arbeitsfläche 11 auf der
Arbeitsfläche 23 eines Ambosses 20. Der Amboss 20 besteht
aus einer Anzahl nebeneinanderliegender einzelner Lamellen 21. Diese Lamellen 21 sind in einem Gehäuse 24 mit zwei
Seitenwänden 24a, 24b, einer Bodenwand 24c sowie einer Vorder- und einer Rückwand 24d, 24e eingebettet. Die beiden
Seitenwände 24a, 24b weisen oben längsverlaufende Stützplatten 25a, 25b als Gegenhalter für die Lamellen 21 auf.
Im Gehäuseinnern befinden sich ein Stützboden 26 und eine Presswand 27, die mittels einer Schraube 28a gegen die Lamellen
21 gepresst werden kann, um diese zusammenzupressen. Die Lamellen 21 liegen mit der der Arbeitsfläche 23 gegenüberliegenden Kantenpartie 29 auf einem Kissen 22 aus elastischem
Material auf. Mit zwei weiteren Schrauben 2Sb, 28c lässt sich der Stützboden 26 und damit die Vorspannung durch
das Kissen 22 einstellen.
Die Masse der einzelnen Lamellen 21 ist derart, dass die dynamischen Reaktionskräfte der Vibration aufgenommen werden.
Diese Lamellen können aus 1 mm starkem Messingblech gefertigt sein. Beispielsweise Abmessungen für eine solche
Lamelle 21 können bei einer Breite der Arbeitsfläche 23 von
10 mm eine Höhe über alles von 45 mm und eine Breite von 40 mm haben. Für das Kissen 22 kann eine Gummiunterlage mit
einer Rücksprunghärte von 40 - 45 Shore A verwendet werden. Die Länge der Arbeitsfläche 23 liegt in der Grössenordnung
von 65 mm.
Versuche mit einem derartigen lameliierten Amboss 20 haben gezeigt, dass sowohl bei einer Fischgratnaht als auch einem
Kreuzfalt mit je vier Lagen Material, unabhängig davon, ob eine Aussenschicht aus Papier oder aus thermoplastischem
Material vorhanden war, eine gasdichte Verschweissung erhalten wird.
Die Federung der einzelnen Lamellen 30 bzw. 40 lässt sich entweder mit einem separaten Federelement 31 gemäss Fig.
oder mit ausgestanzten Federfüssen 41, 42 gemäss Fig. 4 erhalten. Eine weitere mögliche Ausführungsform einer Lamelle
mit Eigenfederung ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist die Lamelle 50 mit zwei Einschnitten 51, 52 versehen,
die parallel zu der der Arbeitsfläche 53 gegenüberliegenden Kantenpartie 54 angeordnet sind und sich auf etwa 2/3 der
Länge überschneiden. Bei diesen erläuterten Ausführungsbeispielen sind gleichartige Gehäuse verwendet.
Eine davon abweichende Form ist in Fig. 6 dargestellt. Ein Winkelprofil 60 und ein Gegenhalterstab 61 sind mittels
zwei Seitenwänden, die nicht dargestellt sind, zusammengehalten und dienen zur Halterung von einer Anzahl Lamellen
62 mit einer Arbeitsfläche 63 und einer Ausnehmung 64 zur Bildung einer federnden Stütze für die Arbeitsfläche
63.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass sich jede Lamelle einzeln auf die Dicke des zu verschweissenden Materials
einstellen kann. Damit wird ein gleichmässiger Gegendruck gegen die Sonotrode über die gesamte Nahtlänge bewirkt,
so dass das Material der Schlauchpackung unabhängig von der jeweiligen Materialstärke bei Längsnähten, Zwickelfalten
und dgl. gleicherweise verschweisst wird.
Damit die Lamellen sich leicht gegeneinander verschieben
lassen, um nur den durch das Kissen 22 oder die Federn 31 oder durch ihre Eigenfederung ausgeübten Druck zur Wirkung
zu bringen, wird vorteilhafterweise wenigstens eine der beiden Flächen von benachbarten Lamellen mit einer die Reibung
vermindernden Schicht beaufschlagt. Diese Schicht kann als Belag aus einem geeigneten Material aufgebracht werden.
Bei einer Verspannung der Lamellen 21 mittels der Presswand 2 7 durch Einstellen einer Druckkraft mit der Schraube 28a,
können sich die Lamellen 21 infolge Temperaturschwankungen lockern. Um dies zu verhindern, ist zwischen die Presswand
27 und das Lamellenpaket ein Federelement 32, beispielsweise ein Kissen aus elastischem Material, eingesetzt. Selbstverständlich
kann ein solches Federelement auch bei allen übrigen Ausführungsformen vorhanden sein.
Claims (10)
1. J Ultraschall-Schweissvorrichtung zum Verschweissen
von mehrlagig angeordneten Folien mit einer einstückigen, länglichen Sonotrode, dadurch gekennzeichnet, dass ein Amboss
(20) aus einer Anzahl einzelner, gegeneinander verschieblich gehalterter Lamellen (21,30,40,50,62) gebildet ist, wobei die
Stirnseiten (23,53,63) der genannten Lamellen den Gegenhalter zur Sonotrode (10) bilden und wenigstens einzeln einer gegen
die Sonotrode (10) gerichteten Kraft ausgesetzt sind.
2. Schweissvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Lamellen (21,30,40,50,62)
je eine genügend grosse Masse aufx^eisen, um die von der Sonotrode
(10) auf sie einwirkende Reaktionskraft der Schwingung aufzunehmen.
3. Schweissvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden
Flächen der genannten Lamellen mit einem die Reibung vermindernden
Belag versehen ist.
4. Schweissvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (21) mit ihrer der
Sonotrode abgewandten Stirnseite (29) auf einem Kissen (22) aus elastischem Material abgestützt sind (Fig.' 1,2).
5. Schweisseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (30,40) auf Federelementen
(31,41,42) abgestützt sind (Fig. 3,4).
6. Schweisseinrichtung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede einzelne Lamelle (30,40) auf
einem eigenen Federelement (31,41,42) abgestützt ist.
7. Schweisseinrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (50,62) aus Federmaterial
bestehen und mit Einschnitten (51,52,64) versehen sind, durch die eine Randpartie entlang der der Sonotrode
(10) gegenüberliegenden Stirnseite (54,65) der Lamelle (50, 62) federnd gehaltert ist.
8. Schweisseinrichtung nach einem der Patentansprüche
1 bis 7, gekennzeichnet durch wenigstens ein Federelement (32), um die einzelnen Lamellen (21,30,40,50,62) gegeneinander
zu pressen. .
9. Verwendung der Ultraschall-Schweissvorrichtung nach Patentanspruch 1 in der Verpackungsindustrie zum Verschweissen
von Verpackungsbeuteln aus Folien, die wenigstens eine thermoplastische Schicht aufweisen.
10. Verwendung nach Patentanspruch 8 zur Bildung von
Quersiegelnähten bei Schlauchbeuteln mit einer Längsnaht.
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