DE102006009890A1 - Vorrichtung zum Verschweißen von Kunststoff - Google Patents

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Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Verschweißen von Kunststoff, insbesondere zum Verschweißen eines Folienschlauches (2), mit einer Sonotrode (3) zum Einbringen von Ultraschallenergie in den Kunststoff, und einem Amboss (4), gegen den die Sonotrode (3) bewegbar ist, um den Kunststoff zwischen einer Oberfläche (8) der Sonotrode (3) und einer Oberfläche (7) des Ambosses (4) einzuklemmen und dort zu verschweißen, dient eine Einrichtung (5) mit einem Abstandshalter (13) zum Einstellen eines Abstandes (6) zwischen der Oberfläche (7) des Ambosses (4) und der Oberfläche (8) der Sonotrode (3). Dabei ist der Abstand (6) während eines Schweißvorganges vorzuwählen, indem man Plättchen (12), z. B. aus Metall oder Keramik, in einen Schlitz (11) eines Schraubkörpers (10) steckt. Derart wird in einfacher Weise die Bewegung der Sonotrode (3) auf den Amboss (4) zu begrenzt.

Description

  • Der Anmeldegegenstand betrifft die Verpackungsbranche und dort das Verschweißen von Kunststoff, insbesondere von Schlauchbeuteln mittels Ultraschalltechnik.
  • Vorrichtungen zum Verschweißen von Kunststoff, insbesondere zum Verschweißen von Folienschläuchen sind hinlänglich bekannt. Diese Vorrichtungen weisen jeweils eine Sonotrode zum Einbringen von Ultraschallenergie in den Kunststoff auf. Ein Amboss, gegen den die Sonotrode bewegbar ist, dient dazu, den Kunststoff zwischen einer Oberfläche der Sonotrode und einer Oberfläche des Ambosses einzuklemmen und dort zu verschweißen. Das Verschweißen geschieht derart, dass die Ultraschallschwingungen, z. B. mit einer Frequenz von 30 kHz, in den Kunststoff eingebracht werden, so dass dieser erwärmt wird.
  • Es muss stets ein bestimmter Sonotroden-Amboss-Abstand eingestellt werden, um einen definierten Druck aufzubauen und gleichartig gut Schweißergebnisse zu erzielen. Dazu ist aus der DE 103 47 015 A1 eine Einrichtung mit einem Abstandshalter zum Einstellen eines Abstandes zwischen der Oberfläche des Ambosses und der Oberfläche der Sonotrode bekannt, wobei der Abstand für einen Schweißvorgang vorzuwählen ist. Die Vorrichtung weist eine elektronische Abstandsmessung auf.
  • Des weiteren ist aus der DE 32 36 164 A1 bekannt, einen Amboss mit abgefederten Lamellen für einen konstanten Schweißdruck vorzusehen.
  • Die bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, dass sie relativ aufwändig sind. Zudem wird bei der Vorrichtung der DE 103 47 015 A1 ein Füllrohr einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine als Amboss genutzt, wodurch nur eine Anwendung der Ultraschallschweißtechnik für eine Längsnahtverschweißung eines Folienschlauches vorgesehen ist.
    •
  • Es liegt die Aufgabe zugrunde, den Gegenstand des Oberbegriffes des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass in technisch einfacher Weise Kunststoffe verschweißt werden können, wobei der Abstand zwischen der Sonotrode und dem Amboss sicher und genau eingestellt bzw. begrenzt werden kann.
  • Gelöst ist die Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Danach weist die Einrichtung mit einem Abstandshalter zum Einstellen eines Abstandes einen mit einem Innengewinde versehenen, hohlen Schraubkörper mit mindestens einem Plättchen auf. Im Schraubkörper ist tangential ein Schlitz ausgespart. Der Schlitz ist zum Aufnehmen eines Plättchens oder mehrerer, parallel zueinander und aneinander anliegender, nebeneinander gelegener Plättchen vorgesehen. Der Schraubkörper umgreift den Abstandshalter, der rund ausgestaltet ist. Der Abstandshalter weist ein Außengewinde auf, auf das der Schraubkörper aufgeschraubt ist. Ein Plättchen liegt flächig an einer Stirnfläche des Abstandshalters an.
  • Die vorgeschlagene Neuerung hat den Vorteil, dass in einfacher Weise, nämlich durch Einstecken von Plättchen entsprechender Dicke und entsprechender Anzahl in den dafür vorgesehenen Schlitz des Schraubkörpers der Abstand zwischen den Oberflächen von Amboss und Sonotrode eingestellt werden kann. Die Sonotrode wird dann mittels ihres Antriebes immer nur bis zu dieser Begrenzung bewegt. Dabei spielt es keine Rolle, wo die Abstandseinstellung vorgenommen wird. Es können Plättchen unterschiedlicher, mikrometergenauer Dicken für unterschiedliche Begrenzungen vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich sehr dünne, z. B. 5 μm dicke Metallfolien als Plättchen bereitzustellen, und durch eine entsprechende Anzahl eingesteckter Plättchen festzulegen, wie weit sich die zum Verschweißen genutzten Oberflächen von Sonotrode und Amboss annähern können, ohne dass es zu einer Schweißnahtschädigung oder einer ungleichmäßigen Schweißnaht kommt. Ein zu starkes oder ungleichmäßiges Herausquetschen von flüssigem Kunststoff aus der Schweißnaht kann nicht mehr vorkommen. Die Plättchen stecken jeweils in einer Unterbrechung einer Halterung und fungieren derart als Verlängerung des Abstandshalters, welcher ein Teil der Halterung des Ambosses oder der Sonotrode ist, oder der mit einer derartigen Halterung starr verbunden ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Neuerung sind in den Ansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
  • Der vorgeschlagene Abstandshalter kann in einfachster Weise entweder in die Halterung des Ambosses (Anspruch 2) oder der Sonotrode (Anspruch 3) integriert werden. Er kann aber auch mit einer Halterung verbunden sein, um deren Position vorzugeben oder deren Bewegung zu begrenzen.
  • Eine genaue Abstandseinstellung längs einer auszuführenden Schweißnaht wird erreicht, wenn gemäß Anspruch 4 zwei Halterungen parallel zueinander vorgesehen sind, in die jeweils ein Abstandshalter integriert ist. Dadurch werden auch Ungenauigkeiten der gesamten Vorrichtung ausgeglichen. Der Abstand kann dabei als konstant erreicht sein, wenn unterschiedlich dicke Plättchen (zum Ausgleich einer Ungenauigkeit) an den jeweiligen Abstandshaltern vorgesehen werden.
  • Ist gemäß Anspruch 5 die Halterung unterbrochen, wobei an dieser Unterbrechung zwei Stirnflächen zweier Rohre aneinander liegen, ein Plättchen zwischen den Stirnflächen vorgesehen ist, der Schraubkörper auf ein Außengewinde des einen Rohres aufgeschraubt ist, und ein Halteelement des Schraubkörpers mit einem Halteelement des anderen Rohres korrespondiert, insbesondere dieses hintergreift, so kann derart der Abstand durch Einstecken von Plättchen in die Halterung eingestellt werden. Danach wird der Schraubkörper festgeschraubt, um die Halterung zu stabilisieren.
  • Anstatt in eine Halterung integriert zu werden, kann ein Abstandshalter auch lediglich mit der Halterung starr verbunden werden, um seinen Zweck zu erfüllen. Dies ist in zuverlässiger Weise erreicht, wenn gemäß Anspruch 6 der Schraubkörper auf einer Stirnfläche eines über eine Verbindung mit der Sonotrode verbundenen Prellelementes vorgesehen ist, wobei der Abstandshalter zum Auftreffen auf einen Anschlag ausgebildet ist, so dass beim Aufprallen des Abstandshalters auf den Anschlag der Abstand zwischen der Oberfläche des Ambosses und der Oberfläche der Sonotrode eingehalten wird. Bei dieser Technik wirkt der Abstandshalter als Begrenzer zum Begrenzen der Bewegungsstrecke der Sonotrode.
  • Die Einsatzdauer der Vorrichtung ist sehr lang, wenn die Plättchen und die mit ihnen korrespondierenden Bauteile großflächig aneinander liegen. Dies ist der Fall, wenn der Schlitz direkt an einen runden Deckelteil, welcher den Schraubkörper stirnseitig abschließt, vorgesehen ist, so dass ein Plättchen oder mehrere Plättchen einerseits, direkt am Deckelteil anliegt bzw. anliegen, und andererseits an der Stirnfläche des Abstandshalters (Anspruch 7). Zudem ist diese Ausgestaltung sehr stabil.
  • Für relativ kurze Schweißnähte und ansonsten stabile Schweißeinrichtungen ist es besonders kostengünstig, wenn nur ein einziger Schraubkörper über den Abstandshalter mit der Sonotrode oder in analoger Weise mit dem Amboss verbunden ist, und der Schraubkörper mittig zur Längserstreckung der Oberfläche der Sonotrode oder des Ambosses entweder oberhalb oder unterhalb der Oberfläche vorgesehen ist (Anspruch 8).
  • Sind gemäß Anspruch 9 zwei Schraubkörper auf gegenüberliegenden Seiten der Sonotrode vorgesehen, die über jeweils einen Abstandshalter mit der Sonotrode verbunden sind, so eignet sich diese Art der Abstandseinstellung insbesondere für Schweißnähte, die relativ lang sind, und die sich in Richtung der Entfernung der beiden Abstandshalter erstrecken.
    •
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
  • 1 in einer Draufsicht einen Teil einer Quersiegelstation einer vertikalen Schlauchbeutelmaschine, mit einer gegen einen Amboss bewegbaren Sonotrode zum Verschweißen eines Folienschlauches, wobei in einer Halterung des Ambosses zwei Einrichtungen zum Einstellen des Abstandes zwischen Sonotrode und Amboss vorgesehen sind;
  • 2 in einer Draufsicht einen Gegenstand entsprechend 1, jedoch mit zwei Einrichtungen an einer Halterung der Sonotrode und mit ortsfest montiertem Amboss;
  • 3 in einer Seitenansicht mit teilweisem Vertikalschnitt eine Halterung einer Sonotrode, wobei die Halterung unterbrochen ist, und die Unterbrechung drei Plättchen zum Einstellen eines bestimmten Amboss-Sonotroden-Abstandes eingesteckt sind;
  • 4 in einer Seitenansicht den Gegenstand der 3;
  • 5 in einer Seitenansicht mit teilweisem Vertikalschnitt eine unterhalb einer Sonotrode und mit deren Halterung verbundene, als Prellelement ausgestaltete Einrichtung zum Einstellen eines Abstandes zwischen Amboss und Sonotrode, wobei das Prellelement zum Aufprallen auf einen mit dem Amboss starr verbundenen Anschlag vorgesehen ist, sowie
  • 6 in einer Draufsicht mit teilweisem Horizontalschnitt zwei Prellelemente, die mit einer Halterung einer Sonotrode starr verbunden sind.
  • Bei einer Vorrichtung 1 zum Verschweißen eines Folienschlauches 2, ist eine Sonotrode 3 zum Einbringen von Ultraschallenergie in den Kunststoff des Folienschlauches 2 gegen einen Amboss 4 bewegbar (1). Dabei wird der Kunststoff zwischen einer Oberfläche 8 der Sonotrode 3 und einer Oberfläche 7 des Ambosses 4 geklemmt und dort verschweißt. Eine Einrichtung 5 mit einem Abstandshalter 13 ist zum Einstellen eines Abstandes 6 zwischen der Oberfläche 7 des Ambosses 4 und der Oberfläche 8 der Sonotrode 3 bei aufgeschmolzenem Kunststoff vorgesehen. Der Abstand 6 der jeweils während eines Schweißvorganges vorkommen soll, ist dabei vorwählbar. Die Einrichtung 6 weist einen mit einem Innengewinde 9 versehenen hohlen Schraubkörper 10 mit drei Plättchen 12 auf (3 und 4). Im Schraubkörper 10 ist tangential ein Schlitz 11 ausgespart. Der Schlitz 11 ist zum wahlweisen Aufnehmen eines Plättchens 12 oder mehrerer, parallel zueinander und aneinander anliegender, nebeneinander gelegener Plättchen 12 vorgesehen. Der Schraubkörper 10 umgreift den Abstandshalter 13, der rund ausgestaltet ist. Der Abstandshalter 13 weist ein Außengewinde 14 auf, auf das der Schraubkörper 10 aufgeschraubt ist. Ein erstes Plättchen 12 liegt flächig an einer Stirnfläche 15 des Abstandshalters 13 an. Während beim Ausführungsbeispiel der 1 der Abstandshalter 13 in eine Halterung 16 des Ambosses 4 integriert ist, ist beim Ausführungsbeispiel der 2 der Abstandshalter 13 in eine Halterung 17 der Sonotrode 3 integriert und der Amboss 4 ist ortsfest. Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass jeweils zwei Halterungen 16, 17 parallel zueinander vorgesehen sind, in die jeweils ein Abstandshalter 13 integriert ist. Zudem sind jeweils die Halterungen 16, 17 unterbrochen (3 und 4). An jeder Unterbrechung 18 liegen zwei Stirnflächen 15, 19 zweier Rohre 20, 21 aneinander. Es sind jeweils drei Plättchen 12 zwischen den Stirnflächen 15, 19 vorgesehen. Der Schraubkörper 10 ist auf ein Außengewinde 14 des einen Rohres 21 aufgeschraubt. Ein Halteelement 22 des Schraubkörpers 10 hintergreift ein Halteelement 23 des anderen Rohres 20.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 5 ist der Schraubkörper 10 auf einer Stirnfläche 15 eines über eine Verbindung 24 mit der Sonotrode 3 verbundenen Prellelementes 25 vorgesehen. Der Abstandshalter 13 ist zum Auftreffen auf einen Anschlag 26 ausgebildet. Beim Aufprallen des Abstandshalters 13 auf den Anschlag 26 wird der Abstand 6 zwischen der Oberfläche 7 des Ambosses 4 und der Oberfläche 8 der Sonorode 3 eingehalten. Der Schlitz 11 ist direkt an einem runden Deckelteil 27, welcher den Schraubkörper 10 stirnseitig abschließt, vorgesehen. Derart liegt ein Plättchen 12 direkt am Deckelteil 27 an und ein weiteres liegt an der Stirnfläche 15 des Abstandshalters 13 an. Es ist ein einziger Schraubkörper 10 über den Abstandshalter 13 mit der Sonotrode 3 verbunden. Der Schraubkörper 10 ist mittig zur Längserstreckung der Oberfläche 8 der Sonotrode 3 unterhalb der Oberfläche 8 vorgesehen. Nach einem Anstoßen des Prellelementes 27 auf den Anschlag 26 wird für die Dauer eines Ultraschallschweißvorganges nach einer Kunststofferweichung ein Abstand 6 zwischen den Oberflächen 7, 8 eingehalten, um den Kunststoff nicht durchschweißen zu können oder ihn nicht zu sehr aus der zu erzielenden Schweißnaht zu drücken.
  • Beim Ausführungsbeispiel der 6 sind zwei Schraubkörper 10 auf gegenüberliegenden Seiten der Sonotrode 3 vorgesehen, die über jeweils einen Abstandshalter 13 mit der Sonotrode 3 verbunden sind. Zum Ausgleich einer festgestellten Ungenauigkeit im Aufbau der Vorrichtung 1 sind unterschiedlich dicke Plättchen 12 an den Abstandshaltern 13 eingesteckt. Dazu steht ein Sortiment von Plättchen 12 zur Verfügung (7). Derart wird ein konstanter Abstand 6 entlang der gesamten Länge der Oberfläche 8 der Sonotrode 3 gegenüber der Oberfläche 7 des Ambosses 4 eingestellt.
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Folienschlauch
    3
    Sonotrode
    4
    Amboss
    5
    Einrichtung zum Einstellen
    6
    Abstand
    7
    Oberfläche des Ambosses
    8
    Oberfläche (Schweißfläche) der Sonotrode
    9
    Innengewinde
    10
    Schraubkörper
    11
    Schlitz
    12
    Plättchen
    13
    Abstandshalter
    14
    Außengewinde
    15
    Stirnfläche
    16
    Halterung des Ambosses
    17
    Halterung der Sonotrode
    18
    Unterbrechung
    19
    Stirnfläche
    20, 21
    Rohr
    22
    Halteelement des Schraubkörpers
    23
    Halteelement am Rohr
    24
    Verbindung
    25
    Prellelement
    26
    Anschlag
    27
    Deckelteil

Claims (9)

  1. Vorrichtung (1) zum Verschweißen von Kunststoff, insbesondere zum Verschweißen eines Folienschlauches (2), mit einer Sonotrode (3) zum Einbringen von Ultraschallenergie in den Kunststoff, einem Amboss (4), gegen den die Sonotrode (3) bewegbar ist, um den Kunststoff zwischen einer Oberfläche (8) der Sonotrode (3) und einer Oberfläche (7) des Ambosses (4) einzuklemmen und dort zu verschweißen, sowie einer Einrichtung (5) mit einem Abstandshalter (13) zum Einstellen eines Abstandes (6) zwischen der Oberfläche (7) des Ambosses (4) und der Oberfläche (8) der Sonotrode (3), wobei der Abstand (6) während eines Schweißvorganges vorzuwählen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) einen mit einem Innengewinde (9) versehenen, hohlen Schraubkörper (10) mit mindestens einem Plättchen (12) aufweist, dass im Schraubkörper (10) tangential ein Schlitz (11) ausgespart ist, dass der Schlitz (11) zum aufnehmen eines Plättchens (12) oder mehrerer, parallel zueinander und aneinander anliegender, nebeneinander gelegener Plättchen (12) vorgesehen ist, dass der Schraubkörper (10) den Abstandshalter (13), der rund ausgestaltet ist, umgreift, dass der Abstandshalter (13) ein Außengewinde (14) aufweist, auf das der Schraubkörper (10) aufgeschraubt ist, und dass ein Plättchen (12) flächig an einer Stirnfläche (15) des Abstandshalters (13) anliegt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (13) in eine Halterung (16) des Ambosses (4) integriert ist bzw. an der Halterung (16) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (13) in eine Halterung (17) der Sonotrode (3) integriert ist bzw. an der Halterung (17) vorgesehen ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halterungen (16, 17) parallel zueinander vorgesehen sind, in die jeweils ein Abstandshalter (13) integriert ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 2, Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16, 17) unterbrochen ist, dass an dieser Unterbrechung (18) zwei Stirnflächen (15, 19) zweier Rohre (20, 21) aneinanderliegen, dass mindestens ein Plättchen (12) zwischen den Stirnflächen (15, 19) vorgesehen ist, dass der Schraubkörper (10) auf ein Außengewinde (14) des einen Rohres (21) aufgeschraubt ist, und dass ein Halteelement (22) des Schraubkörpers (10) mit einem Halteelement (23) des anderen Rohres (20) korrespondiert, insbesondere dieses hintergreift.
  6. Vorrichtung nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubkörper (10) auf einer Stirnfläche (15) eines über eine Verbindung (24) mit der Sonotrode (3) verbundenen Prellelementes (25) vorgesehen ist, wobei der Abstandshalter (13) zum Auftreffen auf einen Anschlag (26) ausgebildet ist, so dass beim Aufprallen des Abstandshalters (13) auf den Anschlag (26) der Abstand (6) zwischen der Oberfläche (7) des Ambosses (4) und der Oberfläche (8) der Sonotrode (3) eingehalten wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (11) direkt an einem runden Deckelteil (27), welcher den Schraubkörper (10) stirnseitig abschließt, vorgesehen ist, so dass ein Plättchen (12) oder mehrere Plättchen (12) einerseits direkt am Deckelteil (27) anliegt, bzw. anliegen und andererseits an der Stirnfläche (15) des Abstandshalters (13).
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Schraubkörper (10) über den Abstandshalter (13) mit der Sonotrode (3) oder dem Amboss (4) verbunden ist, und dass der Schraubkörper (10) mittig zur Längserstreckung der Oberfläche (8) der Sonotrode (3) oder des Ambosses (4) entweder oberhalb oder unterhalb der Oberfläche (8) vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schraubkörper (10) auf gegenüberliegenden Seiten der Sonotrode (3) oder des Ambosses (4) vorgesehen sind, die über jeweils einen Abstandshalter (13) mit der Sonotrode (3) bzw. dem Amboss (4) verbunden sind.
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