DE102009043144B4 - Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Werkstücks - Google Patents

Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Werkstücks Download PDF

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Werkstücks mit mehreren Ultraschallsonotroden (12), deren Schweißflächen (14) eine Arbeitsfläche (16) eines Sonotrodentisches (10) bilden, und einem Gegenwerkzeug (26), wobei das Werkstück zwischen dem Sonotrodentisch (10) und dem Gegenwerkzeug (26) bearbeitet wird, wobei die Arbeitsfläche (16) des Sonotrodentisches (10) eine Strukturierung (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (26) mit einer Strukturierung (18) versehen ist, wobei das Gegenwerkzeug (26) von eine Strukturierung (18) aufweisenden, auswechselbaren Leisten (30) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Werkstücks mit mehreren Ultraschallsonotroden, deren Schweißflächen eine Arbeitsfläche eines Sonotrodentisches bilden, und einem Gegenwerkzeug, wobei das Werkstück zwischen dem Sonotrodentisch und dem Gegenwerkzeug bearbeitet wird, wobei die Arbeitsfläche des Sonotrodentisches eine Strukturierung aufweist.
  • Aus der DE 43 13 875 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der mehrere Sonotroden angeordnet sind und einen Sonotrodentisch bilden. Auf diesen Sonotrodentisch wird das Werkstück aufgelegt und gegen ein Gegenwerkzeug gepresst. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise Werkstücke mit unterschiedlichen Konturen auf einfache Weise und mit minimalen Umrüstungen der Vorrichtung mittels Ultraschall verschweißt werden können, da sie auf der Arbeitsfläche des Sonotrodentisches optimal platziert werden können. Aus der JP H07-52 255 A sind einen Arbeitstisch bildende Sonotroden bekannt, wobei der Arbeitstisch strukturiert ist. Eine Sonotrode mit einer strukturierten Schweißfläche ist auch aus der DE 38 74 664 T2 bekannt.
  • Aus der DE 600 15 280 T2 ist ein Gegenwerkzeug mit einer strukturierten Anlagefläche bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit ihr die Rüstzeiten verkürzt werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gegenwerkzeug mit einer Strukturierung versehen ist, wobei das Gegenwerkzeug von eine Strukturierung aufweisenden, auswechselbaren Leisten gebildet wird.
  • Durch die Strukturierung werden Energierichtungsgeber erzeugt, die den Ultraschall optimal in das Werkstück einleiten und zu einer besseren und schnelleren Plastifizierung der Materials des Werkstücks führen. Die Strukturierung des Gegenwerkzeugs kann gleich ausgeführt sein, wie die Strukturierung der Arbeitsfläche des Sonotrodentisches. Die Strukturierung von Gegenwerkzeug und Arbeitsfläche des Sonotrodentisches hat den wesentlichen Vorteil, dass die Arbeitszeit noch weiter verkürzt werden kann. Außerdem kann das Gegenwerkzeug schnell und einfach auf unterschiedliche Konturen der Werkstücke umgerüstet werden. Für das Umrüsten müssen lediglich die Leisten ausgewechselt werden, wenn ein anders geformtes Werkstück bearbeitet werden soll.
  • Erfindungsgemäß wird die Strukturierung von einer Gravur gebildet. Gravuren sind einerseits einfach herstellbar, andererseits können mit einer Gravur Vertiefungen von 10 μm bis 100 μm, insbesondere von 50 μm hergestellt werden. Die Gravur kann im Ätzverfahren, in einem spanabhebenden Verfahren oder mittels eines Lasers hergestellt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Strukturierung eine Vielzahl von Noppen aufweist, die insbesondere in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind. Derartige Noppen erzeugen zudem ein ansprechendes Erscheinungsbild an der Schweißfläche des Werkstücks.
  • Bevorzugt sind die Noppen kegelstumpfförmig ausgebildet, wobei ihr verjüngendes Ende in Richtung des Gegenwerkzeugs zeigt. Derartige Noppen können leicht in das Material des Werkstücks eindringen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Noppen einen rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, einen runden, insbesondere kreisrunden, oder einen polygonen Querschnitt aufweisen. Dabei kann vorteilhaft die komplette Arbeitsfläche strukturiert sein. Es spielt nun nahezu keine Rolle, wo das Werkstück auf dem Sonotrodentisch platziert wird. Die Positionierung des Werkstücks kann nunmehr vollständig von der Position und Anordnung des Gegenwerkzeugs bestimmt werden.
  • Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Strukturierung des Gegenwerkzeugs von einer Schneidkante flankiert ist. Das Werkstück kann somit in einem Arbeitsgang nicht nur mittels Ultraschall verschweißt sondern auch geschnitten, insbesondere beschnitten werden. Vorzugsweise werden Pouches (Getränkebeutel) hergestellt, indem zwei Kunststofffolien an wenigstens drei Seiten miteinander verschweißt werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
  • In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Sonotrodentisches;
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer Sonotrode;
  • 3 eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts III gemäß 2;
  • 4 eine perspektivische Ansicht eines schematisch dargestellten Gegenwerkzeugs;
  • 5 eine Draufsicht auf die auf dem Gegenwerkzeug montierten Leisten;
  • 6 eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts VI gemäß 5; und
  • 7 eine Draufsicht auf einen Pouch als Halbfertigprodukt.
  • Die 1 zeigt einen insgesamt mit 10 bezeichneten Sonotrodentisch, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel aus insgesamt acht Sonotroden 12 aufgebaut ist. Die Sonotroden 12 sind so angeordnet, dass deren Schweißflächen 14 in einer gemeinsamen Ebene liegen und die Arbeitsfläche 16 des Sonotrodentisches 10 bilden.
  • Die 2 zeigt einer der Sonotroden 12, wobei ein Ausschnitt der Schweißfläche 14 mit III bezeichnet ist. Dieser Ausschnitt III ist in 3 vergrößert dargestellt. Dort ist erkennbar, dass die Schweißfläche 14 eine Strukturierung 18 aufweist, die von einer Vielzahl von Noppen 20 gebildet wird. An Stelle der Noppen 20 können auch Vertiefungen oder allgemein Einsenkungen vorgesehen sein. Die Noppen können kegel- oder pyramidenstumpfförmig ausgestaltet sein und in einem regelmäßigen Raster liegen. Dabei kann das Raster parallel zu den Seitenkanten 22 und 24 der Sonotrode 12 ausgerichtet sein, das Raster kann aber auch unter einem von 0° verschiedenen Winkel zu diesen Seitenkanten 22 und 24 stehen.
  • Die 4 zeigt ein Gegenwerkzeug 26 mit einer Tragplatte 28 und darauf befestigten Leisen 30. Diese Leisten sind so angeordnet, dass sie die Schweißkontur bilden. Z. B. können mit diesen drei Leisten 30 die drei Seitenkanten 32 eines Werkstücks 40, nämlich eines Pouches 34 oder Schlauchbeutels (7) ultraschallgeschweißt werden, indem zwei Folien miteinander verschweißt werden.
  • Die Leisten 30 sind auf die Tragplatte 28 aufgeschraubt und besitzen eine Arbeitsfläche 36, die mit einer Strukturierung 18 versehen ist. Die 5 zeigt die im wesentlichen U-förmige Anordnung der Leisten 30 in der Draufsicht und die 6 den Ausschnitt VI in vergrößerter Darstellung. Die Strukturierung 18 der Arbeitsflächen 36 der Leisten 30 entspricht der Strukturierung 18 der Schweißflächen 14 der Sonotroden 12. In 6 ist noch erkennbar, dass die Arbeitsfläche 36 der Leiste 30 mit einer oder mehreren Schneidkanten 38 versehen ist, so dass der Pouch nicht nur geschweißt sondern auch gleichzeitig zugeschnitten werden kann.

Claims (8)

  1. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Werkstücks mit mehreren Ultraschallsonotroden (12), deren Schweißflächen (14) eine Arbeitsfläche (16) eines Sonotrodentisches (10) bilden, und einem Gegenwerkzeug (26), wobei das Werkstück zwischen dem Sonotrodentisch (10) und dem Gegenwerkzeug (26) bearbeitet wird, wobei die Arbeitsfläche (16) des Sonotrodentisches (10) eine Strukturierung (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenwerkzeug (26) mit einer Strukturierung (18) versehen ist, wobei das Gegenwerkzeug (26) von eine Strukturierung (18) aufweisenden, auswechselbaren Leisten (30) gebildet wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (18) von einer Gravur gebildet wird.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (18) eine Vielzahl von Noppen (20) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) kegel- oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet sind und ihr sich verjüngendes Ende in Richtung des Gegenwerkzeugs (26) zeigt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) einen rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, einen runden, insbesondere kreisrunden, oder einen polygonen Querschnitt aufweisen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Noppen (20) in einem regelmäßigen Raster angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die komplette Arbeitsfläche (16) strukturiert ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (18) des Gegenwerkzeugs (26) von einer Schneidkante (38) flankiert ist.
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