DE102010043895A1

DE102010043895A1 - Vorrichtung zum Bearbeiten von oder Erzeugen von Brechlinien bei flächigen Produkten

Info

Publication number: DE102010043895A1
Application number: DE201010043895
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Rohrer; Dr. Lautz Carsten; Hans Peter
Original assignee: Pantec AG
Current assignee: Pantec AG
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-11-15
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: DE102010043895B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von flächigen Produkten mit einem Bearbeitungswerkzeug, welches zwischen sich und einem Gegenwerkzeug das Produkt bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug von einer Ultraschallsonotrode getragen wird und dass das Bearbeitungswerkzeug zusammen mit der Ultraschallsonotrode die Bearbeitungsbewegung ausführt, wobei die Bearbeitungsbewegung ein teilweises Durchtrennen des flächigen Produkts ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von oder Erzeugen von Brechlinien bei flächigen Produkten mit einem Bearbeitungswerkzeug, welches zwischen sich und einem Gegenwerkzeug das Produkt bearbeitet.
Z. B. in der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie bestehen die Verpackungen oftmals aus Laminaten. Diese müssen bei der Herstellung der Behältnisse in die gewünschte Form gebracht werden, wofür sie unter anderem auch bearbeitet, insbesondere getrennt werden müssen. Dieses Bearbeiten sollte zur Schonung der Werkzeuge und der Werkstücke verschleißarm erfolgen. Ein typischer Folienverbund setzt sich aus einer Bodenfolie, die z. B. aus Polyamid (PA), Polyester (PES), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC) bestehen kann, und einer eingebundenen Sperrschicht gegen die Penetration von Sauerstoff, Wasser, Fetten und UV-Strahlung zusammen. Eine derartige Sperrschicht kann z. B. Ethylenvinylalkohol (EVOH), ein Thermoplast oder auch eine Aluminiumfolie sein. Üblicherweise ist der Folienverbund auch noch mit einer Deckfolie versehen, die z. B. aus PET, PP, oder einem Verbund, z. B. mit Aluminiumfolie, bestehen kann. Weitere Materialien sind Aluminium, Papierlaminat, Papier, Karton und sogar Textilbahnen.
Ein Verfahren zum Verschweißen von Bechern ist aus der DE 103 59 036 B4 bekannt. Die DE 36 03 627 A1 und die DE 201 14 860 U1 zeigen ein Verfahren zum Einarbeiten von Öffnungen in Behälter. Die DE 10 2008 016 916 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Schneiden von Werkstücken. Die DE 295 03 122 U1 offenbart eine Sonotrode.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, dass mit dem Bearbeitungsvorgang das Produkt eine vorteilhafte Eigenschaft erhält, wobei der Bearbeitungsvorgang verschleißfreier oder kraftreduziert durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Bearbeitungswerkzeug von einer Ultraschallsonotrode getragen wird und dass das Bearbeitungswerkzeug zusammen mit der Ultraschallsonotrode die Bearbeitungsbewegung ausführt, wobei die Bearbeitungsbewegung ein teilweises Durchtrennen des flächigen Produkts ist.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die primäre Schnittbewegung des Bearbeitungswerkzeugs, z. B. des Stempels oder Messers, mit einer weiteren Bewegung ergänzt. Diese weitere Bewegung wird von der Ultraschallsonotrode erzeugt, an welcher das Bearbeitungswerkzeug befestigt ist. Auf diese Weise können die Produkte, auch Laminate mit höherem Deformationsvermögen prozesssicher geschnitten oder gestanzt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt dies mit reduzierten Kräften. Der wesentliche Vorteil besteht darin, dass das flächige Produkt in dem Bereich, in welchem es bearbeitet wurde, zusätzlich versprödet wird. Das flächige Produkt, welches z. B. eine hochflexible Folie ist, kann dann an der bearbeiteten Stelle einfach durchgetrennt werden, indem es verformt, z. B. abgeknickt wird. Bei Folien, welche auf herkömmlicher Weise bearbeitet werden, verformt sich die bearbeitete Stelle mit und bricht nicht durch, das die, wenn auch geschwächte Stelle nach wie vor flexibel und elastisch ist. Eine derartige Sollbruchstelle bricht nicht oder nur schwer durch. Eine bevorzugte Anwendung findet die Erfindung bei Knickverpackungen, z. B. für Joghurt mit Zerealien oder bei hochflexiblen, biegeschlaffen Folien, wie Klarsichtfolien.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ultraschallsonotrode eine Konvertersonotrode ist. Es wird also bewusst auf den Booster und die eigentliche Sonotrode verzichtet, so das die Ultraschallbewegung direkt vom Konverter abgegriffen wird. Hierdurch wird eine sehr kleine Bauhöhe für die Bearbeitungsvorrichtung geschaffen. Auf Opferfolien kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verzichtet werden.
Als vorteilhafte Bearbeitungsbewegung des Bearbeitungswerkzeugs wird eine lineare Bewegung angesehen. Die Ultraschallsonotrode führt eine oszillierende Bewegung aus, deren Richtung parallel zur Bearbeitungsbewegung verläuft und dieser überlagert ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt demnach mit der Konvertersonotrode in Verbindung mit dem Hauptantrieb, beispielsweise eines linearen Spindelantriebs, eine lineare Hauptbewegung überlagert mit einer linearen oszillierenden Sekundärbewegung in Schnittrichtung mittels Ultraschall aus. Dabei werden Schwingungsamplituden im Bereich von 5 μm bis 20 μm erzeugt und auf die Schnittkante übertragen.
Die Oberflächenschwingungen an der Schnittkante dienen der Erweichung des Laminates in der Schnittzone und helfen ein Verspannen des Materials vordem Einsetzen des Trennrisses zu vermeiden. Ein gelegentliches Heraustrennen von Materialpartikeln aus dem Laminat nach adhäsivem Anbinden am Schnittwerkzeug (Fadenbildung), was beim konventionellen Schneiden oftmals der Fall ist, kann damit unterbunden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus 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 einen Längsschnitt durch eine Trennvorrichtung in geöffnetem Zustand; und
2 einen Längsschnitt durch die Trennvorrichtung in geschlossenem Zustand (Scherschnitt).
Der in der Zeichnung dargestellte Längsschnitt zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Bearbeitungsvorrichtung mit einem Gegenwerkzeug 12 (Matrize), welches an einem Werkzeughalter 14 befestigt ist und mittels eines Schlittens 16 vertikal verfahrbar ist. Dem Gegenwerkzeug 12 liegt ein Bearbeitungswerkzeug 18 gegenüber, das von einem Niederhalter 20 umgeben ist. Das Bearbeitungswerkzeug 18 wird beim in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel von einer Konvertersonotrode 22 gebildet. Die an der Unterseite eine Schneide 24 aufweist. Die Schneide 24 weist mit Abstand zueinander liegende Schneidabschnitte auf, mit welchen ein Perforationsschnitt herstellbar ist. Die Abmessungen der Schneidabschnitte sind derart gewählt, dass diese mit einem Spaltabstand von wenigen 1/100 mm in die im Gegenwerkzeug 12 vorgesehene Schneidkontur 26 einfahren kann, was in der 2 dargestellt ist. Dabei wird der Hubbewegung des Schlittens 16 die Ultraschallbewegung der Konvertersonotrode 22 überlagert. Das Material des zu bearbeitenden Produktes (nicht dargestellt) wird dadurch erweicht, wodurch der Schneidprozess wesentlich unterstützt wird. Außerdem werden die Schneidränder verrundet. Zwischen den Schneidabschnitten verbleiben am zu bearbeitenden Produkt Stege.
Es besteht auch die Möglichkeit das Bearbeitungswerkzeug 18 eine durchgehende Scheide 24 besitzt, mit der das flächige Produkt aber nur über einen Teil der Dicke durchtrennt wird. Bei beiden Varianten wird das flächige Produkt im Bereich der Bearbeitung versprödet, so dass die Bearbeitungsstelle anschließend leicht durch Verformung aufgebrochen werden kann.
Die Ausgestaltung der Ultraschallsonotrode als Konvertersonotrode 22 hat den wesentlichen Vorteil, dass die Bauhöhe sehr klein gehalten werden kann. Diese beträgt in etwa der Bauhöhe des Werkzeughalters 14.
Das Gegenwerkzeug 12 kann auch mit geschlossener Oberfläche ausgeführt sein, so dass das Bearbeitungswerkzeug 18 einen Quetschschnitt ausführt. Dabei endet die Zustellbewegung des Schlittens 16 bevor das Gegenwerkzeug 12 die Konvertersonotrode 22 berührt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10359036 B4 [0003]
DE 3603627 A1 [0003]
DE 20114860 U1 [0003]
DE 102008016916 A1 [0003]
DE 29503122 U1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Bearbeiten von oder Erzeugen von Brechlinien bei flächigen Produkten mit einem Bearbeitungswerkzeug (18), welches zwischen sich und einem Gegenwerkzeug (12) das Produkt bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (18) von einer Ultraschallsonotrode (22) getragen wird und dass das Bearbeitungswerkzeug (18) zusammen mit der Ultraschallsonotrode (22) die Bearbeitungsbewegung ausführt, wobei die Bearbeitungsbewegung ein teilweises Durchtrennen des flächigen Produkts ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Perforieren und/oder Anstanzen der flächigen Produkte dient.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsonotrode (22) eine Konvertersonotrode ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsbewegung des Bearbeitungswerkzeugs (18) eine lineare Bewegung ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallsonotrode (22) eine oszillierende Bewegung ausführt, deren Richtung parallel zur Bearbeitungsbewegung verläuft und dieser überlagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende Bewegung der Ultraschallsonotrode (22) einen Hub von 5 μm bis 20 μm aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftreduktion von bis zu 20% erzielt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (18) eine Perforationsmesser ist, mit dem das flächige Produkt streckenweise durchtrennt wird und zwischen den Trennstellen Stege verbleiben.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (18) die Stege in ihrer Höhe reduziert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bearbeitungswerkzeug (18) eine Schneide aufweist und das flächige Produkt in seiner Höhe reduziert.