DE102011006930B4

DE102011006930B4 - Schweißvorrichtung

Info

Publication number: DE102011006930B4
Application number: DE102011006930.5A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Göttert; Werner Grass; Günther Kachel
Original assignee: Widmann Maschinen & Co KG GmbH
Current assignee: WIDMANN MASCHINEN GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2015-08-20
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: DE102011006930A1

Abstract

Schweißvorrichtung (10) gemäß der DE 10 2010 039 089 für mehrlagige Kunststofffolien, mit einer Ultraschall-Schweißsonotrode (18) und einem Gegenwerkzeug (22), wobei zwischen der Schweißsonotrode (18) und dem Gegenwerkzeug (22) ein Schweißblech (26) derart angeordnet ist, dass zwischen der Schweißsonotrode (18) und dem Schweißblech (26) wenigstens zwei Lagen der Kunststofffolie und zwischen dem Schweißblech (26) und dem Gegenwerkzeug (22) wenigstens zwei Lagen der Kunststofffolie angeordnet sind, wobei das Schweißblech (26) eine erhabene Strukturierung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißblech (26) zusätzlich mit einer Schneidkante (86) versehen ist, die derart am Schweißblech (26) vorgesehen ist, dass sie bei einem aus einer mehrlagigen Kunststofffolie bestehenden Beutel (32) in dessen Bodenbereich und an dessen Längskante (42, 44) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung gemäß der DE 10 2010 039 089 für aus mehrlagigen Kunststofffolien bestehenden Laminaten, mit einer Ultraschall-Schweißsonotrode und einem Gegenwerkzeug.
Schweißvorrichtungen sind in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen bekannt. Die DE 43 13 875 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Herstellen von Einsteckhüllen, bei welcher mehrere Sonotroden einen Sonotrodentisch bilden. Mit dieser Vorrichtung können zwei oder mehr Folien miteinander verschweißt werden. Eine Verschweißung des Bodenbereichs bei Steh- und Siegelrandbeutel, sogenannten Pouches, ist jedoch nicht möglich, da dort zwischen die beiden Seitenwandteile ein Boden eingelegt wird, der bogenförmig mit den Seitenwandteilen verschweißt wird. Hierfür schlägt die DE 103 26 320 A1 eine Vorrichtung mit zwei Sonotroden und einem Amboss vor. Der Boden wird flach auf den Amboss gelegt und die Seitenwandteile sind derart zwischen die Seitenflächen der beiden nebeneinander angeordneten Sonotroden platziert, dass sie die Sonotroden an deren Stirnseiten überragen und auf die Stirnflächen umgelegt werden können. Wird der Amboss den Stirnflächen der Sonotroden angenähert, dann kommt der Boden auf den umgelegten Abschnitten der Seitenwandteile zu liegen.
Aus der DE 103 56 431 A1 ist ein aus einem Laminat bestehender Beutel bekannt, der einen Boden besitzt, so dass er aufrecht stehen kann. Das Laminat weist an seiner Beutelinnenseite eine PP- oder PE-Folie und an seiner Beutelaußenseite eine PET-Folie auf. Dieser Boden wird dadurch erzeugt, dass der die Vorder- und Rückseite bildende Laminatzuschnitt in seinem Bodenbereich eingeschlagen wird und dann die Längsränder miteinander verschweißt werden. Da der Wärmeeintrag jedoch maximal so groß sein kann, dass die aus Polyethylen oder Polypropylen bestehende Schicht plastifiziert, erfolgt keine Verbindung der aneinanderliegenden Schichten aus PET, da diese Schichten einen wesentlich höheren Schmelzpunkt aufweisen. Der Boden besteht demnach lediglich aus zwei Bodenlappen, die nicht miteinander verbunden sind. Daher werden in einem vorausgehenden Arbeitsschritt in den eingeschlagenen Teil des Bodens im Bereich der Längsränder Ausstanzungen in Form von Lochern eingebracht, so dass durch die Ausstanzungen hindurch die beiden aus Polyethylen oder Polypropylen bestehenden Schichten der außeren Beutelflächen aneinander anliegen. Somit können durch die Ausstanzungen hindurch diese beiden Schichten aus Polyethylen oder Polypropylen miteinander verschweißt werden. Ein derartiger Beutel ist jedoch aufwändig herzustellen, da zusatzlich zum Schweißvorgang ein Stanzvorgang durchgeführt werden muss.
Aus der AT 501 464 A4 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Bleches mit einer Oberflächenstruktur bekannt geworden. Die Oberflächenstruktur weist unter anderem auch Schneidkanten auf, die regelmäßig über das Blech verteilt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung bereit zu stellen, mit welcher auf einfache Weise mehrlagige Kunststofffolien, und insbesondere der Bodenbereich eines Pouches, derart verschweißt werden können, dass er einen Standboden bildet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Schweißblech mit einer Schneidkante versehen ist, die derart am Schweißblech vorgesehen ist, dass sie bei einem aus einer mehrlagigen Kunststofffolie bestehenden Pouch in dessen Bodenbereich und an dessen Längskante liegt. Der Pouch wird somit in seinem Bodenbereich an den äußeren Längskanten geschnitten, so dass in einem anschließenden Schweißschritt plastifizierter Kunststoff durch die Schnittstellen hindurchtreten und der geschnittene Bereich miteinander verbunden werden kann. Die die Außenseite des Pouches bildenden Lagen werden miteinander verbunden und der Boden kann als Standboden ausgestülpt werden.
Das Schweißblech verhindert, dass alle Kunststofffolien miteinander verschweißt werden. Es werden immer nur die Lagen miteinander verschweißt, die direkt aneinander liegen. Vorteilhaft werden auch die Folienpakete miteinander verschweißt, die zwischen dem Schweißblech und dem z. B. als Amboss ausgestalteten Gegenwerkzeug liegen. Dabei kann das Gegenwerkzeug auch eine Schweißsonotrode sein, wenn von dieser Seite die Einleitung von Schweißenergie erforderlich sein sollte. Mittels der Schneidkante wird die den Boden bildende Kunststofffolie eingeschnitten und ein Durchbruch erzeugt, durch den erweichtes Kunststoffmaterial fließen kann. Vorteilhaft erfolgt dieser Schnitt zusammen mit dem ersten Schweißschritt. Es ist also kein zusätzlicher Stanzschritt erforderlich.
Werden mehrere Schweißbleche verwendet, dann weist gemäß jedes Schweißblech eine Schneidkante auf, wobei die Schneidkanten an den voneinander abgewandten Seiten der Schweißbleche angeordnet sind. Auf diese Weise können die Schweißbleche individuell gestaltet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass herkömmliche Bleche einseitig bearbeitet werden, so dass sie mit ihren unbearbeiteten Seiten aneinandergelegt werden können. Zwei Schweißbleche sind dann zu einem Schweißblechverbund derart miteinander verbunden, z. B. miteinander verschraubt, dass die Strukturen voneinander abgewandt sind.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen weist die Schneidkante eine oder mehrere punktförmige, linienförmige und/oder flächige Schneide oder Schneiden auf. Die Schnittkontur kann auf diese Weise individuell an gewünschte Formen angepasst werden. Außerdem wird auf diese Weise die Möglichkeit geschaffen, die Folien auch nur miteinander zu verheften, so dass die Verheftung auf Wunsch wieder aufgerissen werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schneidkante eine Höhe aufweist, die der Höhe der Strukturierung entspricht. Die Schneidkante wir durch die sie umgebende Strukturierung geschützt, so dass sie nicht von der gegenüber liegenden Sonotrode oder vom Amboss beschädigt werden kann. Es ist aber dennoch gewährleistet, dass die Folie vollständig durchtrennt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausfuhrungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Anspruchen erwahnten Merkmale jeweils einzeln fur sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen Steh- und Siegelrandbeutel;
3 eine perspektivische Darstellung eines Schweißbleches;
4 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV gemäß 3 in Draufsicht;
5 eine vergroßerte Wiedergabe des Ausschnitts V gemäß 4;
6 den Schnitt IV-IV gemäß 5;
7 eine Seitenansicht auf den Beutel; und
8 eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts VIII gemaß 7.
Die 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Schweißvorrichtung 10, wobei der Maschinentisch und Befestigungsvorrichtungen nicht dargestellt sind. Mit 12 ist eine Ultraschallvorrichtung bezeichnet, die einen Konverter 14 aufweist, welcher einen Ultraschallsonotroden 18 antreibt. Oberhalb der nach oben gerichteten Arbeitsfläche 20 der Ultraschallsonotrode 18 befindet sind ein Gegenwerkzeug 22, welches ebenfalls eine Arbeitsfläche 24 aufweist, die der Arbeitsfläche 20 zugewandt ist. Zwischen dem Gegenwerkzeug 22 und der Ultraschallsonotrode 18 befindet sich ein Schweißblech 26, welches in 3 im Detail dargestellt ist. Das Schweißblech 26 ist an einer Halterung 28 befestigt und besitzt sowohl zum Gegenwerkzeug 22 als auch zur Ultraschallsonotrode 18 einen Abstand. In dem Bereich, der zwischen den Arbeitsflächen 20 und 24 der Ultraschallsonotrode 18 als auch des Gegenwerkzeugs 22 liegt, weist das Schweißblech 26 eine Strukturierung 30 auf, die gegenüber der neben der Strukturierung 30 liegenden Oberfläche erhaben ist, d. h. in Richtung des Gegenwerkzeugs 22 und der Ultraschallsonotrode 18 vorsteht.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisiert einen Steh- und Siegelrandbeutel 32, der noch nicht befüllt ist. Ein derartiger Steh- und Siegelrandbeutel 32 wird mit der oben bezeichneten Schweißvorrichtung 10 hergestellt. Die Seitennaht 60 wird wie in DE 10 2009 043 144 A1 gezeigt, hergestellt. Den Steh- und Siegelrandbeutel 32 bilden zwei Seitenwände 34 und 36 sowie ein nach innen gefalteter Boden 38. Gegenuber dem Boden 38 begrenzen die beiden Seitenwände 34 und 36 eine Einfüllöffnung 40, die nach dem Befüllen des Steh- und Siegelrandbeutels 32 durch eine quer verlaufende Schweißnaht verschlossen wird, indem die beiden Seitenwande 34 und 36 dort miteinander verschweißt werden.
Der Steh- und Siegelrandbeutel 32 wird von zwei zueinander parallelen Längskanten 42 und 44 sowie Querkanten 46 und 48 begrenzt. Die Querkanten 48 bilden die Berandung der Einfüllöffnung 40, wahrend die Querkanten 46 am unteren Ende des Steh- und Siegelrandbeutels 32 verlaufen. Sie dienen gleichzeitig auch als Aufstellkanten, wenn der Steh- und Siegelrandbeutel 32 gefüllt ist und deswegen die beiden Seitenwande 34 und 36 im Bereich des Bodens 38 voneinander entfernt sind. Wie aus 2 zu ersehen ist, bildet der Boden 38 eine Bodenfalte 50, die in Richtung auf die Einfüllöffnung vorsteht und die sich im mittleren Bereich beim Befüllen mehr oder weniger strecken kann. An dem seitlichen Ende entsprechend den Längskanten 42 und 44 ist die Bodenfalte 50 fixiert.
Der Steh- und Siegelrandbeutel 32 setzt sich aus den Zuschnitten 52, 54 und 56 zusammen. Die Seitenwande 34 und 36 sowie Bodens 38 können auch einstückig aus einer Faltung gebildet werden. Die beiden Seitenwände 34 und 36 sind miteinander und mit dem Boden 38 über Schweißnähte 58 und 60 in einer weiter unten erläuterten Weise miteinander verbunden. Diese Schweißnähte 58 und 60 enden ein Stück weit oberhalb der unteren Querkante 46 ungefähr bei einer Linie 62, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Die Linie 62 entspricht der Lage des Scheitels der Bodenfalte 50, wenn diese geschlossen ist. Ab der Linie 62 sind nicht mehr die beiden Seitenwände 34 und 36 unmittelbar miteinander verschweißt, sondern jede Seitenwand 34 bzw. 36 ist für sich mittels einer eigenen Schweißnaht 64 mit dem Boden 38 verbunden.
Zusätzlich zu der seitlichen Verbindung mittels der Schweißnähte 64 ist der Boden 38 noch über zwei bogenförmig, bzw. gekrümmt verlaufende Schweißnähte 66 und 68 an die beiden Seitenwände 34 und 36 angeschweißt. Die Schweißnähte 66 und 68 münden unmittelbar in die Schweißnähte 58, 60, bzw. 64 ein. Dadurch ist der Innenraum, der uber die Einfüllöffnung 40 zugänglich ist hermetisch in allen Richtungen abgeschlossen.
Schließlich ist am fertigen Steh- und Siegelrandbeutel 32 noch der Boden 38 randseitig verschweißt. Die hierfür erforderlichen Schweißnähte stellen eine Verlangerung der Schweißnähte 58, 60 über die Linie 62 nach unten dar. Hier ist der Bodenzuschnitt 56 (oder eine Bodenfaltung) mit sich selbst verschweißt. Außerdem sind die Seitenwandzuschnitten 52 und 54 über jeweils eine Schweißnaht 70 und 72 entlang der Querkante 46 mit dem Bodenzuschnitt 56 verschweißt.
Um auf einfache Weise den Bodenzuschnitt 56 (oder eine Bodenfaltung) mit den Seitenwandzuschnitten 52 und 54 verschweißen, d. h. die Schweißnähte 64, 66, 68, 70 und 72 herstellen zu können, dient das Schweißblech 26, das im Detail in 3 dargestellt ist. Auf dessen Oberseite befindet sich die Strukturierung 30, die die Schweißlinien für die Schweißnahte 64, 66, 68, 70 und 72 vorgibt. Dabei werden zwei Schweißbleche 26 derart aneinander gelegt, dass sie mit ihren Strukturierungen 30 in Richtung der Ultraschallsonotrode 18 und des Gegenwerkzeugs 22 zeigen. Die Oberseiten ohne Strukturierung liegen also aneinander an. Mittels Schrauben 74 werden die beiden Schweißbleche 26 aneinander fixiert. Der Bodenzuschnitt 56 und die beiden Seitenwandzuschnitte 52 und 54 werden derat um den mit der Strukturierung 30 versehenen Bereich der beiden Schweißbleche 30 gelegt, dass sich zwischen dem einen Schweißblech 26 und dem Gegenwerkzeug 22 eine Hälfte des Bodenzuschnitts 56 und der eine Seitenwandzuschnitt 52, und sich zwischen dem anderen Schweißblech 30 und der Ultraschallsonotrode 18 die andere Hälfte des Bodenzuschnitts 56 und der andere Seitenwandzuschnitt 54 befinden. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform werden der Boden und die Seitenwände von einer einzigen Folie durch W-Faltung gebildet. Beim Schweißvorgang erzeugen die Abschnitte 76 und 78 die Schweißnähte 64, und die Abschnitte 80 und 82 die Schweißnähte 66 und 70 bzw. 68 und 72. Die Kante 84 liegt dabei in etwa in der Höhe der Linie 62. Anschließend werden in einer anderen, nicht dargestellten Vorrichtung die Schweißnähte 58 und 60 erzeugt.
An Stelle des aus zwei Schweißblechen 26 bestehenden Schweißblechpakets kann auch ein einziges Schweißblech verwendet werden, welches auf beiden Seiten eine Strukturierung 30 aufweist.
In der 4 wird der Ausschnitt IV des Schweißbleches 26 in vergrößerter Ansicht wiedergegeben und die Strukturierung 30 ist deutlich erkennbar. In den Abschnitten 76 und 78 befindet sich jeweils Schneidkante 86, die im Ausschnitt V, der in 5 dargestellt ist, deutlich erkennbar ist. In die aus kegelstumpfförmigen Noppen 88 aufgebaute Strukturierung 30 ist die linienförmige Schneidkante 86 eingebettet, wobei deren Verlauf orthogonal zur Langsrichtung des Abschnitts 78 und somit orthogonal zur Längskante 42 (1) des Beutels 32 ausgerichtet ist. Außerdem erstreckt sich die Schneidkante 86 über die gesamte Breite B des Abschnitts 78. Aus der 6, welche den Schnitt IV-IV gemäß 5 zeigt, ist erkennbar, dass die Hohe H der Schneidkante 86 der Hohe H der Noppen 88 oder der Strukturierung 30 entspricht. An Stelle einer linienförmigen Schneide 90 kann die Schneidkante 86 auch ein oder mehrere punktförmige und/oder flächige Schneiden oder mehrere linienförmige Schneiden aufweisen. Es muss nur sichergestellt sein, dass die Folie des Bodens 38 durchtrennt wird.
In der 7 ist der Beutel 32 in Seitenansicht dargestellt. Der Bodenbereich wird vom unteren Ende gebildet und ist in der 8, die eine vergrößerte Wiedergabe des Ausschnitts VIII gemäß 7 zeigt, dargestellt. Dabei besteht das Laminat aus einer äußeren Kunststofffolie 92 z. B. aus PET. Die innere Folie 94 besteht z. B. aus PE oder PP und weist einen niedrigeren Schmelzpunkt als die außere Folie 92 auf. Zwischen den beiden Folien 92 und 94 befindet sich eine Barriereschicht 98 z. B. aus Al, AlOx, EVOH (Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerharze) oder SiOx. Mittels der Schneidkanten 86 werden zwei Kanäle 96 (übertrieben groß dargestellt) hergestellt, über welche das erweichte Material der inneren Folie 94 der einen Seitenwand 34 mit dem Material der inneren Folie 94 der anderen Seitenwand 36 verschmolzen werden kann.
Nachdem mittels der Schneidkante 86 die Kunststofffolie oder das Laminat des Bodens 38 lokal durchtrennt wurde, kann in einem darauffolgenden Arbeitsschritt entweder die gesamte Schweißnaht 64 oder nur lokal der durchtrennte Bereich geschweißt werden. Das Kunststoffmaterial der innenliegenden Folie der einen Seitenwand 34 wird dabei durch die Trennstellen im Boden 32 hindurchgepresst und verbindet sich mit dem Kunststoffmaterial der innenliegenden Folie der anderen Seitenwand 36. Der Boden 38 ist im Bereich der Längskanten 42 und 44 zusammengeschweißt.

Claims

Schweißvorrichtung (10) gemäß der DE 10 2010 039 089 für mehrlagige Kunststofffolien, mit einer Ultraschall-Schweißsonotrode (18) und einem Gegenwerkzeug (22), wobei zwischen der Schweißsonotrode (18) und dem Gegenwerkzeug (22) ein Schweißblech (26) derart angeordnet ist, dass zwischen der Schweißsonotrode (18) und dem Schweißblech (26) wenigstens zwei Lagen der Kunststofffolie und zwischen dem Schweißblech (26) und dem Gegenwerkzeug (22) wenigstens zwei Lagen der Kunststofffolie angeordnet sind, wobei das Schweißblech (26) eine erhabene Strukturierung (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißblech (26) zusätzlich mit einer Schneidkante (86) versehen ist, die derart am Schweißblech (26) vorgesehen ist, dass sie bei einem aus einer mehrlagigen Kunststofffolie bestehenden Beutel (32) in dessen Bodenbereich und an dessen Längskante (42, 44) liegt.
Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verwendung mehrerer Schweißbleche (26) jedes Schweißblech (26) eine Schneidkante (86) aufweist und die Schneidkanten (86) an den voneinander abgewandten Seiten der Schweißbleche (26) angeordnet sind.
Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (86) eine oder mehrere punktförmige, linienförmige und/oder flächige Schneide (90) oder Schneiden aufweist.
Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (86) eine Höhe (H) aufweist, die geringer ist, insbesondere um 10% bis 80% geringer ist, als die Höhe (H) der Strukturierung (30).
Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (86) eine Höhe aufweist, die der Dicke der mehrlagigen Kunststofffolie entspricht oder maximal 5% bis 50% größer ist.
Schweißvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (86) eine Höhe (H) aufweist, die der Höhe (H) der Strukturierung (30) entspricht oder bis zu 10 höher liegt.
Schweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkante (86) eine Breite aufweist, die der Breite der Strukturierung (30) entspricht.