DE102021118046A1

DE102021118046A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines gerafften Materials

Info

Publication number: DE102021118046A1
Application number: DE102021118046.5A
Authority: DE
Inventors: Raquel Roussel-Garcia; Robin Bode; Timo Zink
Original assignee: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Herrmann Ultraschalltechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: CN117642278A; CN117858794A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials, wobei das Material aus mindestens zwei Materialbahnabschnitten und zumindest einem Faden, der zwischen den Materialbahnabschnitten positioniert ist, besteht, wobei die Vorrichtung ein Werkzeug mit einer Siegelfläche und ein Gegenwerkzeug mit einer Gegensiegelfläche aufweist, wobei das Werkzeug und das Gegenwerkzeug in einer Bearbeitungsposition derart zueinander angeordnet sind, dass zur Herstellung des gerafften oder raffbaren Materials in einem Betrieb der Vorrichtung die Materialbahnabschnitte und der Faden durch einen von der Siegelfläche und der Gegensiegelfläche gebildeten Spalt in einer Vorschubrichtung hindurchgeführt werden, wobei das Werkzeug und/oder das Gegenwerkzeug mindestens eine Rille zur zumindest teilweisen Aufnahme des zumindest einen Fadens aufweist, wobei die Rille in der Vorschubrichtung orientiert ist, wobei die Rille die Siegelfläche bzw. die Gegensiegelfläche in Teilsiegelflächen unterteilt, wobei die Rille einen Rillengrund sowie zwei sich an den Rillengrund anschließende Seitenwände aufweist, und wobei die Seitenwände den Rillengrund mit den Teilsiegelflächen verbinden. Um eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials bereitzustellen, mit welchem die oben genannten Nachteile verhindert oder reduziert werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest eine der Teilsiegelflächen in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung mindestens eine zu dem Rillengrund hin abfallende Flanke aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials.
Das geraffte oder raffbare Material besteht aus mindestens zwei Materialbahnabschnitten und zumindest einem Faden, der zwischen den Materialbahnabschnitten positioniert ist. Die beiden Materialbahnabschnitte werden durch die Vorrichtung bzw. gemäß dem Verfahren an zumindest zwei Verbindungsflächen miteinander verbunden. Dabei ist der Faden zwischen den Materialbahnabschnitten und zwischen den beiden Verbindungsflächen angeordnet, sodass der Faden zwischen den Materialbahnabschnitten derart fixiert ist, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen Faden und Materialbahnabschnitten in einer ersten und einer zweiten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ausgerichtet ist, vorliegt.
Die beiden Materialbahnabschnitte können durch zwei Materialbahnen, die über die Verbindungsflächen verbunden sind, verwirklicht werden. Es ist aber auch möglich, eine Materialbahn so zu falten, dass ein erster Materialbahnabschnitt der Materialbahn gegenüberliegend zu einem zweiten Materialbahnabschnitt der gleichen Materialbahn zum Liegen kommt und der Faden zwischen dem ersten und dem zweiten Materialbahnabschnitt angeordnet ist.
Die Vorrichtung weist weiterhin ein Werkzeug mit einer Siegelfläche und ein Gegenwerkzeug mit einer Gegensiegelfläche auf, wobei das Werkzeug und das Gegenwerkzeug in einer Bearbeitungsposition derart zueinander angeordnet sind, dass zur Herstellung des gerafften oder raffbaren Materials in einem Betrieb der Vorrichtung die Materialbahnabschnitte und der Faden durch einen von der Siegelfläche und der Gegensiegelfläche gebildeten Spalt in einer Vorschubrichtung hindurchgeführt werden.
Weiterhin weist das Werkzeug und/oder das Gegenwerkzeug mindestens eine Rille zur zumindest teilweisen Aufnahme des zumindest einen Fadens auf, wobei die Rille in der Vorschubrichtung orientiert ist und die Siegelfläche bzw. die Gegensiegelfläche in Teilsiegelflächen unterteilt. Zudem weist die Rille einen Rillengrund sowie zwei sich an den Rillengrund anschließende Seitenwände auf, wobei die Seitenwände den Rillengrund mit den Teilsiegelflächen verbinden.
Entsprechende Vorrichtungen bzw. Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei dem Werkzeug kann es sich beispielsweise um eine Sonotrode einer Ultraschallbearbeitungsvorrichtung oder um eine Walze handeln, die thermisch erhitzt wird. Im Folgenden erfolgt die Beschreibung anhand eines Ultraschallbearbeitungsverfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann jedoch auch für andere Verfahren ohne Ultraschall zum Einsatz kommen.
Um ein Material mit Ultraschall zu bearbeiten, wird das Werkzeug, d.h. die Sonotrode der Vorrichtung in eine Ultraschallschwingung versetzt. Dadurch kommt es zu einer örtlich begrenzten Erwärmung des Materials, das in dem Spalt zwischen der Siegelfläche und der Gegensiegelfläche angeordnet ist. Die örtlich begrenzte Erwärmung führt wiederum dazu, dass die unterschiedlichen Materiallagen, die in dem Spalt angeordnet sind, miteinander verschmelzen und somit eine feste Verbindung eingehen, die zerstörungsfrei nicht gelöst werden kann. Im Gegensatz zu der Ultraschallbearbeitung, bei welcher die Erwärmung im einem örtlich begrenzten Bereich entsteht, erfolgt bei einer Walze, die thermisch erhitzt wird, eine flächige Erwärmung des Materials. Das sonstige Wirkprinzip ist jedoch ähnlich.
Um ein raffbares bzw. gerafftes Material herzustellen, ist es erforderlich, Materialien mit unterschiedlicher Elastizität miteinander in dem Bearbeitungsvorgang zu verbinden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise ein Faden zwischen den zwei Materialbahnabschnitten angeordnet, der deutlich elastischer ist, als die Materialbahnabschnitte selbst. Während dem Bearbeitungsvorgang wird der Faden gespannt und durch das Verschmelzen der Materialbahnabschnitte zwischen diesen zumindest in zwei Raumrichtungen eingeklemmt.
Dazu wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nur der Bereich der Materialbahnabschnitte miteinander verschweißt, in dem kein Faden angeordnet ist. Mit anderen Worten werden nur die Materialbahnabschnitte miteinander verschweißt, nicht aber der Faden.
Wird nun das bearbeitete Material aus der Vorrichtung entnommen und der Faden entspannt, kommt es beispielsweise aufgrund der Reibungskräfte zwischen dem Faden und den Materialbahnabschnitten zu einer Raffung des Materials. Alternativ kann das Material auch in einem anschließen Arbeitsschritt gerafft und der Faden entsprechend gekürzt werden.
Typischerweise kommt bei solchen Bearbeitungsvorgängen nicht nur ein Faden zum Einsatz, sondern es wird eine Vielzahl von Fäden zwischen den Materialbahnabschnitten angeordnet. Typische Anwendungen für solche gerafften oder raffbaren Materialien finden sich beispielsweise bei Hygieneartikeln wie Windeln.
Um die Fäden richtig in den Materialbahnabschnitten zu positionieren, ist aus dem Stand der Technik bekannt, die Fäden in Rillen, die an der Siegelfläche oder der Gegensiegelfläche oder an beiden angeordnet sind, zu führen. Dabei kann es jedoch vorkommen, dass einzelne Fäden zwischen den Rillen wechseln. Hierbei kann es vorkommen, dass einzelne Fäden im Bereich einer Teilsiegelfläche, d.h. in keiner der Rillen, verbleiben und es zu einem ungewollten Verschweißen der Fäden mit den Materialbahnabschnitten kommt, wodurch die Raffeigenschaften des herzustellenden Materials beeinträchtigt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials bereitzustellen, mit welchem die oben genannten Nachteile verhindert oder reduziert werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei zumindest eine der Teilsiegelflächen in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung mindestens eine zu dem Rillengrund hin abfallende Flanke aufweist. Mit anderen Worten wird der Übergang zwischen den Teilsiegelflächen und der Rille so gestaltet, dass keine scharfen Kanten mehr vorhanden sind, die ein Wechseln der Fäden zwischen den Rillen erschweren oder die Fäden beschädigen könnten.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist jede der Teilsiegelflächen in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung eine und vorzugsweise zwei zu dem Rillengrund hin abfallende Flanken auf. In diesem Fall weist die Siegelfläche bzw. die Gegensiegelfläche keinerlei scharfe Kanten mehr auf.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Teilsiegelflächen zwischen den Rillen wird einerseits eine Beschädigung des Fadens und damit die Wahrscheinlichkeit eines Fadenabrisses reduziert und andererseits ermöglicht, dass Fäden leichter in den einzelnen Rillen positioniert werden können. Da die Fäden über die Flanke leichter in die Rillen hineinrutschen, kommt es seltener vor, dass ein Faden im Bereich der Teilsiegelflächen positioniert ist und die Gefahr eines ungewolltes Verschweißen der Fäden wird reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Flanke in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung mit einem Radius R_F konvex gekrümmt, wobei vorzugsweise der Radius R_F zwischen 0,01 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,2 mm liegt.
Die Ausgestaltung der Flanke als konvexe Krümmung bietet den Vorteil, dass zwischen der Teilsiegelfläche und der Seitenwand der Rille keinerlei Kanten mehr vorhanden sind, sondern die Teilsiegelfläche in einer gleichmäßigen Krümmung in die Seitenwand der Rille übergeht. Hierdurch wird eine Beschädigung des Fadens besonders wirksam verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Rillengrund konkav gekrümmt, wobei vorzugsweise der konkav gekrümmte Rillengrund direkt an die konvex gekrümmte Flanke der Teilsiegelfläche anschließt.
Unter dem Begriff konvex wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass eine gerade Strecke zwischen zwei beliebig wählbaren Punkten der konvex gekrümmten Fläche vollständig innerhalb des Werkzeug- oder Gegenwerkzeugkörpers verläuft. Der Begriff konkav bedeutet hingegen, dass eine gerade Strecke zwischen zwei beliebig wählbaren Punkten der Fläche komplett außerhalb des Körpers verläuft.
Die konkave Krümmung des Rillengrundes und insbesondere der unmittelbare Übergang des konkav gekrümmten Rillengrundes in die konvex gekrümmte Flanke bietet den Vorteil, dass die Rille der erfindungsgemäßen Vorrichtung überhaupt keine Ecken und Kanten mehr aufweist, in denen sich Fasern des zu bearbeitenden Materials ansammeln könnten. Somit wird ein Verstopfen der Rillen, womit eine unzureichende Fadenführung einhergeht, verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Rillengrund in einer Schnittansicht senkrecht zur Vorschubrichtung mit einem Radius R_G konkav gekrümmt, wobei vorzugsweise 5 R_F > R_G > 0,5 R_F und besonders bevorzugt 2,5R_F > R_G > 0,8R_F ist. Die Wahl des Krümmungsradius R_G des Rillengrundes im Verhältnis zu dem Krümmungsradius R_F der Flanke erfolgt dabei derart, dass die Teilsiegelflächen eine ausreichende Breite haben, d.h. nicht spitz zulaufen. Dadurch wird die Abnutzung der Teilsiegelflächen reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Rille auf der Siegelfläche des Werkzeuges angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass das Gegenwerkzeug mit einer glatten Gegensiegelfläche ausgestattet werden kann, wodurch das Gegenwerkzeug sehr kostengünstig hergestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Gegenwerkzeug zylinderförmig und um eine erste Zylinderachse drehbar, wobei das Gegenwerkzeug eine Mantelfläche aufweist, auf welcher die Gegensiegelfläche angeordnet ist, wobei die erste Zylinderachse derart orientiert ist, dass die Vorschubrichtung tangential zu der Mantelfläche verläuft. Die Wahl eines zylinderförmigen Gegenwerkzeuges bietet den Vorteil, dass das zu verarbeitende Material über das Gegenwerkzeug in der Vorschubrichtung bewegt werden kann, indem es über das Gegenwerkzeug abrollt. Scharfe Kanten, die das zu bearbeitende Material beschädigen könnten, werden so vermieden. Zudem werden durch den reduzierten Abrieb weniger Fasern produziert, die sich auf den Werkzeugteilen ablagern und damit zu einer reduzierten Standzeit der Vorrichtung führen könnten.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Siegelfläche des Werkzeuges in Vorschubrichtung im Wesentlichen eben ausgebildet. Dadurch kann die Kraft, die durch das Werkzeug auf das zu bearbeitende Materialsystem aufgebracht wird, gleichmäßig verteilt werden.
Je nach Materialführung kann es jedoch von Vorteil sein, wenn die Siegelfläche in einer Schnittansicht parallel zu der Vorschubrichtung zumindest in einer Zuführrichtung, aus welcher das Material zugeführt wird, eine abgerundete Kante aufweist, sodass das zu bearbeitende Material, das an dem Werkzeug in den Spalt läuft, ebenfalls nicht durch scharfe Kanten des Werkzeuges beschädigt wird. Das Abreißen von Fäden wird hierdurch minimiert, wodurch auch weniger Faserablagerungen in den Rillen entstehen.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Rille vollständig über eine Ausdehnung der Siegelfläche und/oder der Gegensiegelfläche in Vorschubrichtung. Dies ist notwendig, damit der Faden besonders stabil über die gesamte Bearbeitungsbreite der erfindungsgemäßen Vorrichtung geführt wird und es an keiner Stelle zu einer unbeabsichtigten Bearbeitung des Fadens durch die Bearbeitungsvorrichtung kommt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Werkzeug zylinderförmig, wobei das Werkzeug um eine zweite Zylinderachse drehbar ist und eine Mantelfläche aufweist, auf welcher die Siegelfläche angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zumindest eine Rille die Mantelfläche des Werkzeuges kreisförmig umläuft. Genauso wie bei dem zylinderförmigen Gegenwerkzeug bietet ein zylinderförmiges Werkzeug den Vorteil, dass Materialbeschädigungen verhindert werden und das Material über das Werkzeug abrollen kann.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Siegelfläche und/oder die Gegensiegelfläche eine Mehrzahl von in Vorschubrichtung orientierten Rillen zur zumindest teilweisen Aufnahme des zumindest einen Fadens auf, wobei vorzugsweise die Rillen einen Abstand zwischen 0,1 mm und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,4 und 2,5 mm haben. Der Abstand zwischen zwei Rillen ist dabei von der Mitte einer Rille zu der Mitte der unmittelbar benachbarten Rille definiert.
Durch mehrere Rillen in der Siegelfläche des Werkzeuges bzw. der Gegensiegelflächen können mehrere Fäden gleichzeitig zwischen den Materialbahnen angeordnet werden, wodurch sich die Raffeigenschaften eines Materials verbessern lassen. Zudem kann auf diese Weise eine gleichmäßige Raffung über die gewünschte Materialbreite erzeugt werden. Die Stärke der Raffung wird unteranderem durch die Anzahl der Fäden bestimmt, die durch ihre Rückstellkraft in den ungespannten Zustand eine Kraft auf die Materialbahnabschnitte ausüben.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehrere Rillen in Rillenpaketen zusammenfasst, wobei vorzugsweise die Rillen eines Rillenpaketes einen Abstand zwischen 0,1 und 1 mm aufweisen, wobei die Rillenpakete vorzugsweise zueinander eine Abstand zwischen 5 und 300 mm aufweisen. Analog zu dem Abstand der Rillen untereinander definiert sich der Abstand der Rillenpakete von der Mitte eines Rillenpaketes zu der Mitte des benachbarten Rillenpaketes.
In einer weiteren Ausführungsform hat die zumindest eine Rille eine Tiefe zwischen 0,05 mm und 0,8 mm. Bei dieser Tiefe können Fäden ausreichend genau geführt werden und gleichzeitig sind die Rillen aus fertigungstechnischer Sicht vergleichsweise einfach herzustellen. Tiefere Rillen könnten zu einer Instabilität des Werkzeuges führen, insbesondere wenn der Abstand zwischen den Rillen gering ist, sodass nur schmale Teilsiegelflächen verbleiben, die jedoch vergleichsweise weit entfernt von den Rillengrund angeordnet sind. Sind sowohl Rillengrund als auch die Flanke gekrümmt, bestimmt sich die Tiefe der Rille vorzugsweise aus der Summe des Krümmungsradius R_F der Flanke und des Krümmungsradius R_G des Rillengrundes.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Teilsiegelflächen in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung mit einem Krümmungsradius R_T konvex gekrümmt, wobei vorzugsweise die Teilsiegelflächen in die Flanken übergehen und am besten R_F = R_T ist. Mit anderen Worten bietet die Teilsiegelfläche eine konvexe Krümmung, die vorzugsweise einen Krümmungsradius hat, der dem Krümmungsradius der Flanken entspricht. Die Teilsiegelflächen weisen damit keine ebene Fläche mehr auf, sondern sind an jedem Punkt gekrümmt. Auf diese Weise erfolgt nur eine linienförmige Verschweißung der Materialbahnen in Vorschubrichtung. Eine unerwünschte Bearbeitung des Fadens wird hierdurch besonders wirksam vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei dem Werkzeug um eine Sonotrode einer Ultraschallbearbeitungsvorrichtung oder um ein Werkzeug, welches thermisch erhitzt werden kann. Sowohl Ultraschallbearbeitungsverfahren als auch thermische Bearbeitungsverfahren sind gut geeignet, um verschiedene Lagen thermoplastischer Materialien nicht-lösbar miteinander zu verbinden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Bereitstellen von mindestens zwei Materialbahnabschnitten und zumindest einem Faden, der zwischen den Materialbahnabschnitten angeordnet ist,
b) Bereitstellen einer Vorrichtung nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen,
c) Durchführen der mindestens zwei Materialbahnabschnitte und des zumindest einen Fadens durch den Spalt zwischen der Siegelfläche des Werkzeuges und der Gegensiegelfläche in Vorschubrichtung, wobei der Faden durch die mindestens eine Rille der Siegelfläche oder des Gegenwerkzeuges geführt wird, während das Werkzeug aktiviert wird.

Somit werden die beiden Materialbahnabschnitte an zumindest zwei Verbindungsflächen miteinander verschweißt, wobei der Faden derart zwischen den beiden Verbindungsflächen angeordnet ist, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Faden und den Materialbahnabschnitten in einer ersten und einer zweiten Richtung vorliegt, wobei die beiden Richtungen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Mit anderen Worten kann der Faden nur noch in Vorschubrichtung relativ zu den Materialbahnabschnitten bewegt werden, sodass eine Raffung des Materials erzielt werden.
Aktivierung des Werkzeuges bedeutet beispielsweise im Falle einer Sonotrode, dass diese mit Ultraschallschwingung angeregt wird. Im Falle einer thermisch erhitzten Walze könnte Aktivierung auch die Zustellbewegung des Werkzeuges bedeuten.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Querschnitt des Fadens während der Bearbeitung so gewählt, dass während Schritt c) nicht nur die beiden Materialbahnabschnitte miteinander verschweißt werden, sondern auch ein äußerer Abschnitt des Fadens mit den Materialbahnabschnitten verschweißt wird, sodass der Faden zwischen den beiden Materialbahnabschnitten eingeklemmt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist der Faden nicht mehr frei beweglich zwischen den Materialbahnabschnitten angeordnet, sondern wird auch in Vorschubrichtung an den Materialbahnabschnitten fixiert. Auf diese Weise kann die Position des Fadens in den Materialbahnabschnitten besonders genau festgelegt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Elastizität der miteinander verbundenen Materialien und dem Spannen des Fadens während dem Verschweißen, kommt es dennoch zu einer Raffung des Materials. Die mit diesem Verfahren erzeugten Produkte weisen eine hohe Genauigkeit und reproduzierbare Qualität auf, da die Fäden zuverlässig an einer festgelegten Position zwischen den Materialbahnabschnitten angeordnet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden anhand der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren deutlich.

1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2a zeigt schematisch die Anordnung des Fadens zwischen den Materialbahnen nach erfolgter Schweißung bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
2b zeigt schematisch die Anordnung des Fadens gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Rillen 3 zur Aufnahme des Fadens 13 in der Sonotrodensiegelfläche 2 einer Sonotrode 1 angeordnet. Die Rillen 3 verlaufen in Vorschubrichtung, die sich in der in 1 gezeigten Schnittansicht in die Blattebene hinein erstreckt. Zudem unterteilen die Rillen 3 die Sonotrodensiegelfläche 2 in mehrere Teilsiegelflächen 7.
Die Rillen 3 weisen einen Rillengrund 4 sowie zwei sich an den Rillengrund anschließende Seitenwände 5, 6 auf, wobei die Seitenwände 5, 6 den Rillengrund 4 mit den Teilsiegelflächen 7 verbinden.
Die Teilsiegelflächen 7 weisen in der in 1 gezeigten Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung jeweils zwei zu dem Rillengrund 4 hin abfallende Flanken 8 auf.
Die abfallenden Flanken 8 sind dabei mit einem Radius R_F konvex gekrümmt, sodass die gesamte Teilsiegelfläche 7 mit einem Radius R_T = R_F konvex gekrümmt ist. Weiterhin ist auch der Rillengrund 4 mit einem Radius R_G konkav gekrümmt und schließt direkt an die konvex gekrümmten Flanken der Teilsiegelflächen 7 an. Der Radius R_T der gekrümmten Teilsiegelfläche 7 entspricht dabei dem Radius R_G des konkav gekrümmten Rillengrundes 4 und beträgt 0,1 mm.
Die Rillen weisen zudem eine Breite B von 0,22 mm auf, wobei die Breite zwischen den beiden Übergangspunkten des konkav gekrümmten Rillengrundes 4 und der konvex gekrümmten Flanke 8 gemessen wird.
Zudem haben die Rillen 3 eine Tiefe T von 0,21 mm. Die Tiefe T der Rillen 3 definiert sich zwischen dem tiefsten Punkt des Rillengrundes 4 und dem höchsten Punkt der Teilsiegelfläche 7. Der Abstand A zwischen zwei Rillen beträgt 0,42 mm, wobei der Abstand A jeweils an dem tiefsten Punkt des Rillengrundes 4 gemessen wird.
Zur Herstellung eines raffbaren oder gerafften Materials 10 werden zwischen die Sonotrodensiegelfläche 2 der Sonotrode 1 und der Gegensiegelfläche eines Gegenwerkzeuges (nicht gezeigt) zwei Materialbahnen 11, 12 angeordnet, zwischen denen ein Faden 13 angeordnet ist. Der Faden 13 wird dabei so geführt, dass er innerhalb der Rillen 3 verläuft. Eine Ultraschallbearbeitung der Materialbahnabschnitte 11, 12 tritt nur im Bereich der Teilsiegelflächen 7 auf.
Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und auch in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Durchmesser des Fadens 13 in einem Zustand, in dem der Faden gespannt ist, so gewählt, dass dieser kleiner einer Tiefe der Rille 3 ist. Dadurch kommt es zu keiner Bearbeitung des Fadens 13 durch die Sonotrode 1.
Das Ergebnis eines solchen Verfahrens mit aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, d.h. mit Vorrichtungen deren Rillen scharfe Kanten aufweisen, ist in 2a dargestellt. Der Faden 13 ist in einem Hohlraum zwischen den Materialbahnabschnitten 11, 12 des Materials 10 eingeklemmt, kann sich jedoch in Vorschubrichtung relativ zu den Materialbahnabschnitten 11, 12 bewegen. Der untere Materialbahnabschnitt 12 hat dabei die Form der Rillen, die auf der Sonotrode oder dem Gegenwerkzeug oder auf beidem angeordnet sein können.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Querschnitt des Fadens 13 so gewählt, dass dieser größer als eine Tiefe der Rille 3 ist. Das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2b dargestellt. Durch die Wahl des größeren Querschnitts des Fadens 13 kommt es zu einer Verschweißung des Fadens 13 im Bereich der Teilsiegelfläche 7. Dadurch wird der Faden 13 ebenfalls an den Materialbahnabschnitten 11, 12 befestigt und kann nicht mehr in Vorschubrichtung bewegt werden.
Auf diese Weise kann ein gerafftes oder raffbares Material erzeugt werden, deren Fäden immer an der gleichen Position angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Sonotrode
2: Sonotrodensiegelfläche
3: Rille
4: Rillengrund
5, 6: Seitenwände
7: Teilsiegelfläche
8: Flanke
10: gerafftes oder raffbares Material
11, 12: Materialbahnabschnitte
13: Faden

Claims

Vorrichtung zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials (10), wobei das Material (10) aus mindestens zwei Materialbahnabschnitten (11,12) und zumindest einem Faden (13), der zwischen den Materialbahnabschnitten (11,12) positioniert ist, besteht, wobei die Vorrichtung ein Werkzeug (1) mit einer Siegelfläche (2) und ein Gegenwerkzeug mit einer Gegensiegelfläche aufweist, wobei das Werkzeug (1) und das Gegenwerkzeug in einer Bearbeitungsposition derart zueinander angeordnet sind, dass zur Herstellung des gerafften oder raffbaren Materials in einem Betrieb der Vorrichtung die Materialbahnabschnitte (11,12) und der Faden (13) durch einen von der Siegelfläche (2) und der Gegensiegelfläche gebildeten Spalt in einer Vorschubrichtung hindurchgeführt werden, wobei das Werkzeug (1) und/oder das Gegenwerkzeug mindestens eine Rille (3) zur zumindest teilweisen Aufnahme des zumindest einen Fadens (13) aufweist, wobei die Rille (3) in der Vorschubrichtung orientiert ist, wobei die Rille (3) die Siegelfläche (2) bzw. die Gegensiegelfläche in Teilsiegelflächen (7) unterteilt, wobei die Rille (3) einen Rillengrund (4) sowie zwei sich an den Rillengrund anschließende Seitenwände (5,6) aufweist, und wobei die Seitenwände (5,6) den Rillengrund (4) mit den Teilsiegelflächen (7) verbinden , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilsiegelflächen (7) in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung mindestens eine zu dem Rillengrund (4) hin abfallende Flanke (8) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Teilsiegelflächen (7) in einer Schnittansicht senkrecht zu der Vorschubrichtung eine, vorzugsweise zwei, zu dem Rillengrund (4) hin abfallende Flanken (8) aufweist
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanke (8) in einer Schnittansicht senkrecht zur Vorschubrichtung mit einem Radius R_F konvex gekrümmt ist, wobei vorzugsweise der Radius R_F zwischen 0,01 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,2 mm liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rillengrund (4) konkav gekrümmt ist, wobei vorzugsweise der konkav gekrümmte Rillengrund (4) direkt an die vorzugsweise konvex gekrümmte Flanke (8) der Teilsiegelfläche (7) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rillengrund (4) in einer Schnittansicht senkrecht zur Vorschubrichtung mit einem Radius R_G konkav gekrümmt ist, wobei vorzugsweise 5R_F > R_G > 0,5R_F und besonders bevorzugt 2,5R_F > R_G > 0,8R_F ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Rille (3) auf der Siegelfläche (2) des Werkzeuges (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gegenwerkzeug zylinderförmig und um eine erste Zylinderachse drehbar ist, wobei das Gegenwerkzeug eine Mantelfläche aufweist, auf welcher die Gegensiegelfläche angeordnet ist, wobei die erste Zylinderachse derart orientiert ist, dass die Vorschubrichtung tangential zu der Mantelfläche verläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siegelfläche (2) im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Rille (3) vollständig über eine Ausdehnung der Siegelfläche (2) des Werkzeuges (1) und/oder der Gegensiegelfläche in Vorschubrichtung erstreckt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug (1) zylinderförmig ist, wobei das Werkzeug (1) um eine zweite Zylinderachse drehbar ist und eine Mantelfläche aufweist, auf welcher die Siegelfläche (2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die zumindest eine Rille (3) die Mantelfläche des Werkzeuges (1) kreisförmig umläuft.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Siegelfläche (2) und/oder die Gegensiegelfläche eine Mehrzahl von in Vorschubrichtung orientierten Rillen (3) zur zumindest teilweisen Aufnahme des zumindest einen Fadens (13) aufweist, wobei vorzugsweise die Rillen (3) einen Abstand zwischen 0,1 und 10 mm und besonders bevorzugt zwischen 0,4 und 2,5 mm haben.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mehrere Rillen (3) in Rillenpaketen zusammengefasst sind, wobei die Rillen (3) eines Rillenpaketes vorzugsweise einen Abstand zwischen 0,1 und 10 mm aufweisen, wobei die Rillenpakete vorzugsweise zueinander einen Abstand zwischen 5 und 300 mm aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Rille (3) eine Tiefe zwischen 0,05 mm und 0,8 mm hat.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Teilsiegelflächen (7) in einer Schnittansicht senkrecht zur Vorschubrichtung mit einem Krümmungsradius R_T konvex gekrümmt sind, wobei vorzugsweise R_F = R_T ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Werkzeug (1) um eine Sonotrode einer Ultraschallbearbeitungsvorrichtung oder um ein Werkzeug handelt, welches thermisch erhitzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines gerafften oder raffbaren Materials (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Bereitstellen von mindestens zwei Materialbahnabschnitten (11,12) und zumindest einem Faden (13), der zwischen den Materialbahnabschnitten (11,12) angeordnet ist, b. Bereitstellen einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, c. Durchführen der mindestens zwei Materialbahnabschnitte (11,12) und des zumindest einen Fadens (13) durch den Spalt zwischen der Siegelfläche (2) des Werkzeuges (1) und der Gegensiegelfläche in Vorschubrichtung, wobei der Faden (13) durch die mindestens eine Rille (3) der Siegelfläche (2) und/oder des Gegenwerkzeuges geführt wird, während das Werkzeug (1) aktiviert wird, sodass die beiden Materialbahnabschnitte (11,12) an zumindest zwei Verbindungsflächen miteinander verschweißt werden, wobei der Faden (13) derart zwischen den beiden Verbindungsflächen angeordnet ist, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Faden (13) und den Materialbahnabschnitten (11,12) in einer ersten und einer zweiten Richtung vorliegt, wobei die beiden Richtungen senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Querschnitt des Fadens (13) während der Bearbeitung so gewählt wird, dass während Schritt c. nicht nur die beiden Materialbahnabschnitte (11,12) miteinander verschweißt werden, sondern auch ein äußerer Abschnitt des Fadens (13) mit den Materialbahnabschnitten (11,12) verschweißt wird, sodass der Faden (13) zwischen den beiden Materialbahnabschnitten (11,12) eingeklemmt wird.