DE102022118728A1

DE102022118728A1 - Device for selective welding of material webs, method for producing packaging and packaging

Info

Publication number: DE102022118728A1
Application number: DE102022118728.4A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: SONOTRONIC Nagel GmbH
Current assignee: SONOTRONIC Nagel GmbH
Priority date: 2022-07-26
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2024-02-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von Materialbahnen bei einem Fördern der Materialbahnen entlang einer Vorschubrichtung mittels akustischer Leistung, mit einer akustischen Anregeeinrichtung und einer Gegenhalteeinrichtung, wobei der Anregeeinrichtung zumindest eine Wirkeinrichtung, insbesondere eine Sonotrode, zum Aussenden der mittels der akustischen Anregeeinrichtung erzeugten akustischen Leistung zugeordnet ist, die Wirkeinrichtung um eine Drehachse drehbar angeordnet und mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff bringbar ist und die Materialbahnen zwischen der mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff befindlichen Wirkeinrichtung durch Einbringen der akustischen Leistung in die Materialbahnen entlang einer Schweißstrecke verschweißbar sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verpackung sowie eine Verpackung.The invention relates to a device for selective welding of material webs when conveying the material webs along a feed direction by means of acoustic power, with an acoustic excitation device and a counter-holding device, the excitation device having at least one active device, in particular a sonotrode, for emitting the acoustic signals generated by the acoustic excitation device Power is assigned, the active device is arranged rotatably about an axis of rotation and can be brought into engagement with the counter-holding device and the material webs between the active device engaged with the counter-holding device can be welded along a welding path by introducing the acoustic power into the material webs. The invention further relates to a method for producing packaging and packaging.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von Materialbahnen bei einem Fördern der Materialbahnen entlang einer Vorschubrichtung mittels akustischer Leistung, mit einer akustischen Anregeeinrichtung und einer Gegenhalteeinrichtung, wobei der Anregeeinrichtung zumindest eine Wirkeinrichtung, insbesondere eine Sonotrode, zum Aussenden der mittels der akustischen Anregeeinrichtung erzeugten akustischen Leistung zugeordnet ist, die Wirkeinrichtung um eine Drehachse drehbar angeordnet und mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff bringbar ist und die Materialbahnen zwischen der mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff befindlichen Wirkeinrichtung durch Einbringen der akustischen Leistung in die Materialbahnen entlang einer Schweißstrecke verschweißbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Verpackung mittels einer solchen Vorrichtung sowie eine Verpackung, welche mit einem solchen Verfahren hergestellt ist.The invention relates to a device for selective welding of material webs when conveying the material webs along a feed direction by means of acoustic power, with an acoustic excitation device and a counter-holding device, the excitation device having at least one active device, in particular a sonotrode, for emitting the acoustic signals generated by the acoustic excitation device Power is assigned, the active device is arranged rotatably about an axis of rotation and can be brought into engagement with the counter-holding device and the material webs between the active device engaged with the counter-holding device can be welded along a welding path by introducing the acoustic power into the material webs. The invention further relates to a method for producing packaging using such a device and to packaging which is produced using such a method.

Bekannte Vorrichtungen zum Verschweißen von Materialbahnen sind häufig als intermittierende Vorrichtungen mit einzelnen Sonotroden ausgebildet. Damit ist eine aufwendige Technik notwendig, um den intermittierenden Betrieb gegenüber der Materialbahn sicherzustellen. Hierzu kommen beispielsweise Pneumatikzylinder für ein Anheben und Absenken von Sonotroden zum Einsatz. Alternativ kann eine sogenannte Roll-Sonotrode, also eine Schweißvorrichtung mit ringförmiger Wirkeinrichtung, ebenfalls intermittierend auf Materialbahnen abgesenkt werden. Dies ist auch aufwendig, zumal hier häufig eine Drehrichtung und eine Vorschubrichtung nicht parallel zueinander angeordnet werden müssten.Known devices for welding material webs are often designed as intermittent devices with individual sonotrodes. This requires complex technology to ensure intermittent operation compared to the material web. For example, pneumatic cylinders are used to raise and lower sonotrodes. Alternatively, a so-called rolling sonotrode, i.e. a welding device with an annular active device, can also be lowered intermittently onto material webs. This is also complex, especially since a direction of rotation and a direction of advance often do not have to be arranged parallel to one another.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen von Materialbahnen bei einem Fördern der Materialbahnen entlang einer Vorschubrichtung mittels akustischer Leistung, mit einer akustischer Anregeeinrichtung und einer Gegenhalteeinrichtung, wobei der Anregeeinrichtung zumindest eine Wirkeinrichtung, insbesondere eine Sonotrode, zum Aussenden der mittels der akustischen Anregeeinrichtung erzeugten akustischen Leistung zugeordnet ist, die Wirkeinrichtung um eine Drehachse drehbar angeordnet und mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff bringbar ist und die Materialbahnen zwischen der mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff befindlichen Wirkeinrichtung durch Einbringen der akustischen Leistung in die Materialbahnen entlang einer Schweißstrecke verschweißbar sind, wobei eine an einem ersten Radius gegenüber der Drehachse angeordnete erste Wirkfläche der Wirkeinrichtung einen ersten Wirkumfang eines Gesamtumfangs überdeckt, einen ersten Freiumfang des Gesamtumfangs freihält, also nicht überdeckt, und beim Fördern der Materialbahnen entlang der Vorschubrichtung mittels eines Drehens der Wirkeinrichtung um die Drehachse mit der Gegenhalteeinrichtung zum Erzeugen eines ersten Schweißpunkts entlang der Schweißstrecke punktuell in Eingriff bringbar ist.The task is solved by a device for selective welding of material webs when conveying the material webs along a feed direction by means of acoustic power, with an acoustic excitation device and a counter-holding device, the excitation device having at least one active device, in particular a sonotrode, for emitting the by means of the acoustic excitation device generated acoustic power is assigned, the active device is arranged rotatably about an axis of rotation and can be brought into engagement with the counter-holding device and the material webs between the active device engaged with the counter-holding device can be welded along a welding path by introducing the acoustic power into the material webs, with one a first effective surface of the active device arranged at a first radius opposite the axis of rotation covers a first effective circumference of a total circumference, keeps a first free circumference of the total circumference free, i.e. not covered, and when conveying the material webs along the feed direction by rotating the active device about the axis of rotation with the counter-holding device for generating a first welding point can be brought into selective engagement along the welding path.

Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es, mit wenig Materialeinsatz, einer zweckmäßig geometrisch ausgestalteten Wirkeinrichtung mit einer ersten Wirkfläche und entsprechend punktuellem Energieeintrag, bei einer drehbar aufgenommenen Wirkeinrichtung einen entsprechenden ersten Schweißpunkt zu erzeugen.Such a device makes it possible to produce a corresponding first welding point with a rotatably mounted active device using little material, an expediently geometrically designed active device with a first effective surface and corresponding point energy input.

Kerngedanke der Erfindung ist es hierbei, eine Wirkfläche oder jeweilige Wirkflächen geometrisch abgesetzt von, insbesondere hervorstehend gegenüber der Wirkeinrichtung auszubilden und damit eine Kontaktfläche oder einzelne Kontaktflächen gegenüber den Materialbahnen bei einer jeweiligen Rotation bereitzustellen, um damit jeweilige Schweißpunkte zu erzeugen.The core idea of the invention is to design an active surface or respective active surfaces geometrically offset from, in particular protruding from, the active device and thus to provide a contact surface or individual contact surfaces relative to the material webs during a respective rotation in order to thereby produce respective welding points.

Eine „Vorrichtung zum punktuellen Verschweißen“ ist eine technische Einrichtung, welche dazu geeignet ist, ein Verschweißen, also ein thermisches Anschmelzen oder Aufschmelzen von Werkstoff, durchzuführen, um in der Folge mittels eines Stoffschlusses bei einem anschließenden Erkalten des entsprechenden Werkstoffs eine Verbindung im Werkstoff, beispielsweise zwischen zwei Materialbahnen, herzustellen. Im Kontext der vorliegenden Erfindung erfolgt dabei insbesondere ein Verschweißen von „Materialbahnen“, also von flächigen Gebilden aus einem schmelzbaren oder thermisch erweichbaren Werkstoff, und zwar „punktuell“, also an voneinander geometrisch differenzierbaren Schweißpunkten, die jeweils sowohl punktartig als auch linienartig oder anders geformt sein können. Insbesondere handelt es sich bei den Materialbahnen dabei um folienartige, insbesondere aus einem Kunststoff gebildete, flächige Gebilde, von denen mehrere miteinander verschweißt werden. Diese können beispielsweise Folien, beispielsweise für Verpackungen, sein. Beispielsweise werden dabei mittels des punktuellen Verschweißens einzelne Verpackungsgrößen voneinander abgegrenzt.A “device for spot welding” is a technical device that is suitable for carrying out welding, i.e. thermal melting or melting of material, in order to subsequently create a connection in the material by means of a material connection when the corresponding material cools down. for example between two material webs. In the context of the present invention, in particular, “material webs”, i.e. flat structures made of a meltable or thermally softenable material, are welded “pointwise”, i.e. at welding points that can be geometrically differentiated from one another, which are each shaped both point-like and line-like or differently could be. In particular, the material webs are film-like, flat structures, in particular made of a plastic, several of which are welded together. These can be films, for example for packaging. For example, individual packaging sizes are differentiated from one another by means of selective welding.

„Akustische Leistung" bezeichnet dabei insbesondere Leistung, welche mittels sogenanntem „Ultraschall“ ausgesandt wird, also eine hochfrequente, beispielsweise elektrisch erzeugte, akustische Leistung, welche insbesondere als Körperschall in die Materialbahnen eingeleitet wird, um dann mittels einer Molekülbewegung im Werkstoff der Materialbahnen ein Erwärmen und/oder Erhitzen der Materialbahnen an einer entsprechenden Stelle zu erreichen. Solcher Ultraschall bezeichnet dabei hochfrequenten Schall, also Druckschwankungen in der Umgebungsluft oder in einem Material, insbesondere mit Frequenzen oberhalb eines Hörbereichs eines Menschen. Beispielsweise sind dabei Frequenzen ab 20 kHz bis etwa 10 GHz bezeichnet, wobei angepasst an ein Schwingungsverhalten eines jeweiligen zu verschweißenden Werkstoffs ein bestimmtes Frequenzband oder eine bestimmte Frequenz ausgewählt sein kann. Diese Frequenz kann beispielsweise 20kHz, 30kHz, 35kHz oder auch 40kHz betragen, wobei technisch Bedingte Abweichungen hier inkludiert sind. Solche akustische Leistung wird dabei von einer „Anregeeinrichtung“ erzeugt und/oder weitergeleitet, wobei die Anregeeinrichtung beispielsweise einen akustischen Erreger aufweist, also beispielsweise einen Ultraschallerzeuger.“Acoustic power” refers in particular to power that is emitted by means of so-called “ultrasound”, i.e. a high-frequency, for example electrically generated, acoustic power, which is introduced into the material webs in particular as structure-borne sound, in order to then be heated by means of a molecular movement in the material of the material webs and/or heating the mate rialbahnen can be reached at an appropriate location. Such ultrasound refers to high-frequency sound, i.e. pressure fluctuations in the ambient air or in a material, in particular with frequencies above a human's hearing range. For example, frequencies from 20 kHz to approximately 10 GHz are referred to, whereby a specific frequency band or a specific frequency can be selected adapted to the vibration behavior of a respective material to be welded. This frequency can be, for example, 20kHz, 30kHz, 35kHz or even 40kHz, although technical deviations are included here. Such acoustic power is generated and/or transmitted by an “excitation device”, the excitation device having, for example, an acoustic exciter, for example an ultrasound generator.

Eine „Wirkeinrichtung“, welche mit der Anregeeinrichtung verbunden oder der Anregeeinrichtung zugeordnet ist, stellt dabei ein Bauteil dar, welches zum Transport der akustischen Leistung, beispielsweise mittels Körperschall, in Richtung der Materialbahnen eingerichtet ist. Diese Wirkeinrichtung wird häufig auch als „Sonotrode“ bezeichnet.An “acting device”, which is connected to the excitation device or assigned to the excitation device, represents a component which is set up to transport the acoustic power, for example by means of structure-borne noise, in the direction of the material webs. This active device is often referred to as a “sonotrode”.

Eine „Gegenhalteeinrichtung“, welche auch als „Amboss“ bezeichnet wird, dient dabei einem Gegenhalten der Materialbahnen, insbesondere entgegen der Wirkeinrichtung, sodass die Materialbahnen zwischen Wirkeinrichtung und Gegenhalteeinrichtung eingefasst oder eingespannt sind. Das Verschweißen erfolgt dabei derart, dass mittels der akustischen Leistung ein Erweichen und/oder Aufschmelzen der Materialbahnen erfolgt und eine entsprechende Pressung sodann das stoffschlüssige Verbinden der Materialbahnen vollführt. Ein anschließendes Erkalten führt dann zur entsprechenden Festigkeit eines solchen Schweißpunktes.A “counter-holding device”, which is also referred to as an “anvil”, serves to counter-hold the material webs, in particular against the knitting device, so that the material webs are enclosed or clamped between the knitting device and the counter-holding device. The welding is carried out in such a way that the acoustic power softens and/or melts the material webs and a corresponding pressure then carries out the material connection of the material webs. Subsequent cooling then leads to the corresponding strength of such a welding point.

Die Wirkeinrichtung weist zumindest eine „Wirkfläche“ auf, welche als Kontaktfläche direkt mit der Materialbahn oder den Materialbahnen in Kontakt ist. Ein im Bereich der Wirkfläche dann entstehender „Schweißpunkt“ beschreibt die Stelle, an der entsprechende Materialbahnen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Hierbei ist kein mathematisch exakter Punkt bezeichnet, sondern beispielsweise eine begrenzte Fläche auf den Materialbahnen, welche im Gesamtkontext beispielsweise einer mittels mehreren Schweißpunkten verbundenen Verpackung klein erscheint, also punktförmig. Demgegenüber werden die Schweißpunkte entlang einer „Schweißstrecke“ aufgebracht, wobei diese Schweißstrecke eine Strecke entlang einer globalen „Vorschubrichtung“ bezeichnet, entlang der die Materialbahnen für einen kontinuierlichen oder teilweise kontinuierlichen Prozess bewegt werden.The active device has at least one “active surface” which, as a contact surface, is in direct contact with the material web or webs. A “welding point” that then arises in the area of the effective surface describes the point at which the corresponding material webs are materially connected to one another. This does not refer to a mathematically exact point, but rather, for example, to a limited area on the material webs, which appears small in the overall context of, for example, packaging connected by several welding points, i.e. point-shaped. In contrast, the weld spots are applied along a “weld path,” whereby this weld path refers to a path along a global “feed direction” along which the material webs are moved for a continuous or partially continuous process.

Eine „Drehachse“ beschreibt in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Welle und/oder ein Lager, um die die Wirkeinrichtung drehbar, also rotatorisch beweglich, angeordnet ist, sodass beispielsweise eine jeweilige an einem jeweiligen Radius gegenüber der Drehachse angeordnete jeweilige Wirkfläche wiederkehrend nach einer vollständigen Drehung der Wirkeinrichtung um die Drehachse mit den Materialbahnen in Kontakt gebracht werden kann. Ein „Fördern“ der Materialbahnen entlang einer Vorschubrichtung beschreibt dabei das Vorgehen, welches beispielsweise bei einem Fließprozess zum Herstellen von weiderholt gleichen Verpackungen aus Materialbahnen vorgenommen wird, also ein laterales Verlagern der Materialbahnen. Hierbei ist es unerheblich, ob in der konkreten Ausgestaltung die Materialbahnen bewegt werden und die Wirkeinrichtung lokal angeordnet ist und/oder ob ein umgekehrtes oder kombiniertes Bewegen realisiert ist.In this context, an “axis of rotation” describes, for example, a shaft and/or a bearing around which the active device is arranged to be rotatable, i.e. rotatably movable, so that, for example, a respective active surface arranged at a respective radius relative to the axis of rotation recurs after a complete rotation of the Active device can be brought into contact with the material webs about the axis of rotation. “Conveying” the material webs along a feed direction describes the procedure that is carried out, for example, in a flow process for producing repeated identical packaging from material webs, i.e. a lateral displacement of the material webs. It is irrelevant here whether in the specific embodiment the material webs are moved and the active device is arranged locally and/or whether reverse or combined movement is implemented.

Um wiederkehrende Schweißpunkte, nämlich einen zweiten Schweißpunkt, einen dritten Schweißpunkt, einen vierten Schweißpunkt und/oder einen weiteren Schweißpunkt entlang der Schweißstrecke erzeugen zu können, überdeckt eine an einem zweiten Radius gegenüber der Drehachse angeordnete zweite Wirkfläche, eine an einem dritten Radius gegenüber der Drehachse angeordnete dritte Wirkfläche, eine an einem vierten Radius gegenüber der Drehachse angeordnete vierte Wirkfläche und/oder eine an einem weiteren Radius gegenüber der Drehachse angeordnete weitere Wirkfläche der Wirkeinrichtung einen zweiten Wirkumfang, einen dritten Wirkumfang, einen vierten Wirkumfang und/oder einen anderen Wirkumfang des Gesamtumfangs und überdeckt einen jeweiligen Freiumfang des Gesamtumfangs freihält, also nicht überdeckt, und ist beim Fördern der Materialbahnen entlang der Vorschubrichtung mittels eines Drehens der Wirkeinrichtung um die Drehachse mit der Gegenhalteeinrichtung zum Erzeugen eines zweiten Schweißpunktes, eines dritten Schweißpunktes, eines vierten Schweißpunktes und/oder eines weiteren Schweißpunktes entlang der Schweißstrecke punktuell in Eingriff bringbar.In order to be able to produce recurring welding points, namely a second welding point, a third welding point, a fourth welding point and/or a further welding point along the welding section, a second active surface arranged at a second radius relative to the axis of rotation covers one at a third radius relative to the axis of rotation arranged third effective surface, a fourth effective surface arranged at a fourth radius relative to the axis of rotation and / or a further active surface of the active device arranged at a further radius relative to the axis of rotation, a second effective scope, a third effective scope, a fourth effective scope and / or another effective scope of the total circumference and covers a respective free circumference of the overall circumference, i.e. not covered, and is when conveying the material webs along the feed direction by rotating the active device about the axis of rotation with the counter-holding device to produce a second welding point, a third welding point, a fourth welding point and / or a Another welding point can be brought into selective engagement along the welding path.

In einer Ausführungsform sind die zweite Wirkfläche, die dritte Wirkfläche, die vierte Wirkfläche und/oder die weitere Wirkfläche derart angeordnet, dass jeweilige Freiumfänge gleich oder wiederholt gleich eingerichtet sind, sodass die jeweiligen Schweißpunkte auf den Materialbahnen in einem gleichen oder in einem wiederholt gleichen Abstand entlang der Schweißstrecke erzeugbar sind.In one embodiment, the second active surface, the third active surface, the fourth active surface and / or the further active surface are arranged such that respective free circumferences are set up the same or repeatedly the same, so that the respective welding points on the material webs are at the same or repeatedly the same distance can be generated along the welding path.

„Gleich“ beschreibt hierbei keine exakt mathematische Gleichheit, sondern eine im technischen Sinne gleich ausgestaltete Bemaßung, beispielsweise mit einer Abweichung von einigen Zehntelmillimetern. „Wiederholt gleich“ beschreibt dabei eine entsprechende Wiederholung von gleichen Mustern, beispielsweise ein Wiederholen von einem Abstand zweier Wirkflächen mit einem dazwischenliegenden Freiumfang sowie eine Wiederholung dieser zwei Wirkflächen in einem wiederkehrenden Muster um einen Gesamtumfang.“Equal” does not describe exact mathematical equality, but rather a dimension that is designed in the same way in a technical sense, for example with a deviation of a few tens tel millimeters. “Repeated the same” describes a corresponding repetition of the same patterns, for example a repetition of a distance between two active surfaces with a free circumference in between and a repetition of these two active surfaces in a recurring pattern around a total circumference.

Um mittels der Vorrichtung eine gestufte Pressung oder unterschiedliche Pressung auf die Materialbahnen zum Erzeugen von entsprechend unterschiedlich gepressten Schweißpunkten zu ermöglichen, sind der erste Radius, der zweite Radius, der dritte Radius, der vierte Radius und/oder der weitere Radius gleich und/oder unterschiedlich ausgebildet, wobei insbesondere beim Eingriff der jeweiligen Wirkfläche mit der Gegenhalteeinrichtung mittels eines gleichen jeweiligen Radius eine gleiche Pressung auf die Materialbahnen und mittels eines unterschiedlichen jeweiligen Radius eine unterschiedliche Pressung auf die Materialbahnen ausübbar ist.In order to enable a stepped pressing or different pressing on the material webs by means of the device to produce correspondingly differently pressed welding points, the first radius, the second radius, the third radius, the fourth radius and/or the further radius are the same and/or different designed, in particular when the respective active surface engages with the counter-holding device, the same pressure can be exerted on the material webs by means of the same respective radius, and a different pressure can be exerted on the material webs by means of a different respective radius.

Sind entsprechende Radien gleich gewählt, so können beispielsweise bestimmte Wirkflächen so ausgestaltet werden, dass eine gleiche Pressung gegenüber der Gegenhalteeinrichtung eingestellt ist und die Materialbahnen damit während des Verschweißens auch gleich verpresst werden. Eine unterschiedliche Pressung führt dabei beispielsweise bei einer Schweißverbindung mit weniger Pressung zu einem sanfteren Eingriff und weniger Beschädigungen von beispielsweise mehrlagigen Materialbahnen.If the corresponding radii are chosen to be the same, certain effective surfaces can, for example, be designed in such a way that the same pressure is set relative to the counter-holding device and the material webs are therefore also pressed equally during welding. A different pressure, for example in a welded connection with less pressure, leads to a gentler engagement and less damage to, for example, multi-layer material webs.

In einer Ausführungsform weist die Wirkeinrichtung eine die jeweilige Wirkfläche aufweisende jeweilige Wirkeinheit auf und die jeweilige Wirkeinheit oder die jeweiligen Wirkeinheiten ist oder sind stabförmig, insbesondere stabförmig ausgehend von der Anregeeinrichtung, ausgebildet.In one embodiment, the active device has a respective active unit having the respective active surface and the respective active unit or the respective active units is or are rod-shaped, in particular rod-shaped starting from the excitation device.

Damit können, beispielsweise rotationssymmetrisch um die Wirkeinrichtung angeordnet, entsprechende Wirkeinheiten, also insbesondere einzelne Sonotroden, vorgesehen werden. „Stabförmig“ beschreibt hierbei eine Ausdehnung, deren Länge deutlich größer ist als ein entsprechender Querschnitt, beispielsweise fünfmal den Querschnitt oder zehnmal den Querschnitt abbildet. Solche stabförmigen Wirkeinheiten können dabei auch auf entsprechende Anregungsfrequenzen der Anregeeinrichtung abgestimmt sein, beispielsweise durch Einstellen einer Länge, welche im Wesentlichen einer halben Wellenlänge der Anregungsfrequenz entspricht.This means that corresponding active units, in particular individual sonotrodes, can be provided, for example arranged rotationally symmetrically around the active device. “Rod-shaped” describes an extension whose length is significantly larger than a corresponding cross-section, for example five times the cross-section or ten times the cross-section. Such rod-shaped active units can also be tuned to corresponding excitation frequencies of the excitation device, for example by setting a length which essentially corresponds to half a wavelength of the excitation frequency.

Um die Wirkeinrichtung mit einem zentralen Anregungselement betreiben zu können und den Aufbau der Gesamtanordnung zu vereinfachen, weist die Anregeeinrichtung einen um die Drehachse drehbar aufgenommenen Anregekörper auf und die Wirkeinrichtung, insbesondere die jeweilige Wirkeinheit oder die jeweiligen Wirkeinheiten, sind radial gegenüber der Drehachse am Anregekörper mechanisch aufgenommen. Dabei ist ein akustischer Erreger der Anregeeinrichtung dem Anregekörper im Wesentlichen axial entlang der Drehachse wirksam zugeordnet und die Wirkeinrichtung, insbesondere die jeweilige Wirkeinheit oder die jeweiligen Wirkeinheiten, ist oder sind mittels des im Wesentlichen axial entlang der Drehachse wirkenden akustischen Erregers über den Anregekörper radial zur Drehachse akustisch anregbar.In order to be able to operate the active device with a central excitation element and to simplify the structure of the overall arrangement, the excitation device has an excitation body which is rotatably accommodated about the axis of rotation and the active device, in particular the respective active unit or units, are mechanical radially relative to the axis of rotation on the excitation body recorded. In this case, an acoustic exciter of the excitation device is effectively assigned to the excitation body essentially axially along the axis of rotation and the active device, in particular the respective active unit or units, is or are via the excitation body radially to the axis of rotation by means of the acoustic exciter which acts essentially axially along the axis of rotation acoustically stimulable.

Ein solcher zentraler „Anregekörper“ kann dabei als mechanisches Übersetzungselement zwischen dem „akustischen Erreger“, beispielsweise einem Ultraschallerzeuger, und den Wirkeinheiten dienen. Insbesondere ist ein solcher Anregekörper dabei rotationssymmetrisch, beispielsweise scheibenförmig, ausgebildet.Such a central “stimulation body” can serve as a mechanical translation element between the “acoustic exciter”, for example an ultrasound generator, and the active units. In particular, such an excitation body is designed to be rotationally symmetrical, for example disk-shaped.

In einer Ausführungsform weist oder weisen die Anregeeinheit, insbesondere der akustische Erreger, der jeweilige akustische Erreger oder die jeweiligen akustischen Erreger, einen elektromagnetischen Wandler, einen Piezowandler, einen magnetischen Wandler und/oder einen Lautsprecher auf. Insbesondere ein Piezowandler kann hier mit kleinem Bauraum und gutem Leistungsvermögen vorteilhaft eingesetzt werden. Weiterhin ist eine übliche Frequenz von 30kHz oder 35kHz, mit der ein Piezowandler betrieben wird, für einen Menschen nicht oder kaum hörbar.In one embodiment, the excitation unit, in particular the acoustic exciter, the respective acoustic exciter or the respective acoustic exciters, has or have an electromagnetic transducer, a piezo transducer, a magnetic transducer and/or a loudspeaker. In particular, a piezo transducer can be used advantageously here with a small installation space and good performance. Furthermore, a common frequency of 30kHz or 35kHz, at which a piezo transducer is operated, is not or barely audible to a person.

In einer Ausführungsform weist die Gegenhalteeinrichtung eine der jeweiligen Wirkfläche zugeordneten und zur jeweiligen Wirkfläche korrespondierende erste Aufnahmefläche, zweite Aufnahmefläche, dritte Aufnahmefläche, vierte Aufnahmefläche und/oder weitere Aufnahmefläche auf, wobei insbesondere eine Bewegung der jeweiligen Aufnahmefläche mit der Bewegung der Materialbahnen entlang der Vorschubrichtung und des Drehens der Anregeeinrichtung und/oder der Wirkeinrichtung um die Drehachse derart synchronisiert ist, dass eine jeweilige Wirkfläche mit einer jeweiligen Aufnahmefläche am jeweiligen Schweißpunkt in Eingriff ist und die Gegenhalteeinrichtung insbesondere als Fließband, als Walze oder als intermittierend entlang eines Vorschubwegs beweglicher Schlitten ausgebildet ist.In one embodiment, the counter-holding device has a first receiving surface, second receiving surface, third receiving surface, fourth receiving surface and/or further receiving surface which is assigned to the respective active surface and corresponds to the respective active surface, in particular a movement of the respective receiving surface with the movement of the material webs along the feed direction and the rotation of the excitation device and/or the active device about the axis of rotation is synchronized in such a way that a respective active surface is in engagement with a respective receiving surface at the respective welding point and the counter-holding device is designed in particular as a conveyor belt, as a roller or as a carriage that moves intermittently along a feed path.

Somit kann beispielsweise die Gegenhalteeinrichtung entsprechende „Aufnahmeflächen“, also korrespondierend zur jeweiligen Wirkfläche ausgebildete Bereiche der Gegenhalteeinrichtung, aufweisen, sodass eine definierte und präzise Flächenpressung auf die Materialbahnen ausgeübt wird. Das Synchronisieren mit dem Drehen um die Drehachse, beispielsweise bei einer als Rolle oder Walze ausgebildeten Gegenhalteeinrichtung, bewirkt dabei ein ortsgleiches Auftreffen einer jeweiligen der jeweiligen Wirkfläche zugeordneten Aufnahmefläche an einem jeweiligen Schweißpunkt bei jeder Umdrehung oder bei einer entsprechenden Teilumdrehung.Thus, for example, the counter-holding device can have corresponding “receiving surfaces”, i.e. areas of the counter-holding device that correspond to the respective effective surface, so that a defined and precise surface pressure is exerted on the material webs. The Synchronizing with the rotation about the axis of rotation, for example in the case of a counter-holding device designed as a roller or roller, causes a respective receiving surface assigned to the respective active surface to strike at the same location at a respective welding point with each revolution or with a corresponding partial revolution.

Ebenso kann das Synchronisieren auch mittels einer als Fließband ausgestalteten Gegenhalteeinrichtung oder mittels eines intermittierend entlang des Vorschubweges beweglichen Schlittens realisiert sein.Likewise, synchronization can also be implemented by means of a counter-holding device designed as a conveyor belt or by means of a carriage that can be moved intermittently along the feed path.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Verpackung mittels einer Vorrichtung gemäß einer der vorig beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Materialbahnen einen schlauchförmigen Grundkörper bilden und dem schlauchförmigen Grundkörper in einer flachen Ausrichtung mittels der jeweiligen mit der Gegenhalteeinrichtung in Eingriff befindlichen Wirkfläche ein Schweißpunkt oder mehrere Schweißpunkte aufgeprägt werden.In a further aspect, the object is achieved by a method for producing a packaging by means of a device according to one of the previously described embodiments, wherein the material webs form a tubular base body and the tubular base body in a flat orientation by means of the respective active surface which is in engagement with the counter-holding device one or more welding points can be impressed.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Verpackung, welche mit einem solchen Verfahren hergestellt ist.In a further aspect, the task is solved by packaging which is produced using such a process.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 ein mit einer Finger-Sonotrode ausgeführtes Schweißwerkzeug zum Verschweißen eines Folienschlauches in einer schematischen Seitendarstellung,
2 eine schematische Darstellung einer Mehrfinger-Rollsonotrode in einer isometrischen Ansicht,
3 eine Schweißanordnung mit einer Mehrfinger-Rollsonotrode der 2 und einem dazu korrespondierenden Amboss, sowie
4 eine Verpackung in einer schematischen isometrischen Darstellung.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments. Show it

1 a welding tool designed with a finger sonotrode for welding a film tube in a schematic side view,
2 a schematic representation of a multi-finger roller sonotrode in an isometric view,
3 a welding arrangement with a multi-finger roller sonotrode 2 and a corresponding anvil, as well
4 a packaging in a schematic isometric representation.

Ein Schweißwerkzeug 101 weist einen rotationssymmetrischen Grundkörper 103 auf, welcher auf einer Drehachse 189 rotierend aufgenommen ist. Der Grundkörper 103 kann damit mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) entlang einer Drehbewegung 183 um die Drehachse 189 bewegt werden. Ein Anschluss 105 ist axial, also parallel zur Drehachse 189, angeordnet und dient der Aufnahme eines Ultraschallerzeugers (nicht dargestellt).A welding tool 101 has a rotationally symmetrical base body 103, which is mounted rotating on an axis of rotation 189. The base body 103 can thus be moved with a drive motor (not shown) along a rotary movement 183 about the axis of rotation 189. A connection 105 is arranged axially, i.e. parallel to the axis of rotation 189, and serves to accommodate an ultrasound generator (not shown).

Radial vom Grundkörper 103 ausgehend ist eine Sonotrode 107 mit einer an deren Ende befindlichen Schweißfläche 111 angeordnet. Parallel zur Drehachse 189 sind Umlenkrollen 132 eines Ambosses 131 angeordnet. Die Umlenkrollen 132 dienen der Förderung eines Förderbandes 135, welches gegenüber der Sonotrode 107 mittels eines Gegenhalters 133 positioniert wird. Das Förderband 135 ist mittels der Umlenkrollen 132 entlang einer Vorschubbewegung 185 beweglich. Zwischen der Anordnung mit dem Grundkörper 103 und der Sonotrode 107 und dem Amboss 131 kann ein Folienschlauch 161 entlang einer Vorschubrichtung 181 bewegt werden. Mittels der Sonotrode 107 können somit Schweißnähte zum Abteilen entsprechender Längenabschnitte des Folienschlauchs 161 auf den Folienschlauch 161 aufgebracht werden:A sonotrode 107 with a welding surface 111 located at its end is arranged radially from the base body 103. Deflection rollers 132 of an anvil 131 are arranged parallel to the axis of rotation 189. The deflection rollers 132 serve to convey a conveyor belt 135, which is positioned relative to the sonotrode 107 by means of a counterholder 133. The conveyor belt 135 is movable along a feed movement 185 by means of the deflection rollers 132. A film tube 161 can be moved along a feed direction 181 between the arrangement with the base body 103 and the sonotrode 107 and the anvil 131. By means of the sonotrode 107, weld seams can thus be applied to the film tube 161 for dividing corresponding length sections of the film tube 161:

Dazu wird die Sonotrode 107, also die Rotation des Grundkörpers 103, synchron mit der Vorschubrichtung 181 betrieben, sodass eine Bogenbewegung der Schweißfläche 111 parallel zum Folienschlauch 161, also ohne entsprechenden Schlupf zwischen den Komponenten, durchgeführt wird. Synchronisiert dazu erfolgt der Antrieb des Förderbandes 135, sodass eine Erhebung 141 als Gegenlager für die Schweißfläche 111 jeweils exakt der Schweißfläche 111 gegenüberliegt, wenn die Sonotrode 107 eine volle Umdrehung entlang der Drehbewegung 183 um die Drehachse 189 vollführt hat. Die Synchronisierung zwischen der Drehbewegung 183 und der Vorschubbewegung 185 kann dabei sowohl mechanisch, beispielsweise mit einem Getriebe oder einem Riementrieb, als auch elektronisch, beispielsweise mit elektronisch synchronisierten Schrittmotoren oder auch Servomotoren, erfolgen.For this purpose, the sonotrode 107, i.e. the rotation of the base body 103, is operated synchronously with the feed direction 181, so that an arc movement of the welding surface 111 is carried out parallel to the film tube 161, i.e. without corresponding slip between the components. The conveyor belt 135 is driven synchronously, so that an elevation 141 as a counter bearing for the welding surface 111 is exactly opposite the welding surface 111 when the sonotrode 107 has completed a full revolution along the rotary movement 183 about the axis of rotation 189. The synchronization between the rotary movement 183 and the feed movement 185 can take place both mechanically, for example with a gear or a belt drive, and electronically, for example with electronically synchronized stepper motors or servo motors.

Ein Schweißwerkzeug 201 weist einen scheibenförmigen Grundkörper 203 auf, welcher einen parallel zu einer Drehachse 289 angeordneten Anschluss 205 aufweist. Über den Anschluss 205 kann analog zum vorigen Beispiel mittels eines Ultraschallanregers parallel zur Drehachse 289 Ultraschallleistung in den Grundkörper 203 eingebracht werden. Der Grundkörper 203 ist um die Drehachse 289 drehbar und trägt an einem Umfang Sonotroden 207, 208, 209 und 210, welche an ihrem Ende jeweils eine Schweißfläche 211, 212, 213 und 214 aufweisen. Die Sonotroden sind dabei jeweils um einen Freiwinkel 293 von im gezeigten Beispiel 90° gegeneinander versetzt, sodass gleiche Abstände zwischen den Sonotroden bei einer Umdrehung des Grundkörpers 203 um die Drehachse 289 gebildet sind. Die Schweißflächen 211, 212, 213 und 214 bilden einen entsprechenden Kontaktwinkel 291, also in Rotationsrichtung gesehen eine entsprechende linienförmige Fläche. Das Schweißwerkzeug 201 ist Teil einer Schweißanordnung 301, wobei die Schweißanordnung 301 einen dem Schweißwerkzeug 201 gegenüberliegenden Amboss 231 aufweist. Der Amboss ist dabei analog zum Schweißwerkzeug 201 ausgebildet, wobei kein Anschluss 205 vorgesehen ist. Der Amboss 231 ist um eine Drehachse 398 drehbar, wobei die Drehachse 389 parallel zur Drehachse 289 angeordnet ist. Ein Folienschlauch 261 wird entlang einer Vorschubrichtung 281 analog zum vorig beschriebenen Beispiel gefördert, wobei das Schweißwerkzeug 201 entlang einer Rotation 283 und der Amboss 231 entlang einer Rotation 285 gegenläufig rotieren, sodass jeweilige Schweißflächen des Schweißwerkzeugs 201 auf jeweilige Aufnahmeflächen 251, 252, 253 und 254 des Ambosses 231 treffen. Dazu sind der Amboss 231 und das Schweißwerkzeug 201 beispielsweise elektronisch, mittels eines Kettentriebs, mittels eines Getriebes oder auf andere Weise synchronisiert. Somit können jeweilige Quernähte 283 auf den entlang der Vorschubrichtung 281 geförderten Folienschlauch 261 aufgeprägt werden.A welding tool 201 has a disk-shaped base body 203, which has a connection 205 arranged parallel to an axis of rotation 289. Analogous to the previous example, ultrasonic power can be introduced into the base body 203 via the connection 205 using an ultrasonic exciter parallel to the axis of rotation 289. The base body 203 can be rotated about the axis of rotation 289 and carries sonotrodes 207, 208, 209 and 210 on one circumference, each of which has a welding surface 211, 212, 213 and 214 at its end. The sonotrodes are each offset from one another by a clearance angle 293 of 90° in the example shown, so that the same distances between the sonotrodes are formed when the base body 203 rotates about the axis of rotation 289. The welding surfaces 211, 212, 213 and 214 form a corresponding contact angle 291, i.e. a corresponding linear surface when viewed in the direction of rotation. The welding tool 201 is part of a welding arrangement 301, the welding arrangement 301 having an anvil 231 opposite the welding tool 201. The anvil is designed analogously to the welding tool 201, with no connection 205 being provided. The anvil 231 is around one Axis of rotation 398 can be rotated, with the axis of rotation 389 being arranged parallel to the axis of rotation 289. A film tube 261 is conveyed along a feed direction 281 analogous to the example described above, with the welding tool 201 rotating in opposite directions along a rotation 283 and the anvil 231 along a rotation 285, so that respective welding surfaces of the welding tool 201 rest on respective receiving surfaces 251, 252, 253 and 254 of the anvil 231. For this purpose, the anvil 231 and the welding tool 201 are synchronized, for example, electronically, by means of a chain drive, by means of a gear or in another way. Thus, respective transverse seams 283 can be embossed on the film tube 261 conveyed along the feed direction 281.

Eine Verpackung 401 weist einen Folienkörper 403 auf, welcher beispielsweise aus dem Folienschlauch 161 oder dem Folienschlauch 261 gebildet sein kann. Der Folienkörper weist entlang einer Längsrichtung, welche parallel zur Vorschubrichtung in den jeweiligen beiden vorigen Beispielen ausgerichtet ist, jeweilige Seitenlängsnähte 465 auf. Orthogonal zu diesen Längsnähten 465 ist die Verpackung 401 mit Quernähten 463 in Verpackungsgrößen versiegelt, wobei die Quernähte 463 beispielsweise der Quernaht 263 im vorigen Beispiel entsprechen.A packaging 401 has a film body 403, which can be formed, for example, from the film tube 161 or the film tube 261. The film body has respective side longitudinal seams 465 along a longitudinal direction, which is aligned parallel to the feed direction in the previous two examples. Orthogonal to these longitudinal seams 465, the packaging 401 is sealed with transverse seams 463 in packaging sizes, the transverse seams 463 corresponding, for example, to the transverse seam 263 in the previous example.

BezugszeichenlisteReference symbol list

101101: SchweißwerkzeugWelding tool
103103: GrundkörperBasic body
105105: AnschlussConnection
107107: Sonotrodesonotrode
111111: SchweißflächeWelding surface
131131: Ambossanvil
132132: Umlenkrollepulley
133133: GegenhalterCounterholder
135135: Förderbandconveyor belt
141141: Erhebungsurvey
161161: FolienschlauchFoil tube
181181: Vorschubrichtungfeed direction
183183: DrehbewegungRotary movement
185185: Vorschubbewegungfeed movement
189189: DrehachseAxis of rotation
201201: SchweißwerkzeugWelding tool
203203: GrundkörperBasic body
205205: AnschlussConnection
207207: Sonotrodesonotrode
208208: Sonotrodesonotrode
209209: Sonotrodesonotrode
210210: Sonotrodesonotrode
211211: SchweißflächeWelding surface
212212: SchweißflächeWelding surface
213213: SchweißflächeWelding surface
214214: SchweißflächeWelding surface
231231: Ambossanvil
241241: Fingerfinger
242242: Fingerfinger
243243: Fingerfinger
244244: Fingerfinger
251251: AufnahmeflächeRecording surface
252252: AufnahmeflächeRecording surface
253253: AufnahmeflächeRecording surface
254254: AufnahmeflächeRecording surface
261261: FolienschlauchFoil tube
263263: QuernahtCross seam
281281: Vorschubrichtungfeed direction
283283: Rotationrotation
285285: Rotationrotation
289289: DrehachseAxis of rotation
291291: KontaktwinkelContact angle
293293: Freiwinkelclearance angle
301301: SchweißanordnungWelding arrangement
389389: DrehachseAxis of rotation
401401: VerpackungPackaging
403403: FolienkörperFoil body
463463: QuernahtCross seam
465465: LängsnahtLongitudinal seam
481481: LängsrichtungLongitudinal direction

Claims

Device (101, 201) for spot welding of material webs (161, 261) when conveying the material webs (161, 261) along a feed direction (181, 281) by means of acoustic power, with an acoustic excitation device (103, 203) and a counter-holding device (131, 231), wherein the excitation device (103, 203) is assigned at least one active device (107, 207, 208, 209, 210), in particular a sonotrode, for emitting the acoustic power generated by the acoustic excitation device (103, 203). , the active device (107, 207, 208, 209, 210) by one Axis of rotation (189, 289) is rotatably arranged and can be brought into engagement with the counter-holding device (131, 231) and the material webs (161, 261) between the active device (107, 207, 208) which is in engagement with the counter-holding device (131, 231). 209, 210) can be welded along a welding path by introducing the acoustic power into the material webs (161, 261), characterized in that a first active surface (111, 211) of the active device (107, 207) is arranged at a first radius relative to the axis of rotation. 208, 209, 210) covers a first effective circumference (291) of a total circumference, keeps a first free circumference (293) of the total circumference free and when conveying the material webs (161, 261) along the feed direction by rotating the active device (107, 207, 208, 209, 210) can be brought into point engagement around the axis of rotation (189, 289) with the counter-holding device (131, 231) to produce a first welding point along the welding path.

Device according to Claim 1 , characterized in that a second active surface (212) arranged at a second radius relative to the axis of rotation (189, 289), a third active surface (213) arranged at a third radius relative to the axis of rotation (189, 289), one at a fourth radius a fourth effective surface (214) arranged relative to the axis of rotation (189, 289) and/or a further effective surface of the active device (107, 207, 208, 209, 210) arranged at a further radius relative to the axis of rotation (189, 289) has a second effective scope, a third effective scope, a fourth effective scope and/or a further effective scope of the total circumference, keeps a respective free circumference of the total circumference free and when conveying the material webs (161, 261) along the feed direction (181, 281) by rotating the active device (107, 207 , 208, 209, 210) about the axis of rotation (189, 289) with the counter-holding device (131, 231) to produce a second welding point, a third welding point, a fourth welding point and / or a further welding point can be brought into pointwise engagement along the welding path .

Device according to Claim 2 , characterized in that the second active surface (212), the third active surface (213), the fourth active surface (214) and / or the further active surface are arranged such that respective free circumferences are set up the same or repeatedly the same, so that the respective welding points the material webs (161, 261) can be produced at the same or repeatedly the same distance along the welding path.

Device according to Claim 2 or 3 , characterized in that the first radius, the second radius, the third radius, the fourth radius and / or the further radius are designed to be the same and / or different, in particular when the respective active surface (111, 211, 212, 213, 214) with the counter-holding device (131, 231) the same pressure can be exerted on the material webs (161, 261) by means of a same respective radius and a different pressure can be exerted on the material webs (161, 261) by means of a different respective radius.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the active device (107, 207, 208, 209, 210) has a respective active unit (107, 207, 208, 209) having the respective active surface (111, 211, 212, 213, 214). , 210) and the respective active unit (107, 207, 208, 209, 210) or the respective active units (107, 207, 208, 209, 210) are rod-shaped, in particular rod-shaped starting from the excitation device (103, 203). or are.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation device (103, 203) has an excitation body (103, 203) which is rotatably accommodated about the axis of rotation (189, 289) and the active device (107, 207, 208, 209, 210) , in particular the respective active unit (107, 207, 208, 209, 210) or the respective active units (107, 207, 208, 209, 210), mechanically received on the excitation body (103, 203) radially opposite the axis of rotation (189, 289). are, wherein an acoustic exciter of the excitation device (103, 203) is effectively assigned to the excitation body (103, 203) essentially axially along the axis of rotation (189, 289) and the active device (107, 207, 208, 209, 210), in particular the respective active unit (107, 207, 208, 209, 210) or the respective active units (107, 207, 208, 209, 210) via the excitation body (103) by means of the acoustic exciter acting essentially axially along the axis of rotation (189, 289). , 203) can be acoustically stimulated radially to the axis of rotation (189, 289).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the excitation unit (103, 203), in particular the acoustic exciter, the respective acoustic exciter or the respective acoustic exciters has an electromagnetic transducer, a piezo transducer, a magnetic transducer and / or a loudspeaker or exhibit.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the counter-holding device (131, 231) is assigned to the respective active surface (111, 211, 212, 213, 214) and corresponds to the respective active surface (111, 211, 212, 213, 214). first receiving surface (141, 251), second receiving surface (252), third on receiving surface (253), fourth receiving surface (254) and / or further receiving surface, a movement of the respective receiving surface (141, 251, 252, 253, 254) with the movement of the material webs (161, 261) along the feed direction (181, 281) and the rotation (283) of the excitation device (103, 203) about the axis of rotation (189, 289) is synchronized in such a way that a respective active surface (111, 211, 212, 213, 214) is connected to a respective receiving surface (141, 251 , 252, 253, 254) is engaged at the respective welding point, the counter-holding device (131, 231) being designed in particular as a conveyor belt, as a roller or as a carriage that can be moved intermittently along the feed direction (181, 281).

Method for producing a packaging (401) using a device (101, 201) according to one of Claims 1 until 8th , wherein the material webs (161, 261) form a tubular base body and the tubular base body is provided with a welding point in a flat orientation by means of the respective active surface (111, 211, 212, 213, 214) which is in engagement with the counter-holding device (131, 231). several welding points are impressed.

Packaging (401), which uses a method according to Claim 9 is manufactured.