DE10326320A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Pouchbeuteln - Google Patents
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Abstract
Ein Pouchbeutel wird hergestellt, indem die einzelnen Wände des Pouchbeutels bildenden Folien so angeordnet werden, dass an allen Stellen lediglich zweilagige Strukturen entstehen. Die zweilagigen Strukturen werden mithilfe von Ultraschall verschweißt, wobei der Winkelbereich zwischen dem Boden und dem Beginn der Schweißnähte an den Seitenkanten des Pouchbeutels gleichzeitig geschweißt werden, so dass der Zwickelbereich im Übergang zu dem Boden mit Sicherheit dicht ist.
Description
- Pouchbeutel werden dazu verwendet, flüssige Produkte zu verpacken. Solche Produkte können Nahrungsmittel, Getränke, flüssige Waschmittel und dergleichen sein. Es versteht sich, dass in jedem Falle der Pouchbeutel hermetisch dicht sein muss.
- Beim Verpacken von körnigem Gut ist die hermetische Dichtheit des Pouchbeutels ebenfalls unabdingbare Voraussetzung, weil sonst über irgend welche Leckagen die Produkte verunreinigt werden könnten. Eine hermetische Dichtheit wird auch gefordert, wenn das in dem Pouchbeutel vorhandene Produkt, beispielsweise durch eine Stickstoffatmosphäre gegen Verderben geschützt werden soll.
- Ein Pouchbeutel besteht aus zwei Seitenwandzuschnitten, die mit einem Bodenzuschnitt mittels Schweißnähten fest verbunden sind. Die Schweißnaht, die den Boden zuschnitt mit jeweils einem Wandzuschnitt verbindet, hat auf dem flach gelegten Boden etwa eine halbkreisförmige oder halbelliptische Gestalt. Die Längsschweißnähte laufen am fertigen Pouchbeutel über den Bodenzuschnitt durch, wodurch die Bodenfalte die der Boden zwischen den Seitenwandabschnitten bildet, fixiert wird. Gleichzeitig entsteht ein Rand, der es gestattet den Pouchbeutel in gefülltem Zustand aufzustellen.
- Zur Herstellung des leeren Pouchbeutels werden die beiden Seitenwandzuschnitte übereinander gelegt. Zwischen die beiden Seitenwandzuschnitte wird der gefaltete Bodenzuschnitt eingefügt. Der so gebildete Stapel wird thermisch verschweißt, wobei sämtliche Schweißnähte mit Ausnahme der letzten, den Beutel verschließenden Schweißnaht, die nach dem Füllen angebracht wird, simultan erzeugt werden. Die verwendete Folie ist mehrschichtig. Mit Hilfe des Temperaturgradienten über die Foliendicke wird festgelegt, wo eine Verschweißung auftritt. Dadurch wird insbesondere sicher gestellt, dass sich die Bodenfalte nach dem Herstellen des Pouchbeutels im Bodenbereich wieder öffnen kann um die Standfläche zu erzeugen und das Füllvolumen zu vergrößern.
- Bei dem bekannten Herstellungsverfahren ist der zu bearbeitende Stapel aus Zuschnitten im Bereich des Bodens vierlagig, während er sonst lediglich zweilagig ist. Dadurch besteht die Gefahr einer Kapillarbildung in dem Bereich, wo der Stapel vom vierlagigen Zustand in den zweilagigen Zustand übergeht. Dieses Problem ist bislang befriedigend nicht zu beherrschen.
- Thermisches Schweißen hat obendrein den Nachteil, dass die Schweißtemperatur der Schweißkanten auf die Takt geschwindigkeit eingestellt werden muss. Je höher die Taktgeschwindigkeit ist, umso heißer müssen die Schweißelektroden sein, damit bei der gewünschten Taktrate genügend Wärme in die Folien transportiert wird. Andererseits ist die Geschwindigkeit nicht beliebig zu steigern, denn zu heiße Schweißelektroden würden die Folie verbrennen oder durchschmelzen. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass bei der bekannten Herstellungsart im Boden eine sehr dicke Struktur hinreichend erwärmt werden muss, damit die gewünschten Schweißnähte erzeugt werden können.
- Der Folienstapel, wie er zum thermischen Schweißen verwendet wird, kann zum Schweißen mit Hilfe von Ultraschall nicht verwendet werden. Ultraschallschweißen verträgt es nicht, wenn sich die Dicke der zu verschweißenden Teile über die Länge der Schweißnaht verändern. Andererseits hätte aber Ultraschallschweißen den Vorteil der kalten Sonotroden. Ferner kann beliebig schnell die erforderliche Schweißtemperatur an den Schweißnähten unabhängig von der Dicke des Materials erzeugt werden. Die Gefahr eines Zerstörens der Folie von außen ist bei Ultraschallschweißen deutlich geringer.
- Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von Pouchbeuteln zu schaffen, bei denen keine Gefahr der Kapillarbildung im Zwickelbereich des Bodens am Übergang zu dem Bereich, wo lediglich die beiden Seitenwandzuschnitte miteinander verschweißt sind, besteht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 oder 2, sowie dem Verfahren nach dem Anspruch 16 gelöst.
- Die erfindungsgemäße Schweißmaschine verwendet zwei Sonotroden. An jeder Sonotrode sind zwei Arbeitsflächen ausgebildet, die im Winkel zueinander ausgerichtet sind. Zwei der Arbeitsflächen der beiden Sonotroden liegen in einer gemeinsamen Ebene und stehen einem Amboss gegenüber. Diese Anordnung ermöglicht das Schweißen von Schweißnähten, die im Winkel zueinander verlaufen, bzw. um eine Innenecke herum verlaufen.
- Bei dieser Vorrichtung werden die Zuschnitte für den Pouchbeutel in der Weise eingelegt, dass der Bodenzuschnitt gestreckt und dem im Wesentlichen ebenen Amboss gegenüber liegt. Die Seitenwandzuschnitte werden L-förmig abgewinkelt eingelegt, wobei die den eigentlichen Füllraum bildende Abschnitte flach aufeinander liegen, während derjenige Teil, der die seitliche Schweißnaht mit dem Boden enthält um 90 Grad umgebogen ist. In der Seitenansicht bilden die beiden aufeinander liegenden Zuschnitte für den Pouchbeutel ein "T" dessen Arme jene Abschnitte darstellen, die später mit dem Boden verschweißt sind.
- Aufgrund dieser Konformation der Zuschnitte beim Einlegen ist überall eine zweilagige Struktur sicher gestellt. Die Gefahr der Kapillarbildung am Übergang von einer vierlagigen in eine zweilagige Konformation wie es beim Stand der Technik auftritt, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden.
- Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht an Stelle des passiven Amboss eine dritte Sonotrode vor. Bei der erstgenannten Ausführungsform kann der Effekt ausgenutzt werden, dass eine Sonotrode die zum Schweißen erforderlichen Schwingungen nicht nur an der ei gentlichen Arbeits- oder Hauptfläche erzeugt, sondern auch an der Flanke. Dadurch können die aufeinander liegenden Seitenwandzuschnitte im Anschluss an den Boden ein Stück weit verschweißt werden. Die zweite Variante hingegen gestattet es, sämtliche Schweißnähte, die der Dichtheit dienen, gleichzeitig auszuführen. Es ist nur noch ein letzter Schritt erforderlich, der dazu dient, die Seitenwandbereiche unterhalb des Bodens miteinander zu verschweißen um die Bodenfalte im Boden zu fixieren.
- Die längeren und größeren Schweißnähte lassen sich mit jener Arbeitsfläche erzeugen, die rechtwinklig zu der Hauptschwingungsrichtung liegt, dass heißt jene Fläche, die rechtwinklig zu der Längsachse des Boosters ausgerichtet ist.
- Die Ausgestaltung der Sonotroden wird sehr einfach, wenn die Hauptarbeitsfläche im Wesentlichen plan ist.
- Eine gute Übertragung der Ultraschallschwingungen im Bereich der Nebenarbeitsfläche, das heißt jener Fläche, die parallel zu der Achse des Boosters ausgerichtet, wird erreicht, wenn sie ein erhabenes Profil entsprechend den Schweißnähten trägt.
- Der Amboss kann wahlweise eine glatte Arbeitsfläche aufweisen oder Schweißkanten entsprechend den zu erzeugenden Schweißnähten tragen.
- Wenn von einem endlosen Band gearbeitet wird, ist es von Vorteil, wenn die Hauptarbeitsfläche, dass heißt jene Fläche, mit der der Boden verschweißt wird, in einer vertikalen Ebene liegt. Dadurch befinden sich jene Folienbahnen, die die eigentlichen Seitenwände bilden, in einer liegenden Stellung, was die Führung wesentlich vereinfacht.
- Um die Sonotroden aufeinander zuzubewegen, ist zumindest eine der beiden Sonotroden mit einem Aktuator versehen. Ein weiterer Aktuator ist mit dem Amboss verbunden, so dass der Arbeitsspalt sowohl zwischen den Sonotroden als auch zwischen den Sonotroden und dem Amboss geschlossen werden kann um die Ultraschallenergie auf die zu verschweißende Folie zu übertragen.
- Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Schweißanlage aufgebaut werden, die zwei Schweißstationen aufweist. Die eine Schweißstation ist gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt, während die zweite Schweißstation, die im Produktionsablauf dahinter liegt, dazu eingerichtet ist, den Pouchbeutel auch an den Längsschweißnähten zu verschweißen.
- Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, einen Pouchbeutel zu erzeugen, bei dem, zumindest die Schweißnähte, die die Seitenwandzuschnitte mit dem Bodenzuschnitt verbinden, ultraschallgeschweißt sind.
- Ein Übergang von einem vierlagigen auf ein zweilagiges Gebilde mit entsprechender Dickenreduzierung kann mit Hilfe von Ultraschall nicht verschweißt werden. Erfindungsgemäß ist deswegen vorgesehen, die Zuschnitte in eine Konformation zu bringen, bei der lediglich zweilagige Strukturen auftreten. Um die Dichtheit beim Übergang der Seitenwandzuschnitte zum Bodenzuschnitt zu gewährleisten, werden die Schweißnähte, die den Boden mit der Seitenwand verbinden, gleichzeitig mit Abschnitten einer Schweißnaht hergestellt, die die beiden Seitenwandzuschnitte im Bereich des Bodens miteinander verbinden.
- In einem zweiten Produktionsschritt kann dann die vollständige Länge der Seitenschweißnaht erzeugt werden.
- Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen. Beim Studium der gezeigten Ausführungsbeispiele wird klar, dass eine Reihe von Abwandlungen möglich sind.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
-
1 einen unbefüllten Pouchbeutel mit einer weggebrochenen unteren Ecke, in einer perspektivischen Darstellung, -
2 die einzelnen Zuschnitte, aus denen sich der Pouchbeutel nach1 zusammensetzt, in einer perspektiven Explosionsdarstellung unter Veranschaulichung des Verlaufs der späteren Schweißnähte, -
3 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ultraschallschweißen eines Pouchbeutels, -
4 eine der beiden Sonotroden der Vorrichtung nach3 , in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung, -
5 den Amboss der Vorrichtung nach3 , in einer Draufsicht, -
6 die zum Teil miteinander verschweißten Folienzuschnitte, wenn sie die Vorrichtung nach3 verlassen, in einer perspektivischen Darstellung, -
7 eine Schweißstation zum vollständigen Verschweißen des Pouchbeutels nach6 , in einer stark schematisierten Seitenansicht, und -
8 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verschweißen von Folienabschnitten zu einem Pouchbeutel. -
1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung schematisiert einen Pouchbeutel1 , der noch nicht befüllt ist. Den Pouchbeutel1 bilden zwei Seitenwände2 und3 sowie ein nach innen gefalteter Boden4 . Gegenüber dem Boden4 begrenzen die beiden Seitenwände2 und3 eine Einfüllöffnung5 , die nach dem Befüllen des Pouchbeutels1 durch eine quer verlaufende Schweißnaht verschlossen wird, indem die beiden Seitenwände2 und3 dort miteinander verschweißt werden. - In der Seitenansicht wird der Pouchbeutel von zwei zueinander parallelen Längskanten
6 und7 sowie Querkanten8 und9 begrenzt. Die Querkanten9 bilden die Berandung der Einfüllöffnung5 , während die Querkanten8 am unteren Ende des Pouchbeutels1 verlaufen. Sie dienen gleichzeitig auch als Aufstellkanten, wenn der Pouchbeutel1 gefüllt ist und deswegen die beiden Seitenwände2 und3 im Bereich des Bodens4 voneinander entfernt sind. - Wie aus
1 zu ersehen ist, bildet der Boden4 eine Bodenfalte11 , die in Richtung auf die Einfüllöffnung5 vorsteht und die sich im mittleren Bereich beim Befüllen mehr oder weniger strecken kann. An dem seitlichen Ende entsprechend den Längskanten6 und7 ist die Bodenfalte11 fixiert. -
2 veranschaulicht Zuschnitte12 ,13 und14 , aus denen sich der Pouchbeutel1 zusammensetzt. Es versteht sich, dass die Zuschnitte12 ,13 und14 bei der Herstellung des Pouchbeutels1 nicht vorher aus einem endlosen Band ausgeschnitten werden. Vielmehr sind die Zuschnitte nach2 entsprechende Abschnitte auf einem endlosen Folienband, das anschließend entsprechend zerteilt wird. - Die beiden Seitenwände
2 und3 sind miteinander und mit dem Boden4 über Schweißnähte in einer weiter unten erläuterten Weise miteinander verbunden. In2 sind diese Schweißnähte als Spuren der Schweißnähte veranschaulicht um deren Verlauf und Gestalt besser erkennen zu können. Es versteht sich, dass diese Spuren der Schweißnähte an den Zuschnitten im Originalzustand nicht erkennbar sind. - Die beiden Seitenwände
2 und3 sind an den beiden Längskanten6 und7 beginnend bei der Einfüllöffnung5 bis zum oberen Ende des Bodens4 , bzw. der Bodenfalte11 unmittelbar durch Schweißnähte15 und16 miteinander verbunden. Diese Schweißnähte15 und16 enden ein Stück weit oberhalb der unteren Querkante8 ungefähr bei einer Linie17 , wie dies in2 veranschaulicht ist. Die Linie17 entspricht der Lage des Scheitels der Bodenfalte11 , wenn diese geschlossen ist. Ab der Linie17 sind nicht mehr die beiden Seitenwände2 und3 unmittelbar miteinander ver schweißt, sondern jede Seitenwand2 bzw.3 ist für sich mittels einer Schweißnaht18 bzw.19 mit dem Boden4 verbunden. Die Schweißnähte18 und19 sind als deren Spuren in2 auf den Zuschnitten12 und13 eingezeichnet. An der nicht erkennbaren Seitenkante6 befinden sich korrespondierende Schweißnähte18 und19 , die von der unteren Querkante8 bis zu der Stelle17 reichen. - Zusätzlich zu der seitlichen Verbindung bei den Schweißnähten
18 ,19 ist der Boden5 noch über zwei bogenförmig, bzw. gekrümmt verlaufende Schweißnähte21 und22 an die beiden Seitenwände2 und3 angeschweißt. In2 sind die Spuren der Schweißnähte21 und22 mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Schweißnähte21 und22 münden unmittelbar in die Schweißnähte15 ,16 , bzw.18 ,19 ein. Dadurch ist der Innenraum, der über die Einfüllöffnung5 zugänglich ist hermetisch in allen Richtungen abgeschlossen. - Schließlich ist am fertigen Pouchbeutel noch der Boden
4 randseitig verschweißt. Die hierfür erforderlichen Schweißnähte stellen eine Verlängerung der Schweißnähte15 ,16 über die Linie17 nach unten dar. Hier ist der Bodenzuschnitt mit sich selbst verschweißt. - Abweichend von der gezeigten Form mit ursprünglich drei einzelnen Folienbahnen kann der Pouchbeutel
1 auch aus einer einzigen etwa M-fömig gefalteten Folienbahn hergestellt werden. Der Boden und die Seitenwände wären in diesem Falle bereits einstückig. Die Schweißnaht21 könnte entfallen. - Um den in dieser Weise gestalteten Pouchbeutel
1 zu erzeugen, wird die in3 gezeigte erfindungsgemäße Ul traschallschweißvorrichtung25 verwendet. - Die Ultraschallschweißvorrichtung
25 weist eine untere Sonotrode26 , eine obere Sontrode27 und einen Amboss28 auf. Die untere Sontrode26 ist in bekannter Weise über Stützen29 ortsfest in einem schematisch abgebrochen angedeuteten Maschinengestell31 verankert. Der Sonotrode26 ist in bekannter Weise ein Booster32 zugeordnet, der über einen Ultraschallwandler33 mit Ultraschall beaufschlagt wird. Der Ultraschallwandler wird in bekannter Weise aus einem nicht gezeigten Generator mit elektrischer Energie versorgt. - Die obere Sonotrode
27 wird aus einem Ultraschallwandler34 gespeist, der über einen Booster35 an die Sonotrode27 angekoppelt ist. Die Sonotrode27 ist über Verbindungsglieder36 , die sich an beiden Schmalseiten der Sonotrode27 befinden, mit einem Aktuator37 verbunden. Der Aktuator37 ist an demselben Maschinengestell31 befestigt und dient dazu, die Sonotrode27 mit Hilfe der beiden Verbindungsglieder36 in Richtung auf die Sontrode26 zu bzw. von dieser weg zu verstellen. - Der Amboss
28 ist ebenfalls mit einem Aktuator38 verbunden, der in dem Maschinengestell31 ortsfest sitzt. Der Amboss28 kann mit Hilfe des Aktuators38 in Richtung auf die beiden Sonotroden26 und27 zugestellt werden. - Die beiden Sonotroden
26 und27 sind im Wesentlichen spiegelsymetrisch zueinander. In4 ist exemplarisch die untere Sonotrode26 gezeigt. Sie weist eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf, wobei an einer Schmalseite zu der hin sich die Sonotrode26 in bekannter Weise ver jüngt, der Booster32 angreift. Gegenüber dem Booster32 bildet die Sonotrode26 eine ebene Hauptarbeitsfläche39 , die sich rechtwinklig zu der Hauptschwingungsrichtung erstreckt. Die Hauptschwingungsrichtung entspricht der Längsachse des Boosters32 . Im Winkel zu der Hauptarbeitsfläche39 erstreckt sich eine Nebenarbeitsfläche41 . Die Nebenarbeitsfläche41 trägt zwei Schweißkanten42 und43 . Die Schweißkanten42 und43 bilden schmale ebene Flächen mit einer Breite entsprechend der zu erzeugenden Schweißnähte15 und16 . Die beiden Schweißkanten42 und43 erzeugen in einer später noch erläuterten Weise ein Stück der beiden Schweißnähte15 und16 . Sie sind an einem Ende mit der Hauptarbeitsfläche39 bündig. - Außerdem ist in
4 noch eine Lasche44 zu erkennen, die an der Stütze29 befestigt ist. Die Lasche44 korrespondiert mit einer nicht sichtbaren Lasche am anderen Stirnende der Sonotrode26 . Sie befindet sich auf einer Höhe an der die Schwingungen minimal sind, dass heißt an einem Schwingungsknoten um möglichst wenig Ultraschallenergie in das Maschinengestell31 einzukoppeln. - Die Sonotrode
27 unterscheidet sich von der Sonotrode26 nur dadurch, dass die Nebenarbeitsfläche41 nach unten zeigt und keine Schweißkanten42 und43 trägt. - Die beiden Sonotroden
26 ,27 sind derart angeordnet, dass ihre Hauptarbeitsflächen39 in einer gemeinsamen Ebene liegen. - Bei dem Amboss
28 handelt es sich im Wesentlichen um einen quaderförmigen Block mit einer ebenen Arbeitsfläche45 , auf der eine erhabene Schweißkante46 ausgebildet ist. - Die Schweißkante
46 bildet eine in sich geschlossene Ellipse, wie die5 erkennen lässt. Andere in sich geschlossene Schweißnähte wie Rauten, Kreise, Wolken und dergl. sind ebenfalls möglich. Die Schweißkante46 ist entsprechend zu gestalten. - Die Arbeitsfläche
45 des Amboss28 ist so bemessen, dass sie der Summe der beiden Hauptarbeitsflächen39 der beiden Sonotroden26 und27 entspricht, wenn diese in vertikaler Richtung aufeinander zu gefahren sind. - Die Arbeitsweise der Schweißvorrichtung nach
3 ist wie folgt:
Senkrecht zu der Zeichenebene werden der Schweißvorrichtung25 drei endlose Folienbahnen47 ,48 und49 zugeführt. Die Folienbahn47 verläuft durch den Spalt zwischen der Arbeitsfläche45 des Amboss28 und den Hauptarbeitsflächen39 der beiden Sonotroden26 und27 . Abschnitte der Folienbahn47 bilden später den Boden4 . - Die Folienbahn
48 läuft L-förmig abgewinkelt, wie3 erkennen lässt, mit einem Abschnitt zwischen der Folienbahn47 und der Arbeitsfläche39 der Sonotrode27 , während der überwiegende Teil einen horizontalen Schenkel bildet, der durch den Spalt zwischen den Nebenarbeitsflächen41 der beiden Sonotroden26 und27 hindurch führt. - Die Folienbahn
49 läuft ebenfalls mit einer L-förmigen Konfiguration durch die Ultraschallschweißvorrichtung25 . Allerdings ist die L-förmige Konfiguration umgekehrt angeordnet, wie die Konfiguration der Folienbahn48 , das heißt, ein Teil der Folienbahn49 läuft zwischen dem Spalt zwischen der Folienbahn47 und der Hauptarbeitsfläche39 der Sonotrode26 , von da aus läuft sie um die Ecke zu der Nebenarbeitsfläche41 und von da aus nach rechts gerade durch. Die Ecke im Verlauf der beiden Folienbahnen48 ,49 entspricht der Linie17 . - Die Folienbahnen
47 ,48 und49 bilden somit in der Draufsicht auf die Zeichenebene von3 ein "T", wobei die Arme dieser T-Konfiguration den Hauptarbeitsflächen39 der beiden Sonotroden26 und27 gegenüber liegen. - Zum Verschweißen wird mit Hilfe des Aktuators
37 die Sonotrode27 in Richtung auf die Nebenarbeitsfläche41 der Sonotrode26 bewegt. Dadurch werden die beiden Folienbahnen48 und49 entsprechend den beiden Schweißkanten42 und43 miteinander verschweißt. Gleichzeitig mit diesem Schweißvorgang erfolgt auch ein Anschweißen der Folienbahn47 . Simultan mit dem Zufahren der beiden Sonotroden27 und26 wird auch der Amboss28 durch den Aktuator38 gegen die Hauptarbeitsflächen39 bewegt. Hierdurch werden die Schweißnähte21 und22 entsprechend der Schweißkante46 erzeugt. - Bei dieser Art Schweißvorgang wird von dem Umstand Gebrauch gemacht, dass Ultraschallschwingungen nicht nur an der Hauptarbeitsfläche
39 auftreten, die rechtwinklig zur Hauptschwingungsrichtung ausgerichtet ist, sondern ein Stück weit auch in Richtung der Längserstreckung der Sonotrode26 ,27 in Richtung parallel zum Schallweg. Die ausnutzbare Strecke ist bei Standardsonotorden nicht allzu groß, reicht aber für den vorliegenden Fall vollkommen aus, um den Zwickelbereich zwischen dem Boden4 und den beiden Seitenwänden2 ,3 bei der Linie17 gasdicht miteinander zu verschweißen und zusätzlich ein Stück von ca. 10 mm der Schweißnähte15 und16 . - Zeitgleich in allen Nähten wird eine Schmelze erzeugt, die nach dem Erkalten den sonst gefürchteten Kapillarraum homogen ausfüllt.
- Nachdem der Schweißvorgang ausgeführt ist, werden die Aktuatoren
37 ,38 wieder in Gang gesetzt, um die Sonotrode27 und den Amboss28 abzuheben, damit die Folienbahn, die nunmehr teilweise verschweißt ist, um einen Takt entsprechend der Breite eines Pouchbeutels1 senkrecht zur Zeichenebene weiter zu bewegen. - Würde man nach dem Schweißvorgang das eben geschweißte Gebilde aus der Folienbahn heraustrennen, würde man ein Gebilde erhalten, dass in
6 gezeigt ist. - Wie dort zu erkennen ist, trägt der abgewinkelte Teil der Folienbahn
48 bzw.49 eine Schweißnaht entsprechend der Schweißnaht21 bzw.22 die unmittelbar in kurze Schweißnahtabschnitte16' bzw.15' übergehen. Die Abschnitte16' und15' sind Abschnitte, der Längschweißnähte15 und16 , die den Pouchbeutel1 seitlich verschließen. Die erkennbare Innenecke entspricht der Linie17 . - Wie
6 erkennen lässt, entstehen durch den Schweißvorgang mit Hilfe der Ultraschallschweißvorrichtung25 nach3 unterbrechungslose Schweißnähte21 ,22 ,15' ,16' die unmittelbar ineinander übergehen. Überall dort, wo Schweißnähte angebracht werden ist die Ausgangsstruktur lediglich zweilagig. Da gleichzeitig mit dem Zufahren des Spaltes zwischen den Nebenarbeitsflächen41 der beiden Sonotroden26 und27 auch der Amboss38 herangefahren wird und der Arbeitsspalt vor den Hauptarbeitsflächen39 geschlossen wird, wird auch der Winkelbereich, in dem die beiden Folienbahnen48 und49 in Richtung vor die Hauptarbeitsfläche39 abknicken mit aufgeschmolzen und verschweißt. -
6 stellt, wie gesagt, lediglich einen gedachten Ausschnitt aus den teilweise miteinander verschweißten Folienbahnen dar, die durch die Ultraschallschweißeinrichtung25 hindurch laufen. Dabei zeigt6 das Ergebnis nach dem Schweißvorgang. - Anstatt drei voneinander getrennte Folienbahnen zuzuführen, kann auch eine T-förmig gefaltete Folienbahn zu geführt werden.
- In einer nachfolgenden Schweißstation, wie sie in
7 stark schematisiert gezeigt ist, wird schließlich der Pouchbeutel1 fertig geschweißt. - Die Ultraschallschweißstation
51 weist einen unteren zweiteigen Amboss52 mit entsprechenden Schweißkanten sowie parallel nebeneinander zwei Sonotroden53 auf, die über eigene Booster54 angetrieben sind. Der Amboss52 ist gestuft um der unterschiedlichen Dicke des Werkstücks Rechnung zu tragen. Die Abstufung ist in der Figur übertrieben gezeigt. - Parallel zu der sichtbaren Sonotrode
53 ist eine weitere Sonotrode vorgesehen, die mit einem eigenen Booster versehen ist, der sich hinter dem sichtbaren Booster54 befindet. - Nach dem Verschweißen der drei Folienbahnen
47 ,48 ,49 in der Ultraschallschweißvorrichtung25 läuft die Bahn weiter in den Spalt der Schweißstation51 , der zwischen der Sonotrode53 und dem Amboss52 gebildet ist. Dabei werden die beiden Schenkel der T-förmigen Struktur, wie sie noch in3 zu erkennen ist, aufeinander gelegt um die Bodenfalte11 zu erzeugen. Es entsteht auf dem Weg zu der Schweißstation51 aus der T-förmigen Konfiguration, die in7 zu erkennende Y-förmige Konfiguration. Taktgleich mit dem Arbeiten der Ultraschallstation25 fährt auch die Schweißstation51 zusammen und erzeugt die durchgehenden Schweißnähte15 und16 . Dabei wird über die Schweißnahtabschnitte15' und16' erneut drübergescheißt. - Mit Hilfe der Schweißstation
51 werden die beiden Schweißnähte15 und16 gleichzeitig angebracht, weshalb sich die Sonotrode53 mit der zugehörigen Sonotrode für die andere Schweißnaht15 bzw.16 in einem entsprechenden Abstand befindet. - Die Schweißkanten befinden sich in bekannter Weise auf der Arbeitsfläche des Amboss
52 . Da es sich ausschließlich um gerade Schweißkanten handelt, brauchen diese nicht weiter gezeigt zu werden. Außerdem ist der Antrieb für den Amboss52 nicht dargestellt, da dieser für das Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist. - In einer weiter folgenden nicht gezeigten Schneidstation werden die zunächst noch miteinander verbundenen fertig geschweißten Pouchbeutel
1 voneinander getrennt. -
8 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Ultraschallschweißeinrichtung25 . - Die Darstellung ist stark schematisiert und es sind lediglich die zum Verständnis des Schweißens erforderlichen Bauelemente gezeigt. Die Baugruppen zum Bewegen der Sonotroden sind nicht veranschaulicht. Im Übrigen werden für Bauelemente, die bereits beschrieben sind und in entsprechender Weise funktionieren, dieselben Bezugszeichen wie in
3 verwendet. - Der wesentliche Unterschied gegenüber
3 besteht darin, dass gemäß3 die Hauptarbeitsfläche39 dazu verwendet wurde, die Bodenschweißnähte21 und22 zu erzeugen. Von den Längsschweißnähten15 ,16 wurde lediglich ein kurzes Stück erzeugt werden. - Bei der Anordnung nach
8 sind die Hauptarbeitsflächen39 einander gegenüberstehend angeordnet und sie tragen Schweißkanten, um die durchgehenden beiden Schweißnähte15 ,16 über die gesamte Länge zu erzeugen. Die Nebenarbeitsflächen41 zeigen in8 nach links und ihnen gegenüber befindet sich an der Stelle des Amboss28 eine dritte Sonotrode55 , deren Arbeitsfläche56 den Nebenarbeitsflächen41 gegenüber steht. - Auf diese Weise können auch Schweißnähte erzeugt werden, die von den Hauptarbeitsflächen
39 einen größeren Abstand haben, dass heißt sich weiter in Richtung parallel zu den Nebenarbeitsflächen41 in Bereiche erstrecken, die sich dem Schwingungsknoten der Sonotroden26 ,27 annähern. - Um die in diesem Bereich auftretende Tallierung auszugleichen, kann zusätzlich ein Schweißtuch
57 verwendet werden. Das Schweißtuch liegt in dem Spalt zwischen der Arbeitsfläche56 und den beiden Nebenarbeitsflächen41 . Diese befinden sich wiederum, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach3 , in einer gemeinsamen Ebene. Mit Hilfe der Vorrichtung nach8 können die Bodenschweißnähte21 und22 sowie die Schweißnähte15 und16 von der Öffnung5 bis zu der Linie17 erzeugt werden. - Es würde genügen in einer nachfolgenden Station lediglich die Schweißnähte anzubringen, die die Bodenfalte
11 fixieren, die aber ansonsten zur Funktionalität des Pouchbeutels1 hinsichtlich der Dichtheit nichts beitragen. - Abweichend von der Darstellung in
8 können auf der Arbeitsfläche39 auch Schweißtücher aus metallischer- oder Kunststofffolie mit eingearbeiteter Schweißlinienkontur verwendet werden. - Bei ausreichender Ausdehnung der aktiven Nebenarbeitsfläche
41 ist es ferner möglich, an Stelle der Sonotrode55 einen Amboss zu verwenden, wie er in3 dargestellt ist. Die Anordnung würde dann ausreichen, um die Bodenschweißnähte21 und22 vollständig zu erzeugen sowie die seitlichen Schweißnähte15 ,16 , beginnend ab der Öffnung2 bis zu der Linie17 . Damit wäre der Pouchbeutel1 an sich, bis auf die Stabilisierungsschweißnähte für die Bodenfalte vollständig erzeugt. - In einem solchen Falle würden die Bodenschweißnähte
21 und22 zwischen der Hauptarbeitsfläche56 und der Nebenarbeitsfläche41 geschweißt werden, während die Seitenschweißnähte15 und16 zwischen den Hauptarbeitsflächen39 der beiden Sonotroden26 und27 hergestellt werden. - Ein Pouchbeutel wird hergestellt, indem die die ein zelnen Wände des Pouchbeutels bildenden Folien so angeordnet werden, dass an allen Stellen lediglich zweilagige Strukturen entstehen. Die zweilagigen Sturkuren werden mit Hilfe von Ultraschall verschweißt, wobei der Winkelbereich zwischen dem Boden und dem Beginn der Schweißnähte an den Seitenkanten des Pouchbeutels gleichzeitig geschweißt werden, wodurch der Zwickelbereich im Übergang zu dem Boden mit Sicherheit dicht ist.
Claims (20)
- Vorrichtung zum Herstellen von Pouchbeuteln (
1 ), mit einer ersten Sonotrode (26 ,27 ), an der zwei Arbeitsflächen (39 ,41 ) ausgebildet sind, die zueinander im Winkel stehen und unmittelbar aneinander angrenzen, mit wenigstens einer zweiten Sonotrode (26 ,27 ), an der zwei Arbeitsflächen (39 ,41 ) ausgebildet sind, die zueinander im Winkel stehen und unmittelbar aneinander angrenzen, und die gegenüber der ersten Sonotrode (26 ,27 ) so angeordnet ist, dass sich zwei Arbeitsflächen (41 ) gegenüber stehen während die anderen beiden Arbeitsflächen (39 ) beider Sonotroden (26 ,27 ) in einer gemeinsamen Ebene liegen, und mit einem Amboss (28 ), der eine Arbeitsfläche (45 ) aufweist, die parallel zu der gemeinsamen Ebene der beiden in einer gemeinsamen Ebene liegenden Arbeitsflächen (39 ) der beiden Sonotroden (26 ,27 ) ist. - Vorrichtung zum Herstellen von Pouchbeuteln (
1 ), mit einer ersten Sonotrode (26 ,27 ), an der eine schwingende Arbeitsfläche (39 ) und eine Gegendruckfläche (41 ) ausgebildet sind, die zueinander im Winkel stehen und unmittelbar aneinander angrenzen, mit wenigstens einer zweiten Sonotrode (26 ,27 ), an der eine schwingeden Arbeitsfläche (39 ) und eine Gegendruckfläche (41 ) ausgebildet sind, die zueinander im Winkel stehen und unmittelbar aneinander angrenzen, wobei ihre schwingende Arbeitsfläche (39 ) der Arbeitsfläche (39 ) der ersten Sonotrode (26 ,27 ) gegenüber angeordnet ist und die beiden Gegendruckflächen (41 ) der beiden Sonotroden (26 ,27 ) in einer gemeinsamen Ebene liegen, und mit einer dritten Sonotrode (55 ), die eine Arbeitsfläche (56 ) aufweist, die parallel zu der gemeinsamen Ebene der beiden in einer gemeinsamen Ebene liegenden Gegendruckflächen (41 ) ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Arbeitsfläche (
39 ) der ersten und/oder der zweiten Sonotrode (26 ,27 ) eine Hauptarbeitsfläche ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptschwingungsrichtung ausgerichtet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Arbeitsfläche (
39 ) der ersten und/oder der zweiten Sonotrode (26 ,27 ) rechtwinklig zu der Längsachse eines Boosters (32 ,35 ) ausgerichtet ist und eine Hauptarbeitsfläche bildet. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Arbeitsfläche (
41 ) der ersten und/oder der zweiten Sonotrode (26 ,27 ) im rechten Winkel zu der ersten Arbeitsfläche (39 ) ausgerichtet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfläche (
39 ) die rechtwinklig zu der Hauptschwingungsrichtung ausgerichtet ist im Wesentlichen plan ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die zweite Arbeitsfläche (
41 ) erhabene Schweiß kanten (42 ,43 ) entsprechend dem zu schweißenden Profil trägt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Hauptarbeitsfläche (
39 ) die Schweißnähte (21 ,22 ) geschweißt werden, wie an dem Pouchbeutel (1 ) den Boden (4 ) mit den Seitenwänden (2 ,3 ) verbinden, und dass mit der Nebenarbeitsfläche (41 ) zumindest ein Stück (15' ,16' ) der Schweißnähte (15 ,16 ) erzeugt werden, die die beiden Seitenwände (2 ,3 ) miteinander verbinden. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (
28 ) eine glatte Arbeitsfläche (45 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (
28 ) Schweißkanten (46 ) entsprechend der zu erzeugenden Schweißnaht (21 ,22 ) trägt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptarbeitsflächen (
39 ) in einer vertikalen Ebene liegen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der ersten oder der zweiten Sonotrode (
26 ,27 ) Aktuatoren (37 ) zugeordnet sind, um die erste Sonotrode (26 ,27 ) gegenüber der zweiten Sonotrode (26 ,27 ) im Sinne eines Annäherns der Sonotroden (26 ,27 ) an das Werkstück (47 ,48 ,49 ) aufeinander zu, bzw. voneinander weg zu bewegen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass dem Amboss (
28 ) ein Aktuator (38 ) zugeordnet ist um den Amboss (28 ) in Richtung auf die Hauptarbeitsflächen (39 ) der beiden Sonotroden (26 ,27 ) zu bewegen, bzw. von diesen weg zu bewegen. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sonotrode (
26 ,27 ) dazu eingerichtet sind, die gesamte Schweißnaht zu erzeugen, die den Boden (4 ) des Pouchbeutels (1 ) mit der jeweiligen Seitenwand (2 ,3 ) verbindet. - Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Arbeitsfläche (
56 ) der dritten Sonotrode (55 ) ein Schweißtuch (57 ) angeordnet ist. - Schweißanlage zum Herstellen von Pouchbeuteln (
1 ), mit einer ersten Schweißstation (25 ) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–15, sowie mit einer zweiten Schweißstation (51 ), in der bei dem aus der ersten Schweißstation (25 ) kommenden Werkstück zwei zueinander parallele durchgehende Schweißnähte (15 ,16 ) erzeugt werden, die die Längsschweißnähte an dem Pouchbeutel (1 ) bilden, wobei die Schweißstation (51 ) zum Erzeugen der Längsschweißnähte (15 ,16 ) Sonotroden (53 ) aufweist. - Verfahren zum Herstellen von Pouchbeuteln (
1 ), die sich aus zwei Seitenwandzuschnitten (12 ,13 ) und einem Bodenzuschnitt (14 ) zusammensetzen, wobei zumindest die Schweißnähte (21 ,22 ), die den Bodenzuschnitt (14 ) mit dem Seitenwandzuschnitt (12 ,13 ) verbinden, durch Ultraschallschweißen hergestellt sind. - Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Herstellungsschritt gleichzeitig sämtliche Schweißnähte (
21 ,22 ) hergestellt werden, die den Bodenzuschnitt (14 ) mit den Seitenwandzuschnitten (12 ,13 ) verbinden und das ebenfalls gleichzeitig, zumindest ein Stück (15' ,16' ) der beiden Schweißnähte (15 ,16 ) erzeugt wird, die die beiden Seitenwandzuschnitte (12 ,13 ) miteinander verbinden. - Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt sämtliche Schweißnähte (
21 ,22 ), die die Seitenwandzuschnitte (12 ,13 ) mit dem Bodenzuschnitt (14 ) verbinden, und zumindest ein Stück der Schweißnähte (15 ,16 ), die die beiden Seitenwandzuschnitte (12 ,13 ) miteinander verbinden, erzeugt werden und dass in einem zweiten Schritt die Schweißnähte erzeugt werden, die die Bodenfalte (11 ) fixieren. - Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschnitte (
12 ,13 ,14 ) bis nach dem vollständigen Herstellen aller Schweißnähte (15 ,16 ,21 ,22 ) für den offenen Pouchbeutel (1 ) Teile von ungeschnittenen Folienbahnen (47 ,48 ,49 ) sind.
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- 2003-06-11 DE DE10326320A patent/DE10326320B4/de not_active Expired - Fee Related
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