DE10326320B4

DE10326320B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von Pouchbeuteln

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Publication number: DE10326320B4
Application number: DE10326320A
Authority: DE
Original assignee: Widmann Maschinen eK
Current assignee: Widmann Maschinen eK
Priority date: 2003-06-11
Filing date: 2003-06-11
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: DE10326320A1

Abstract

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.

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.

Zum Verschließen von Ventilsäcken ist es aus der DE 202 16 532 U1 bekannt, einen Amboss zu verwenden, der sich aus mehreren nebeneinander befindlichen zylindrischen Elementen in Gestalt von Rollen zusammensetzt. Diese einzelnen Rollen werden mit Hilfe von Federn in Richtung auf die Sonotrode gepresst. Mittels einer Antriebseinrichtung wird der Amboss mit den Rollen um den Rollendurchmesser hin und her bewegt, um eine kontinuierliche Ultraschallschweißnaht am Ventil des Ventilsacks zu erhalten.

Da Ventilsäcke für riesel- oder streuförmiges Gut verwendet werden, nicht jedoch für Flüssigkeiten, kommt es bei dieser Verschlusstechnik nicht darauf an, unbedingt Kapillaren zu verschließen, die sich im Bereich des verschlossenen Ventils dort ergeben, wo das Sackmaterial von doppellagig auf einlagig übergeht.

Zum Verschließen von Quersiegelnähten an Schlauchbeutelverpackungen ist es aus der DE 32 36 164 ferner bekannt, einen Amboss zu verwenden, der in Längsrichtung der Schweißnaht geblecht ist. Die einzelnen Blechsegmente des Amboss werden mit einem Kissen in Richtung auf die Sonotrode gedrückt, um so die wirksame Anpressfläche des Amboss an dem Verlauf des Schlauchbeutels anzupassen, damit ein guter Verschluss auch in jenen Bereichen erreicht wird, die an die Längsnaht des Schlauchbeutels angrenzen bzw. zu verhindern, dass das Material im Bereich der Siegelnaht dort nicht beschädigt wird, wo die Längsnaht in die Siegelnaht einmündet.

Die DE 39 07 783 zeigt eine Ultraschallschweißvorrichtung, bei der die Sonotrode Hohlräume aufweist, in denen die zu verschweißenden kammer- oder kastenartigen Produkte eingelegt werden. Durch eine weitere Profilierung der Sonotrode wird dafür gesorgt, dass das Einkoppeln der Ultraschallenergie im Wesentlichen auf jene Bereiche beschränkt wird, in denen sich die Schweißnähte vor der Sonotrode befinden.

Die US 6,149,567 zeigt eine Anordnung zum Beschichten und Stanzen von Zuschnitten für Pouch- oder Standbeutel. Die Druckschrift befasst sich nicht mit dem Vermeiden von Kapillaren an jener Stelle, in der der Pouchbeutel, ausge hend von der zweilagigen Konfiguration im Bereich der Seitenschweißnaht in die T-förmige Konfiguration oder vierlagige Struktur am Übergang zu dem Boden wechselt.

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 eigentlichen 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 nach 1 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 nach 3, in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung,
5 den Amboss der Vorrichtung nach 3, in einer Draufsicht,
6 die zum Teil miteinander verschweißten Folienzuschnitte, wenn sie die Vorrichtung nach 3 verlassen, in einer perspektivischen Darstellung,
7 eine Schweißstation zum vollständigen Verschweißen des Pouchbeutels nach 6, 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 Pouchbeutel 1, der noch nicht befüllt ist. Den Pouchbeutel 1 bilden zwei Seitenwände 2 und 3 sowie ein nach innen gefalteter Boden 4. Gegenüber dem Boden 4 begrenzen die beiden Seitenwände 2 und 3 eine Einfüllöff nung 5, die nach dem Befüllen des Pouchbeutels 1 durch eine quer verlaufende Schweißnaht verschlossen wird, indem die beiden Seitenwände 2 und 3 dort miteinander verschweißt werden.
In der Seitenansicht wird der Pouchbeutel von zwei zueinander parallelen Längskanten 6 und 7 sowie Querkanten 8 und 9 begrenzt. Die Querkanten 9 bilden die Berandung der Einfüllöffnung 5, während die Querkanten 8 am unteren Ende des Pouchbeutels 1 verlaufen. Sie dienen gleichzeitig auch als Aufstellkanten, wenn der Pouchbeutel 1 gefüllt ist und deswegen die beiden Seitenwände 2 und 3 im Bereich des Bodens 4 voneinander entfernt sind.
Wie aus 1 zu ersehen ist, bildet der Boden 4 eine Bodenfalte 11, die in Richtung auf die Einfüllöffnung 5 vorsteht und die sich im mittleren Bereich beim Befüllen mehr oder weniger strecken kann. An dem seitlichen Ende entsprechend den Längskanten 6 und 7 ist die Bodenfalte 11 fixiert.
2 veranschaulicht Zuschnitte 12, 13 und 14, aus denen sich der Pouchbeutel 1 zusammensetzt. Es versteht sich, dass die Zuschnitte 12, 13 und 14 bei der Herstellung des Pouchbeutels 1 nicht vorher aus einem endlosen Band ausgeschnitten werden. Vielmehr sind die Zuschnitte nach 2 entsprechende Abschnitte auf einem endlosen Folienband, das anschließend entsprechend zerteilt wird.
Die beiden Seitenwände 2 und 3 sind miteinander und mit dem Boden 4 über Schweißnähte in einer weiter unten erläuterten Weise miteinander verbunden. In 2 sind diese Schweißnähte als Spuren der Schweißnähte veranschau licht 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 und 3 sind an den beiden Längskanten 6 und 7 beginnend bei der Einfüllöffnung 5 bis zum oberen Ende des Bodens 4, bzw. der Bodenfalte 11 unmittelbar durch Schweißnähte 15 und 16 miteinander verbunden. Diese Schweißnähte 15 und 16 enden ein Stück weit oberhalb der unteren Querkante 8 ungefähr bei einer Linie 17, wie dies in 2 veranschaulicht ist. Die Linie 17 entspricht der Lage des Scheitels der Bodenfalte 11, wenn diese geschlossen ist. Ab der Linie 17 sind nicht mehr die beiden Seitenwände 2 und 3 unmittelbar miteinander verschweißt, sondern jede Seitenwand 2 bzw. 3 ist für sich mittels einer Schweißnaht 18 bzw. 19 mit dem Boden 4 verbunden. Die Schweißnähte 18 und 19 sind als deren Spuren in 2 auf den Zuschnitten 12 und 13 eingezeichnet. An der nicht erkennbaren Seitenkante 6 befinden sich korrespondierende Schweißnähte 18 und 19, die von der unteren Querkante 8 bis zu der Stelle 17 reichen.
Zusätzlich zu der seitlichen Verbindung bei den Schweißnähten 18, 19 ist der Boden 5 noch über zwei bogenförmig, bzw. gekrümmt verlaufende Schweißnähte 21 und 22 an die beiden Seitenwände 2 und 3 angeschweißt. In 2 sind die Spuren der Schweißnähte 21 und 22 mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Schweißnähte 21 und 22 münden unmittelbar in die Schweißnähte 15, 16, bzw. 18, 19 ein. Dadurch ist der Innenraum, der über die Einfüllöffnung 5 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 Schweißnähte 15, 16 über die Linie 17 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 Scheißnaht 21 könnte entfallen.
Um den in dieser Weise gestalteten Pouchbeutel 1 zu erzeugen, wird die in 3 gezeigte erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung 25 verwendet.
Die Ultraschallschweißvorrichtung 25 weist eine untere Sonotrode 26, eine obere Sontrode 27 und einen Amboss 28 auf. Die untere Sontrode 26 ist in bekannter Weise über Stützen 29 ortsfest in einem schematisch abgebrochen angedeuteten Maschinengestell 31 verankert. Der Sonotrode 26 ist in bekannter Weise ein Booster 32 zugeordnet, der über einen Ultraschallwandler 33 mit Ultraschall beaufschlagt wird. Der Ultraschallwandler 33 wird in bekannter Weise aus einem nicht gezeigten Generator mit elektrischer Energie versorgt.
Die obere Sonotrode 27 wird aus einem Ultraschallwandler 34 gespeist, der über einen Booster 35 an die Sonotrode 27 angekoppelt ist. Die Sonotrode 27 ist über Verbindungsglieder 36, die sich an beiden Schmalseiten der Sonotrode 27 befinden, mit einem Aktuator 37 verbunden. Der Aktuator 37 ist an demselben Maschinengestell 31 befestigt und dient dazu, die Sonotrode 27 mit Hilfe der beiden Verbindungsglieder 36 in Richtung auf die Sontrode 26 zu bzw. von dieser weg zu verstellen.
Der Amboss 28 ist ebenfalls mit einem Aktuator 38 verbunden, der in dem Maschinengestell 31 ortsfest sitzt. Der Amboss 28 kann mit Hilfe des Aktuators 38 in Richtung auf die beiden Sonotroden 26 und 27 zugestellt werden.
Die beiden Sonotroden 26 und 27 sind im Wesentlichen spiegelsymetrisch zueinander. In 4 ist exemplarisch die untere Sonotrode 26 gezeigt. Sie weist eine im Wesentlichen quaderförmige Gestalt auf, wobei an einer Schmalseite zu der hin sich die Sonotrode 26 in bekannter Weise verjüngt, der Booster 32 angreift. Gegenüber dem Booster 32 bildet die Sonotrode 26 eine ebene Hauptarbeitsfläche 39, die sich rechtwinklig zu der Hauptschwingungsrichtung erstreckt. Die Hauptschwingungsrichtung entspricht der Längsachse des Boosters 32. Im Winkel zu der Hauptarbeitsfläche 39 erstreckt sich eine Nebenarbeitsfläche 41. Die Nebenarbeitsfläche 41 trägt zwei Schweißkanten 42 und 43. Die Schweißkanten 42 und 43 bilden schmale ebene Flächen mit einer Breite entsprechend der zu erzeugenden Schweißnähte 15 und 16. Die beiden Schweißkanten 42 und 43 erzeugen in einer später noch erläuterten Weise ein Stück der beiden Schweißnähte 15 und 16. Sie sind an einem Ende mit der Hauptarbeitsfläche 39 bündig
Außerdem ist in 4 noch eine Lasche 44 zu erkennen, die an der Stütze 29 befestigt ist. Die Lasche 44 korrespondiert mit einer nicht sichtbaren Lasche am anderen Stirnende der Sonotrode 26. Sie befindet sich auf einer Höhe an der die Schwingungen minimal sind, das heißt an einem Schwingungsknoten um möglichst wenig Ultraschallenergie in das Maschinengestell 31 einzukoppeln.
Die Sonotrode 27 unterscheidet sich von der Sonotrode 26 nur dadurch, dass die Nebenarbeitsfläche 41 nach unten zeigt und keine Schweißkanten 42 und 43 trägt.
Die beiden Sonotroden 26, 27 sind derart angeordnet, dass ihre Hauptarbeitsflächen 39 in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Bei dem Amboss 28 handelt es sich im Wesentlichen um einen quaderförmigen Block mit einer ebenen Arbeitsfläche 45, auf der eine erhabene Schweißkante 46 ausgebildet ist. Die Schweißkante 46 bildet eine in sich geschlossene Ellipse, wie die 5 erkennen lässt. Andere in sich geschlossene Schweißnähte wie Rauten, Kreise, Wolken und dergl. sind ebenfalls möglich. Die Schweißkante 46 ist entsprechend zu gestalten.
Die Arbeitsfläche 45 des Amboss 28 ist so bemessen, dass sie der Summe der beiden Hauptarbeitsflächen 39 der beiden Sonotroden 26 und 27 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 Schweißvorrichtung 25 drei endlose Folienbahnen 47, 48 und 49 zugeführt. Die Folienbahn 47 verläuft durch den Spalt zwischen der Arbeitsfläche 45 des Amboss 28 und den Hauptarbeitsflächen 39 der beiden Sonotroden 26 und 27. Abschnitte der Folienbahn 47 bilden später den Boden 4.
Die Folienbahn 48 läuft L-förmig abgewinkelt, wie 3 erkennen lässt, mit einem Abschnitt zwischen der Folienbahn 47 und der Arbeitsfläche 39 der Sonotrode 27, während der überwiegende Teil einen horizontalen Schenkel bildet, der durch den Spalt zwischen den Nebenarbeitsflächen 41 der beiden Sonotroden 26 und 27 hindurch führt.
Die Folienbahn 49 läuft ebenfalls mit einer L-förmigen Konfiguration durch die Ultraschallschweißvorrichtung 25. Allerdings ist die L-förmige Konfiguration umgekehrt angeordnet, wie die Konfiguration der Folienbahn 48, das heißt, ein Teil der Folienbahn 49 läuft zwischen dem Spalt zwischen der Folienbahn 47 und der Hauptarbeitsfläche 39 der Sonotrode 26, von da aus läuft sie um die Ecke zu der Nebenarbeitsfläche 41 und von da aus nach rechts gerade durch. Die Ecke im Verlauf der beiden Folienbahnen 48, 49 entspricht der Linie 17.
Die Folienbahnen 47, 48 und 49 bilden somit in der Draufsicht auf die Zeichenebene von 3 ein "T", wobei die Arme dieser T-Konfiguration den Hauptarbeitsflächen 39 der beiden Sonotroden 26 und 27 gegenüber liegen.
Zum Verschweißen wird mit Hilfe des Aktuators 37 die Sonotrode 27 in Richtung auf die Nebenarbeitsfläche 41 der Sonotrode 26 bewegt. Dadurch werden die beiden Folienbahnen 48 und 49 entsprechend den beiden Schweißkanten 42 und 43 miteinander verschweißt. Gleichzeitig mit diesem Schweißvorgang erfolgt auch ein Anschweißen der Folienbahn 47. Simultan mit dem Zufahren der beiden Sonotroden 27 und 26 wird auch der Amboss 28 durch den Aktuator 38 gegen die Hauptarbeitsflächen 39 bewegt. Hierdurch werden die Schweißnähte 21 und 22 entsprechend der Schweißkante 46 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 Sonotrode 26, 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 Boden 4 und den beiden Seitenwänden 2, 3 bei der Linie 17 gasdicht miteinander zu verschweißen und zusätzlich ein Stück von ca. 10 mm der Schweißnähte 15 und 16.
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 Sonotrode 27 und den Amboss 28 abzuheben, damit die Folienbahn, die nunmehr teilweise verschweißt ist, um einen Takt entsprechend der Breite eines Pouchbeutels 1 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 Schweißnaht 21 bzw. 22 die unmittelbar in kurze Schweißnahtabschnitte 16' bzw. 15' übergehen. Die Abschnitte 16' und 15' sind Abschnitte, der Längschweißnähte 15 und 16, die den Pouchbeutel 1 seitlich verschließen. Die erkennbare Innenecke entspricht der Linie 17.
Wie 6 erkennen lässt, entstehen durch den Schweißvorgang mit Hilfe der Ultraschallschweißvorrichtung 25 nach 3 unterbrechungslose Schweißnähte 21, 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 Nebenarbeitsflächen 41 der beiden Sonotroden 26 und 27 auch der Amboss 38 herangefahren wird und der Arbeitsspalt vor den Hauptarbeitsflächen 39 geschlossen wird, wird auch der Winkelbereich, in dem die beiden Folienbahnen 48 und 49 in Richtung vor die Hauptarbeitsfläche 39 abknicken mit aufgeschmolzen und verschweißt.
6 stellt, wie gesagt, lediglich einen gedachten Ausschnitt aus den teilweise miteinander verschweißten Folienbahnen dar, die durch die Ultraschallschweißeinrichtung 25 hindurch laufen. Dabei zeigt 6 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 Pouchbeutel 1 fertig geschweißt.
Die Ultraschallschweißstation 51 weist einen unteren zweiteigen Amboss 52 mit entsprechenden Schweißkanten sowie parallel nebeneinander zwei Sonotroden 53 auf, die über eigene Booster 54 angetrieben sind. Der Amboss 52 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 Booster 54 befindet.
Nach dem Verschweißen der drei Folienbahnen 47, 48, 49 in der Ultraschallschweißvorrichtung 25 läuft die Bahn weiter in den Spalt der Schweißstation 51, der zwischen der Sonotrode 53 und dem Amboss 52 gebildet ist. Dabei werden die beiden Schenkel der T-förmigen Struktur, wie sie noch in 3 zu erkennen ist, aufeinander gelegt um die Bodenfalte 11 zu erzeugen. Es entsteht auf dem Weg zu der Schweißstation 51 aus der T-förmigen Konfiguration, die in 7 zu erkennende Y-förmige Konfiguration. Taktgleich mit dem Arbeiten der Ultraschallstation 25 fährt auch die Schweißstation 51 zusammen und erzeugt die durchgehenden Schweißnähte 15 und 16. Dabei wird über die Schweißnahtabschnitte 15' und 16' erneut drübergescheißt.
Mit Hilfe der Schweißstation 51 werden die beiden Schweißnähte 15 und 16 gleichzeitig angebracht, weshalb sich die Sonotrode 53 mit der zugehörigen Sonotrode für die andere Schweißnaht 15 bzw. 16 in einem entsprechenden Ab stand 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 Amboss 52 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 Ultraschallschweißeinrichtung 25.
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 gemäß 3 die Hauptarbeitsfläche 39 dazu verwendet wurde, die Bodenschweißnähte 21 und 22 zu erzeugen. Von den Längsschweißnähten 15, 16 wurde lediglich ein kurzes Stück erzeugt werden.
Bei der Anordnung nach 8 sind die Hauptarbeitsflächen 39 einander gegenüberstehend angeordnet und sie tragen Schweißkanten, um die durchgehenden beiden Schweiß nähte 15, 16 über die gesamte Länge zu erzeugen. Die Nebenarbeitsflächen 41 zeigen in 8 nach links und ihnen gegenüber befindet sich an der Stelle des Amboss 28 eine dritte Sonotrode 55, deren Arbeitsfläche 56 den Nebenarbeitsflächen 41 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 Nebenarbeitsflächen 41 in Bereiche erstrecken, die sich dem Schwingungsknoten der Sonotroden 26, 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 Arbeitsfläche 56 und den beiden Nebenarbeitsflächen 41. Diese befinden sich wiederum, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 3, in einer gemeinsamen Ebene. Mit Hilfe der Vorrichtung nach 8 können die Bodenschweißnähte 21 und 22 sowie die Schweißnähte 15 und 16 von der Öffnung 5 bis zu der Linie 17 erzeugt werden.
Es würde genügen in einer nachfolgenden Station lediglich die Schweißnähte anzubringen, die die Bodenfalte 11 fixieren, die aber ansonsten zur Funktionalität des Pouchbeutels 1 hinsichtlich der Dichtheit nichts beitragen.
Abweichend von der Darstellung in 8 können auf der Arbeitsfläche 39 auch Schweißtücher aus metallischer- oder Kunststofffolie mit eingearbeiteter Schweißlinienkontur verwendet werden.
Bei ausreichender Ausdehnung der aktiven Nebenarbeits fläche 41 ist es ferner möglich, an Stelle der Sonotrode 55 einen Amboss zu verwenden, wie er in 3 dargestellt ist. Die Anordnung würde dann ausreichen, um die Bodenschweißnähte 21 und 22 vollständig zu erzeugen sowie die seitlichen Schweißnähte 15, 16, beginnend ab der Öffnung 2 bis zu der Linie 17. Damit wäre der Pouchbeutel 1 an sich, bis auf die Stabilisierungsschweißnähte für die Bodenfalte vollständig erzeugt.
In einem solchen Falle würden die Bodenschweißnähte 21 und 22 zwischen der Hauptarbeitsfläche 56 und der Nebenarbeitsfläche 41 geschweißt werden, während die Seitenschweißnähte 15 und 16 zwischen den Hauptarbeitsflächen 39 der beiden Sonotroden 26 und 27 hergestellt werden.
Ein Pouchbeutel wird hergestellt, indem die die einzelnen 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

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 Schweißkanten (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, wobei in einem ersten Herstellungsschritt gleichzeitig sämtliche Schweißnähte (21, 22) hergestellt werden, die den Bodenzuschnitt (14) mit den Seitenwandzuschnitten (12, 13) verbinden und wobei ebenfalls gleichzeitig, zumindest ein Stück (15', 16') der beiden Schweißnähte (15, 16) erzeugt wird, die die beiden Seitenwandzuschnitte (12, 13) miteinander verbinden.
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, wobei 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 wobei in einem zweiten Schritt die Schweißnähte erzeugt werden, die die Bodenfalte (11) fixieren.
Verfahren nach den Ansprüchen 17 oder 18, 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.