DE202011108504U1 - Vorrichtung zum Ultraschallschweißen - Google Patents

Vorrichtung zum Ultraschallschweißen Download PDF

Info

Publication number
DE202011108504U1
DE202011108504U1 DE201120108504 DE202011108504U DE202011108504U1 DE 202011108504 U1 DE202011108504 U1 DE 202011108504U1 DE 201120108504 DE201120108504 DE 201120108504 DE 202011108504 U DE202011108504 U DE 202011108504U DE 202011108504 U1 DE202011108504 U1 DE 202011108504U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
material layers
metal foil
sonotrode
heat radiator
transport direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE201120108504
Other languages
English (en)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Original Assignee
Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG filed Critical Branson Ultraschall Niederlassung der Emerson Technologies GmbH and Co OHG
Priority to DE201120108504 priority Critical patent/DE202011108504U1/de
Publication of DE202011108504U1 publication Critical patent/DE202011108504U1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B29C65/083—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations using a rotary sonotrode or a rotary anvil
    • B29C65/086—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations using a rotary sonotrode or a rotary anvil using a rotary anvil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/08—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations
    • B29C65/083—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations using a rotary sonotrode or a rotary anvil
    • B29C65/087—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using ultrasonic vibrations using a rotary sonotrode or a rotary anvil using both a rotary sonotrode and a rotary anvil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1429—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1445—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface heating both sides of the joint
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1429—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface
    • B29C65/1464—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface making use of several radiators
    • B29C65/1467—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the way of heating the interface making use of several radiators at the same time, i.e. simultaneous welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/72—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by combined operations or combined techniques, e.g. welding and stitching
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/02—Preparation of the material, in the area to be joined, prior to joining or welding
    • B29C66/024—Thermal pre-treatments
    • B29C66/0242—Heating, or preheating, e.g. drying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/301—Three-dimensional joints, i.e. the joined area being substantially non-flat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/43—Joining a relatively small portion of the surface of said articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B29C66/45—Joining of substantially the whole surface of the articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/50—General aspects of joining tubular articles; General aspects of joining long products, i.e. bars or profiled elements; General aspects of joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; General aspects of joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/51—Joining tubular articles, profiled elements or bars; Joining single elements to tubular articles, hollow articles or bars; Joining several hollow-preforms to form hollow or tubular articles
    • B29C66/54—Joining several hollow-preforms, e.g. half-shells, to form hollow articles, e.g. for making balls, containers; Joining several hollow-preforms, e.g. half-cylinders, to form tubular articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81431—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single cavity, e.g. a groove
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/834—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools moving with the parts to be joined
    • B29C66/8341—Roller, cylinder or drum types; Band or belt types; Ball types
    • B29C66/83411—Roller, cylinder or drum types
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/834—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools moving with the parts to be joined
    • B29C66/8341—Roller, cylinder or drum types; Band or belt types; Ball types
    • B29C66/83411—Roller, cylinder or drum types
    • B29C66/83413—Roller, cylinder or drum types cooperating rollers, cylinders or drums
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/83—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof characterised by the movement of the joining or pressing tools
    • B29C66/836—Moving relative to and tangentially to the parts to be joined, e.g. transversely to the displacement of the parts to be joined, e.g. using a X-Y table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/92—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/924—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools
    • B29C66/9261—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the displacement of the joining tools
    • B29C66/92611—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the displacement of the joining tools by controlling or regulating the gap between the joining tools
    • B29C66/92613—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the pressure, the force, the mechanical power or the displacement of the joining tools by controlling or regulating the displacement of the joining tools by controlling or regulating the gap between the joining tools the gap being kept constant over time
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9516—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools by controlling their vibration amplitude
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
    • B29C65/1412—Infrared [IR] radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
    • B29C65/1412—Infrared [IR] radiation
    • B29C65/1419—Mid-infrared radiation [MIR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/14—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation
    • B29C65/1403—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using wave energy, i.e. electromagnetic radiation, or particle radiation characterised by the type of electromagnetic or particle radiation
    • B29C65/1412—Infrared [IR] radiation
    • B29C65/1422—Far-infrared radiation [FIR]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/71—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the composition of the plastics material of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/723—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered
    • B29C66/7232—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered comprising a non-plastics layer
    • B29C66/72321—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered comprising a non-plastics layer consisting of metals or their alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/723—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered
    • B29C66/7234—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined being multi-layered comprising a barrier layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/841—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions
    • B29C66/8412—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions of different length, width or height
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/84—Specific machine types or machines suitable for specific applications
    • B29C66/841—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions
    • B29C66/8412—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions of different length, width or height
    • B29C66/84121—Machines or tools adaptable for making articles of different dimensions or shapes or for making joints of different dimensions of different length, width or height of different width
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/90—Measuring or controlling the joining process
    • B29C66/95—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94
    • B29C66/951—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools
    • B29C66/9513—Measuring or controlling the joining process by measuring or controlling specific variables not covered by groups B29C66/91 - B29C66/94 by measuring or controlling the vibration frequency and/or the vibration amplitude of vibrating joining tools, e.g. of ultrasonic welding tools characterised by specific vibration frequency values or ranges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2705/00—Use of metals, their alloys or their compounds, for preformed parts, e.g. for inserts
    • B29K2705/02—Aluminium

Abstract

Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen, von denen mindestens eine Materiallage (30) oder mindestens ein Formteil aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist:
a. eine Sonotrode (10) mit einem gegenüberliegend zur Sonotrode (10) angeordneten Gegenlager (20), sodass zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) ein Spalt (S) zur Aufnahme der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen vorhanden ist,
b. eine Transportvorrichtung, mit der die mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile in einer Transportrichtung (T) dem Spalt (S) zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) zuführbar und aus diesem abführbar sind, und
c. mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340), der der Sonotrode (10) bezogen auf die Transportrichtung (T) vorgelagert ist, um mindestens eine der Materiallagen (30) oder eins der Formteile vor einem Ultraschall-Schweißvorgang vorzuwärmen.

Description

  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen von mindestens zwei übereinander angeordneten Materiallagen, insbesondere eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen mit einer zusätzlichen Vorwärmfunktion.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Im Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren zum Ultraschallschweißen von mindestens zwei übereinander angeordneten Materiallagen bekannt. Mithilfe einer Sonotrode und einem gegenüber der Sonotrode angeordneten Gegenlager wird eine Ultraschallschwingung der Sonotrode auf die Materiallagen übertragen, um diese über einen Schweißvorgang miteinander zu verbinden. Die konstruktive Grundidee wie auch ein Steuerungskonzept sind allgemein in dem europäischem Patent 0 702 622 beschrieben.
  • Derartige Ultraschall-Schweißverfahren und -vorrichtungen werden zum kontinuierlichen oder getakteten Verbinden von Materiallagen eingesetzt. Zu diesen Materiallagen zählen beispielsweise Folien, Gewebe, Gelege oder non-woven Materialien, die aus Kunststoffen bestehen. Ein mögliches Einsatzgebiet ist die Herstellung von Hygieneprodukten, bei denen Materiallagen unterschiedlicher Struktur und Eigenschaften mithilfe des Ultraschall-Schweißens miteinander verbunden werden.
  • In den unterschiedlichsten Lebensbereichen besteht der Bedarf an Verpackungsmaterialien, die schnell, mit geringem Materialaufwand und verlässlich ein Einschließen, beispielsweise von Lebensmitteln oder anderen geschützt aufzubewahrenden Produkten, gewährleisten. Zu diesen Produkten gehören Getränke oder Lebensmittel, deren Verpackung trotz einer gewissen mechanischen Belastung, einen Einschluss der jeweiligen Produkte sicherstellen müssen.
  • Um derartige Verpackungen oder Vorstufen solcher Verpackungen herstellen zu können, bedarf es einerseits einer geeigneten Materialkombination und andererseits einer passenden Vorrichtung und eines Verfahrens, um die für die Verpackung verwendeten Materialen verlässlich verbinden zu können. Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung ein effektives Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Materiallagen sowie eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen, mit der die oben genannten Konzepte oder ähnliche umsetzbar sind.
  • 3. Zusammenfassung der Erfindung
  • Vorliegende Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, Modifikationen und Weiterentwicklungen gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung und Zeichnungen hervor.
  • Vorliegende Erfindung offenbart eine Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteilen, von denen mindestens eine Materiallage oder ein Formteil ein thermoplastischer Kunststoff ist oder mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet ist, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: eine Sonotrode mit einem gegenüberliegend zur Sonotrode angeordneten Gegenlager, sodass zwischen Sonotrode und Gegenlager ein Spalt zur Aufnahme der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteile vorhanden ist, eine Transportvorrichtung, mit der die mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteile in einer Transportrichtung dem Spalt zuführbar und aus diesem abführbar sind, und mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahler, der der Sonotrode bezogen auf die Transportrichtung vorgelagert ist, um mindestens eine der Materiallagen oder eines der Formteile vor einem Ultraschall-Schweißvorgang vorzuwärmen.
  • Vorliegende Erfindung basiert auf der Kombination einer Ultraschall-Schweißvorrichtung mit einem der Ultraschall-Schweißvorrichtung vorgelagerten Metallfolien-Wärmestrahler. Mithilfe des Metallfolien-Wärmestrahlers wird die zu verschweißende Materialkombination, vorzugsweise mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Materiallagen oder Formteile, vorgewärmt, um auf diese Weise den Ultraschall-Schweißvorgang zu unterstützen und zu beschleunigen. Der erfindungsgemäß eingesetzte Metallfolien-Wärmestrahler zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität im Hinblick auf das mit Wärme zu bestrahlende Gebiet auf mindestens einer der Materiallagen oder einem der Formteile aus. Das durch die Metallfolien-Wärmestrahler mit Wärme bestrahlte Gebiet ist in zwei Dimensionen oder in drei Dimensionen variabel einstellbar. Zudem lässt sich die auf die mindestens eine Materiallage oder das eine Formteil aufgebrachte Wärmemenge einstellen.
  • Aufgrund dieser konstruktiven Voraussetzungen lässt sich die Produktionsgeschwindigkeit beim Ultraschall-Schweißen von Materiallagen oder Formteilen erhöhen. Zudem lässt sich mithilfe des Vorwärmschritts die Festigkeit der hergestellten Ultraschall-Verschweißung steigern. Da ein zusätzlicher Energieeintrag in die mindestens zwei Materiallagen oder Formteile mithilfe des Vorwärmschritts erfolgt, ist es ebenfalls möglich, die mechanische Belastung der zu verschweißenden Materiallagen während des Ultraschall-Schweißens zu senken. Dies schont das Material und unterstützt die Lebensdauer der mit Ultraschall verschweißten Materialien. Formteil bezeichnet in diesem Zusammenhang jede zwei- oder dreidimensionale Gestaltung aus einem thermoplastischen Kunststoff oder aus einem mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichteten Material. Ein Formteil ist beispielsweise eine Kunststoffverkleidung, ein Kunststoffprofil oder dgl. im Fahrzeugbau.
  • Ein weiterer positiver Effekt der Kombination aus Vorwärmschritt mittels Metallfolien-Wärmestrahler und Ultraschall-Schweißen besteht darin, dass das Prozessfenster der Ultraschallschweißung vergrößert wird und gleichzeitig der Ausschuss während dieses Vorgangs aufgrund der bereits oben beschriebenen Vorteile reduziert werden kann. Um die oben genannten Vorteile ganz oder teilweise zu erreichen umfasst die Vorrichtung vorzugsweise einen Metallfolien-Wärmestrahler, der aus einer Formkeramik oder Keramikbett mit darin eingebetteten Metallfolien besteht, mit denen Infrarot (IR)-Wärmestrahlung im mittelwelligen Bereich abstrahlbar ist. Der mittel- bis langwellige Bereich deckt einen Wellenlängenbereich von 2 bis 9 μm ab. Auf diese Weise ist der Metallfolien-Wärmestrahler universell für eine große Gruppe von Kunststoffen einsetzbar, sodass sich eine individuelle Anpassung des Wärmestrahlers auf jeweils verwendete Kunststoffe erübrigt. Dies gestaltet ebenfalls die Ultraschall-Verschweißung flexibler und reduziert die damit verbundenen Kosten, Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform oben beschriebener Vorrichtung ist an einer Seite oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteile jeweils ein Metallfolien-Wärmestrahler angeordnet. Zudem ist es bevorzugt, dass ein Abstand zwischen dem mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahler und den einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteilen mithilfe eines Stellglieds einstellbar ist. Gemäß einer Ausführungsform wird dieses Stellglied manuell betrieben. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es bevorzugt, dieses Stellglied automatisch, vorzugsweise in seiner Länge, zu verändern, was beispielsweise mithilfe eines Steuerrechners zur Steuerung der Ultraschall-Schweißvorrichtung erfolgen kann. Auf diese Weise wird ebenfalls bevorzugt der Abstand zwischen Metallfolien-Wärmestrahler und der gegenüberliegenden oder benachbarten Materiallage oder des benachbarten Formteils gezielt verändert.
  • Es ist des Weiteren bevorzugt, dass der mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler die einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteile bezogen auf eine Breite quer zu Transportrichtung ganz oder teilweise, vorzugsweise variabel, abdeckt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler in seiner Länge parallel zur Transportrichtung einstellbar.
  • Diese konstruktiven Voraussetzungen des Metallfolien-Wärmestrahlers liefern die konstruktive Grundlage dafür, ein in seiner Größe und Form ausgewähltes mit Wärme zu bestrahlendes Gebiet auf mindestens einer Materiallage oder mindestens einem Formteil passend am Metallfolien-Wärmestrahler einstellen zu können. Variiert man beispielsweise die parallel zur Transportrichtung verlaufende Länge des Metallfolien-Wärmestrahlers, kann auf diese Weise die in die mindestens eine Materiallage oder in das mindestens eine Formteil eingebrachte Wärmemenge erhöht werden. Mithilfe der Variation des Metallfolien-Wärmestrahlers in seiner Breite quer zu Transportrichtung der einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteile ist die Voraussetzung dafür geschaffen, nur ausgewählte Teilbereiche der mindestens einen Materiallage oder des mindestens einen Formteils mit Wärmestrahlung zu beaufschlagen. Dies reduziert die Belastung des nicht zu verschweißenden Materials und unterstützt die in einem ausgewählten Bereich herzustellende Verbindung mithilfe des Ultraschall-Schweißvorgangs.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Wärmestrahler eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Abstrahlkontur auf, mit der ein ausgewählter zweidimensionaler oder dreidimensionaler Bereich der mindestens zwei Materiallagen oder des mindestens einen Formteils erwärmbar ist.
  • Für eine optimale Anpassung der Ultraschall-Schweißvorrichtung an die miteinander zu verbindenden Materialien ist es bevorzugt, dass die Sonotrode nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung und zum Gegenlager bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung und zum Gegenlager bewegbar angeordnet ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Gegenlager der Sonotrode stehend oder nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung und zur Sonotrode bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung und zur Sonotrode bewegbar angeordnet ist.
  • Vorliegende Erfindung offenbart zudem ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen oder Formteilen mittels Vorwärmen und Ultraschall-Schweißen, insbesondere mit einer der oben beschriebenen Vorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bewegen der mindestens zwei Materiallagen oder Formteile in einer Transportrichtung mithilfe einer Fördervorrichtung, Vorwärmen mindestens einer der zwei Materiallagen oder eines der mindestens zwei Formteile mit einem Metallfolien-Wärmestrahler, wobei der Wärmestrahler von einer Seite oder gegenüberliegend beidseitig auf die mindestens eine Materiallage oder das mindestens eine Formteil einstrahlt, und Verschweißen der mindestens zwei Materiallagen oder der mindestens zwei Formteile mittels Ultraschall zwischen einer Sonotrode und einem Gegenlager der Sonotrode.
  • Im Zusammenhang mit oben beschriebenem Verfahren ist es bevorzugt, dass der Metallfolien-Wärmestrahler eine zwei- oder dreidimensionale Abstrahlkontur aufweist, mit der ausgewählte Bereiche und/oder Konturen der mindestens zwei Materiallagen oder Formteile mit Wärme bestrahlt werden.
  • Vorliegende Erfindung umfasst zudem das Verwenden einer Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmfunktion, insbesondere die oben beschriebene Vorrichtung, und/oder eines Verfahrens zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmfunktion, insbesondere das oben beschriebene Verfahren, zum Verbinden einer Karton- und/oder Metallfolie-Kunststoff-Sandwichstruktur in Mehrschichtkartonmaterialien, Aluminiumverbundfolien oder Mehrschichtverbundmaterialien.
  • 4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen
  • Die bevorzugten Ausführungsformen vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmen,
  • 2 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmen,
  • 3 eine Seiten- und teilweise Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Ultraschall-Schweißens mit Vorwärmen,
  • 4 eine Schnittansicht der Linie A-A aus 3,
  • 5 eine Draufsicht auf den Metallfolien-Wärmestrahler aus 3,
  • 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 3,
  • 7 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Metallfolien-Wärmestrahlers,
  • 8 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Metallfolien-Wärmestrahlers,
  • 9 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Metallfolien-Wärmestrahlers mit dreidimensionaler Abstrahlkontur und
  • 10 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Metallfolien-Wärmestrahlers mit dreidimensionaler Abstrahlkontur.
  • 5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Wie die 1 und 2 gemäß zweier bevorzugter Ausführungsform vorliegender Erfindung zeigen, betrifft vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen mit mindestens einem Metallfolien-Wärmestrahler 40 zum Vorwärmen der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen 30 oder Formteile. Die miteinander zu verbindenden Formteile sind nicht gezeigt. Die Beschreibung bezogen auf die Verarbeitung der Materiallagen 30 gilt in analoger Weise für die Verarbeitung und Bearbeitung von Formteilen.
  • Die mindestens zwei Materiallagen 30 oder Formteile sind gemäß einer Ausführungsform in 1 nebeneinander angeordnet und bewegen sich in einer Transportrichtung T durch einen Spalt S zwischen einer Sonotrode 10 und einem Gegenlager 20 hindurch. Eine Transportvorrichtung bewegt die Materiallagen 30 oder Formteile. Wenn zwei einander gegenüberliegend angeordnete Formteile durch den Spalt S zwischen Sonotrode 10 und Gegenlager 20 hindurch bewegt werden, ist der Spalt S entsprechend größer im Vergleich zur Verarbeitung der Materiallagen 30.
  • Derartige Ultraschall-Schweißvorrichtungen umfassen gemäß einer Ausführungsform eine rotierende Sonotrode 10 und ein rotierendes Gegenlager 20. Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die Sonotrode 10 und das Gegenlager 20 stehend vorgesehen oder nur die Sonotrode 10 oder das Gegenlager 20 rotieren, während die andere Komponente jeweils stehend ausgebildet ist.
  • Die Sonotrode 10 wird über einen Ultraschall-Generator (nicht gezeigt) mit einer Ultraschall-Schwingung in einem Frequenzbereich von 15 kHz bis 40 kHz versorgt. Um die Ultraschall-Schweißvorrichtung an unterschiedliche Materialdicken der Materiallagen 30 oder Formteile anpassen zu können, ist die Breite des Spalts S und somit der Abstand zwischen Sonotrode 10 und Gegenlager 20 variabel einstellbar. Die Spalteinstellung erfolgt bevorzugt mithilfe eines Stellglieds, welches manuell oder automatisch, vorzugsweise geregelt, betrieben werden kann.
  • Gemäß einer Ausgestaltung vorliegender Vorrichtung und dem entsprechenden mit ihr zu realisierenden Verfahren erfolgt die Spalteinstellung manuell oder automatisch über eine Verfahrenssteuerung der Vorrichtung. Die Verfahrenssteuerung erfasst beispielsweise eine über den Ultraschall-Generator abgegebene Leistung, um daraus den Ultraschall-Energieeintrag in die zu verschweißenden Materiallagen 30 oder Formteile zu ermitteln. In Abhängigkeit von einem vorgegebenen und einem ermittelten Energieeintrag in die Materiallagen 30 beim Ultraschall-Schweißen wird vorzugsweise die Spaltbreite S geregelt, wie es in EP 0 702 622 beschrieben ist. Weitere bevorzugte Regelgrößen die allein oder in Kombination mit der ermittelten Ultraschall-Energie (siehe oben) zur Spaltregelung genützt werden können, sind eine Temperatur der mindestens einen Materiallage 30 oder eines mit Ultraschall zu verschweißenden Formteils und oben genannte abgegebene Leistung/Energie des Ultraschall-Generators. Es ist ebenfalls denkbar, die Frequenz der Sonotrode 10 als Stellgröße beim Ultraschall-Schweißen zu verwenden.
  • Des Weiteren werden bevorzugt für die rotierenden Komponenten der Ultraschall-Schweißvorrichtung, das heißt Sonotrode 10 und/oder Gegenlager 20, die jeweilige Rotationsgeschwindigkeit an die herzustellende Ultraschall-Schweißung angepasst. Aus diesem Grund ist die jeweilige Rotationsgeschwindigkeit von Sonotrode 10 und/oder Gegenlager 20 variabel einstellbar.
  • Zudem ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Amplitude der Sonotrode 10 manuell oder automatisch einstellbar, um auch über diesen Weg den Ultraschall-Schweißvorgang optimal an die Materiallagen 30 oder Formteile anpassen zu können. In diesem Zusammenhang wird vorzugsweise die Amplitude der Sonotrode 10 über einen den Ultraschall-Schweißvorgang steuernden Steuerrechner oder direkt über den Ultraschallgenerator, der vorzugsweise über eine eigene Steuerung angesteuert wird, geregelt. Diese Amplitudenregelung beeinflusst das Schweißergebnis positiv. In diesem Zusammenhang wird einerseits auf eventuelle Materialschwankungen oder auf Lagensprünge der Materiallagen 30 reagiert. Es ist ebenfalls bevorzugt, mit dieser Amplitudenregelung auf eventuelle Temperaturschwankungen der Metallfolien-Wärmestrahler 40 (siehe unten) zu reagieren und mit dieser Amplitudenregelung diesen Temperaturschwankungen entgegen zu wirken.
  • Gemäß unterschiedlicher bevorzugten Ausführungsformen der Ultraschall-Schweißvorrichtung werden die mindestens zwei Materiallagen 30 kontinuierlich oder getaktet miteinander verschweißt. Formteile werden getaktet vorgewärmt und verschweißt. Die 1 und 2 zeigen eine kontinuierliche Verarbeitung der Materiallagen 30, während es in gleicher Weise bevorzugt ist, einen Stapel aus einander gegenüberliegenden Materiallagen 30 jeweils einzeln dem Spalt S zwischen der Sonotrode 10 und dem Gegenlager 20 zuzuführen. Zudem ist es gemäß den 1 und 2 bevorzugt, alle zu verschweißenden Materiallagen 30 vorzuwärmen. Dies kann gleichzeitig oder zweitlich versetzt geschehen. Gemäß einer anderen ebenfalls bevorzugten Ausführungsform wird nur eine oder werden nur ausgewählte Materiallagen 30 vorgewärmt und dann zum Ultraschall-Schweißen dem Spalt S zugeführt.
  • Mithilfe der bevorzugten Ultraschall-Schweißvorrichtung gemäß den 1 und 2 werden flächige einander gegenüberliegend angeordnete Materiallagen 30 miteinander verschweißt. Es ist ebenfalls bevorzugt, die mindestens zwei Materiallagen 30 im Bereich einer vorgegeben Kontur miteinander zu verschweißen. Eine derartige Kontur hat eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Gestalt, sodass nur im Konturbereich Ultraschall-Energie in die Materiallagen 30 eingebracht wird. Außerhalb des Konturbereichs erfolgt keine Energiezufuhr zu den Materiallagen 30 oder Formteile, sodass das Material der Materiallagen 30 oder der Formteile geschont wird.
  • Zur Unterstützung, vorzugsweise Beschleunigung und/oder Intensivierung, des Ultraschall-Schweißens der Materiallagen 30 oder der Formteile werden die zu verschweißenden Konturbereiche (nicht gezeigt) oder die gesamte Materiallage 30 mithilfe eines Metallfolien-Wärmestrahlers 40 vorgewärmt. Mindestens ein Metallfolien-Wärmestrahler 40 ist an einer Seite der Materiallagen 30 oder der Formteile angeordnet. Bevorzugt werden mindestens zwei Metallfolien-Wärestrahler 40 einander gegenüberliegend derart angeordnet, dass sich die Materiallagen 30 zwischen ihnen hindurch bewegen können. Dies ist auch in der seitlichen Darstellung in 3 dargestellt. Hier sind zwei einander gegenüberliegend angeordnete Metallfolien-Wärmestrahler 40 bezogen auf die Transportrichtung T der Anordnung aus Sonotrode 10 und Gegenlager 20 vorgelagert. Die Materiallagen 30 bewegen sich zwischen den Metallfolien-Wärmestrahlern 40 in einem Spalte der Breite X hindurch, Der Spalt zwischen Sonotrode 10 und Gegenlager 20 besitzt eine Breite Y.
  • Die Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 strahlen vorzugsweise Wärme in einem mittel- bis langwelligen Bereich von 2 bis 9 μm ab. Aus diesem Grund werden diese Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 auch als Infrarot (IR) Metallfolien-Wärmestrahler bezeichnet.
  • Die Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 bestehen vorzugsweise aus einem Keramikbett 42; 142; 242; 342, in dem versenkt mindestens eine Metallfolie 44; 144; 244; 344 angeordnet ist. Dabei gibt das Keramikbett 42; 142; 242; 342 in Kombination mit der die Wärmestrahlung erzeugenden Metallfolie 44; 144; 244; 344 eine zwei- oder dreidimensionale Kontur vor, die vorzugsweise an die Kontur der zu verschweißenden Materiallagen 30 oder Formteile angepasst ist oder deren spätere Form erkennen lässt. So zeigen die 3–5 jeweils einen zweidimensionalen Metallfolien-Wärmestrahler 40, da die Metallfolie 44 über eine langgestreckte Fläche der Breite b in Transportrichtung T angeordnet ist.
  • Eine ähnliche Konstruktion zeigt 7, wobei hier das Keramikbett 42 aus der Bildebene heraus steht. 8 zeigt einen zweidimensionalen Metallfolien-Wärmestrahler 140 mit einer runden Kontur. Die Metallfolie 144 ist in einem Kreis angeordnet, wobei es ebenfalls bevorzugt ist, mehrere konzentrische Kreise von Metallfolien 144 anzuordnen (nicht gezeigt), die einzeln zuschaltbar oder abschaltbar sind. Auf diese Weise ist das mit Wärme bestrahlte Gebiet variabel.
  • 9 zeigt einen dreidimensionalen Metallfolien-Wärmestrahler 240 mit den gleichen Eigenschaften wie der Metallfolien-Wärmestrahler 140 aus 8. Der Unterschied besteht darin, dass das Keramikbett 242 eine dreidimensionale Form vorgibt, die vorzugsweise eine Form des beim Ultraschall-Schweißen herzustellenden Produkts definiert bzw. dieser Form folgt.
  • 10 zeigte ebenfalls einen Metallfolien-Wärmestrahler 340 mit einer dreidimensionalen Abstrahlkontur. Die hier gezeigte dreidimensionale Kontur des Keramikbetts 342 eignet sich vorzugsweise für die getaktete Ultraschall-Schweißung von dreidimensionalen Formteilen. Eine oder mehrere Metallfolien 344 sind in dem dreidimensionalen Keramikbett 342 angeordnet. Vorzugsweise werden die Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 einseitig oder gegenüberliegend zweiseitig bezogen auf die Materiallagen 30 oder Formteile angeordnet. Um ein optimales Vorwärmen der mindestens einen Materiallage 30 oder des mindestens einen Formteils zu gewährleisten, ist der Wärme abstrahlende Bereich der Metallfolien 44; 144; 244; 344 in seiner Breite b (vgl. 5) auf die Breite der Materiallage 30 oder des Formteils abgestimmt. Es ist ebenfalls bevorzugt, mehrere Metallfolien 44; 144; 244; 344 parallel zueinander und nebeneinander anzuordnen, sodass ausgewählte Metallfolien 44; 144; 244; 344 zu- und abschaltbar oder mit unterschiedlicher elektrischer Energie versorgbar sind, um ein definiertes zwei- oder dreidimensionales Wärmeprofil in der mindestens einen Materiallage 30 oder dem mindestens einen Formteil zu erzeugen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 nebeneinander oder hintereinander bezogen auf die Transportrichtung T angeordnet. Zudem wird vorzugsweise der Abstand zwischen Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 und Materiallage 30 oder Formteil mithilfe eines Stellglieds (nicht gezeigt) manuell oder automatisch eingestellt. Mit dieser Einstellung des Abstands zwischen Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 und Materiallage 30 oder Formteil ist die Position des Metallfolien-Wärmestrahlers 40; 140; 240; 340 an variierende Dicken der Materiallagen 30 oder Formteile anpassbar. Die Einstellung des Abstands zwischen Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 und Materiallage 30 oder Formteil wird gemäß einer weiteren Ausführungsform auch als Regelung basierend auf einem Sollabstand zwischen Materiallage 30 oder Formteil und Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 realisiert.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung wird der Stromfluss in den Metallfolien 44; 144; 244; 344 der Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 derart gesteuert oder geregelt, dass eine an die Materiallagen 30 oder Formteile angepasste Erwärmung erfolgt.
  • Mit der oben beschriebenen Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen in Kombination mit einem Vorwärmen basierend auf dem Einsatz eines Metallfolien-Wärmestrahlers 40; 140; 240; 340 werden feste Bauteile sowie Bahnware miteinander verbunden. Derartige Bahnwaren umfassen Folien, non-woven Material, Gewebe oder Gelege. Zudem bestehen diese Bauteile sowie Bahnwaren aus thermoplastischen Materialien, meist Kunststoffe oder Materialien mit einer thermoplastischen Beschichtung, wie vorzugsweise Mehrschichtkartonmaterialien, Aluminiumverbundfolien oder Mehrschichtverbundmaterialien.
  • Es ist ebenfalls bevorzugt, in eine thermoplastische Matrix eingebettete anorganische Fasern, insbesondere Organbleche, mithilfe der oben beschriebenen Vorrichtung zu verarbeiten, um ein Formteil herzustellen und/oder zu verschweißen. Diese festen Bauteile und Bahnwaren werden mit der oben beschriebenen Ultraschall-Schweißvorrichtung mit Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 miteinander verschweißt, wobei die Schweißung bzw. der Materialtransport in Transportrichtung T durch die Vorrichtung taktweise oder kontinuierlich erfolgt. Diese aus Organblechen bestehenden Formteile werden im Leichtbau für Fahrzeuge und in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt.
  • Die Mehrschichtkartonmaterialien haben vorzugsweise folgenden Schichtaufbau: eine Siegelschicht bestehend aus beispielsweise Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), eine Bedruckungsschicht zur Illustration der Verpackung und eine Schutzschicht. In Abhängigkeit von in dem in der Verpackung aufzunehmenden Füllgut ist es ebenfalls bevorzugt, zusätzlich eine Aluminiumfolienschicht in den Schichtaufbau zu integrieren. Eine derartige Aluminiumfolie ist gerade dann geeignet, wenn es sich um sterilisierbare Verpackungen handelt.
  • Ebenfalls als Verpackungsmaterial werden Aluminium-Verbundfolien eingesetzt. Derartige Aluminium-Verbundfolien weisen hohe Barriere-Eigenschaften auf und sind zudem sterilisierbar. Ihr Schichtaufbau besteht aus den folgenden Schichten: eine Siegelschicht aus PE/PE, eine Aluminiumfolienschicht, eine bedruckte Schicht zur Illustration sowie eine äußere Schutzschicht, die meist aus PET besteht.
  • Es ist des Weiteren bevorzugt, bei Mehrschicht-Verbundfolien als Barriereschicht eine spezielle Kunststoffschicht auf der Basis von EVOH (Ethylenvinylalkohol) oder Polyamid herzustellen.
  • Zur Vorbereitung und Unterstützung des Ultraschall-Schweißens wird das Material bzw. die mindestens eine Materiallage 30 an dem Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 vorbei geführt. Hier erfolgt eine Erwärmung des Materials auf eine Temperatur zwischen kurz oberhalb der Raumtemperatur und unterhalb der Schmelztemperatur oder Glasübergangstemperatur des in dem Formteil oder der Bahnware eingesetzten thermoplastischen Materials. Die optimale Vorwärmtemperatur, die mithilfe des mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahlers 40; 140; 240; 340 realisiert wird, ist abhängig von dem zu verarbeitenden Material und dem insgesamt durchzuführenden Prozess.
  • Nach dem Vorwärmen wird das zu verschweißende Material zwischen Sonotrode 10 und Gegenlager 20 mittels Ultraschall verschweißt.
  • Es ist bevorzugt, dass nicht alle mittels Ultraschall zu verschweißenden Materialien vorgewärmt werden, bevor sie den Spalt S zwischen Sonotrode 10 und Gegenlager 20 zum Ultraschall-Schweißen durchlaufen. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Ausführungsformen vorliegender Erfindung wird nur ein Teil der zu fügenden Bahnware oder Formteile mithilfe des Metallfolien-Wärmestrahlers 40; 140; 240; 340 vorgewärmt. Dieses Vorwärmen der Materiallagen 30 wird mithilfe der bereits oben beschriebenen verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten der Metallfolien-Wärmestrahler 40; 140; 240; 340 an die Materiallagen 30 angepasst.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung, mit der ein Vorwärmen durch Verwendung des Metallfolien-Wärmestrahlers 40; 140; 240; 340 mit der Ultraschall-Schweißvorrichtung bestehend aus Sonotrode 10 und Gegenlager 20 kombiniert wird, erzielt höhere Produktionsgeschwindigkeiten, als sie aus dem Stand der Technik von Ultraschall-Scheißvorrichtungen ohne Vorwärmen bekannt sind. Des Weiteren wird mithilfe der Vorwärm-Funktion eine höhere Festigkeit der Ultraschall-Schweißung realisiert. Da aufgrund des Vorwärmens der mechanische Energieeintrag durch Sonotrode 10 und Gegenlager 20 reduziert wird, wird gleichzeitig auch die mechanische Belastung der Materiallagen 30 oder Formteile während des Ultraschall-Schweißens gesenkt. Dies hat gleichzeitig zur Folge, dass die optischen Eigenschaften der zu verarbeitenden Materiallagen 30 verbessert werden, während gleichzeitig der Ausschuss während des gesamten Ultraschall-Schweißvorgangs mit Vorwärmen reduziert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Prozessfenster zur Durchführung der Ultraschall-Schweißung mithilfe des vorgeschalteten Vorwärmschritts vergrößert wird.
  • 6. Zusammenfassung der bevorzugten Ausführungsformen
    • 1. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen, von denen mindestens eine Materiallage (30) oder mindestens ein Formteil aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: a. eine Sonotrode (10) mit einem gegenüberliegend zur Sonotrode (10) angeordneten Gegenlager (20), sodass zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) ein Spalt (S) zur Aufnahme der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen vorhanden ist, b. eine Transportvorrichtung, mit der die mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile in einer Transportrichtung (T) dem Spalt (S) zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) zuführbar und aus diesem abführbar sind, und c. mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340), der der Sonotrode (10) bezogen auf die Transportrichtung (T) vorgelagert ist, um mindestens eine der Materiallagen (30) oder eins der Formteile vor einem Ultraschall-Schweißvorgang vorzuwärmen.
    • 2. Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1, in der der Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) aus einem Keramikbett (42, 142, 242, 342) mit darin eingebetteten Metallfolien (44, 144, 244, 344) besteht, mit denen IR-Wärmestrahlung im mittel- bis langwelligen Bereich abstrahlbar ist.
    • 3. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, in der an einer Seite oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile jeweils ein Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) angeordnet ist.
    • 4. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, in der ein Abstand (0,5×) zwischen dem mindestens einen Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) und den einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile mithilfe eines Stellglieds einstellbar ist.
    • 5. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, deren mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) die einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile bezogen auf eine Breite quer zur Transportrichtung (T) ganz oder teilweise, vorzugsweise variabel, abdeckt.
    • 6. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, deren mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) in einer Länge (L) parallel zur Transportrichtung (T) einstellbar ist.
    • 7. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, deren Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Abstrahlkontur aufweist, mit der ein ausgewählter Bereich der mindestens zwei Materiallagen (30) oder Formteile erwärmbar ist.
    • 8. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, deren Sonotrode (10) nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar angeordnet ist.
    • 9. Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, deren Gegenlager (20) stehend oder nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar angeordnet ist.
    • 10. Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen mittels Vorwärmen und Ultraschallschweißen, insbesondere mit einer Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1, dass die Folgenden Schritte aufweist: a. Bewegen der mindestens zwei Materiallagen (30) oder Formteilen in einer Transportrichtung (T) mithilfe einer Transportvorrichtung, b. Vorwärmen mindestens einer der zwei Materiallagen (30) oder mindestens eines der zwei Formteile mit einem Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340), wobei der Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) von einer Seite oder gegenüberliegend beidseitig auf die Materiallagen (30) oder Formteile einstrahlt, und c. Verschweißen der mindestens zwei Materiallagen (30) oder Formteile mittels Ultraschall.
    • 11. Verfahren nach Ausführungsform 10, wobei der Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) eine zwei- oder dreidimensionale Abstrahlkontur aufweist, mit der ausgewählte Bereiche und/oder Konturen der mindestens zwei Materiallagen (30) oder Formteile bestrahlt werden.
    • 12. Verwenden einer Vorrichtung zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmfunktion, insbesondere die Vorrichtung gemäß Ausführungsform 1, und/oder eines Verfahrens zum Ultraschall-Schweißen mit Vorwärmfunktion, insbesondere ein Verfahren gemäß Ausführungsform 10, zum Verbinden einer Karton- und/oder Metallfolie-Kunststoff-Sandwichstruktur vorzugsweise in Mehrschichtkartonmaterialien, Aluminiumverbundfolien oder Mehrschichtverbundmaterialien.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 0702622 [0002, 0033]

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum Ultraschallschweißen von mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen, von denen mindestens eine Materiallage (30) oder mindestens ein Formteil aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale aufweist: a. eine Sonotrode (10) mit einem gegenüberliegend zur Sonotrode (10) angeordneten Gegenlager (20), sodass zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) ein Spalt (S) zur Aufnahme der mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteilen vorhanden ist, b. eine Transportvorrichtung, mit der die mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile in einer Transportrichtung (T) dem Spalt (S) zwischen Sonotrode (10) und Gegenlager (20) zuführbar und aus diesem abführbar sind, und c. mindestens einen Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340), der der Sonotrode (10) bezogen auf die Transportrichtung (T) vorgelagert ist, um mindestens eine der Materiallagen (30) oder eins der Formteile vor einem Ultraschall-Schweißvorgang vorzuwärmen.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, in der der Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) aus einem Keramikbett (42, 142, 242, 342) mit darin eingebetteten Metallfolien (44, 144, 244, 344) besteht, mit denen IR-Wärmestrahlung im mittel- bis langwelligen Bereich abstrahlbar ist
  3. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der an einer Seite oder an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile jeweils ein Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) angeordnet ist,
  4. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, in der ein Abstand (0,5×) zwischen dem mindestens einen Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) und den einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile mithilfe eines Stellglieds einstellbar ist.
  5. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) die einander gegenüberliegend angeordneten Materiallagen (30) oder Formteile bezogen auf eine Breite quer zur Transportrichtung (T) ganz oder teilweise, vorzugsweise variabel, abdeckt.
  6. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren mindestens eine Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) in einer Länge (L) parallel zur Transportrichtung (T) einstellbar ist.
  7. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Metallfolien-Wärmestrahler (40, 140, 240, 340) eine zweidimensionale oder eine dreidimensionale Abstrahlkontur aufweist, mit der ein ausgewählter Bereich der mindestens zwei Materiallagen (30) oder Formteile erwärmbar ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Sonotrode (10) nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar angeordnet ist.
  9. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Gegenlager (20) stehend oder nur in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar oder rotierend und in einer Richtung senkrecht zur Transportrichtung (T) bewegbar angeordnet ist.
DE201120108504 2011-11-30 2011-11-30 Vorrichtung zum Ultraschallschweißen Expired - Lifetime DE202011108504U1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201120108504 DE202011108504U1 (de) 2011-11-30 2011-11-30 Vorrichtung zum Ultraschallschweißen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201120108504 DE202011108504U1 (de) 2011-11-30 2011-11-30 Vorrichtung zum Ultraschallschweißen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202011108504U1 true DE202011108504U1 (de) 2013-03-01

Family

ID=48051575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201120108504 Expired - Lifetime DE202011108504U1 (de) 2011-11-30 2011-11-30 Vorrichtung zum Ultraschallschweißen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE202011108504U1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015117928A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-13 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG MIT VORWÄRMEINRICHTUNG
EP4015193A4 (de) * 2019-10-22 2022-11-23 Lg Energy Solution, Ltd. Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer pouch-folie für sekundärbatterie

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3146585A1 (de) * 1981-11-25 1983-06-01 Michael Hörauf Maschinenfabrik, 7334 Süssen Vorrichtung zum ultraschallschweissen
EP0702622A1 (de) 1993-06-17 1996-03-27 Mölnlycke AB Verfahren zum kontrollieren der leistung einer schweisseinheit beim ultraschallschweissvorgang und anordnung zum durchführen dieses verfahrens
DE19752648C1 (de) * 1997-11-27 1999-03-18 Kiefel Gmbh Paul Verfahren zum Einschweißen eines Anschlußelements
DE10122802A1 (de) * 2001-04-04 2002-10-17 Helmut Potente Verfahren für ein Schweissen von Fügeteilen aus Kunststoffen
US20030188819A1 (en) * 2002-04-01 2003-10-09 Campbell Stephen Michael Method for obtaining improved ultrasonic bond strength
WO2009109827A2 (en) * 2008-03-05 2009-09-11 Inovapak Srl Apparatuses and methods for producing containers

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3146585A1 (de) * 1981-11-25 1983-06-01 Michael Hörauf Maschinenfabrik, 7334 Süssen Vorrichtung zum ultraschallschweissen
EP0702622A1 (de) 1993-06-17 1996-03-27 Mölnlycke AB Verfahren zum kontrollieren der leistung einer schweisseinheit beim ultraschallschweissvorgang und anordnung zum durchführen dieses verfahrens
DE19752648C1 (de) * 1997-11-27 1999-03-18 Kiefel Gmbh Paul Verfahren zum Einschweißen eines Anschlußelements
DE10122802A1 (de) * 2001-04-04 2002-10-17 Helmut Potente Verfahren für ein Schweissen von Fügeteilen aus Kunststoffen
US20030188819A1 (en) * 2002-04-01 2003-10-09 Campbell Stephen Michael Method for obtaining improved ultrasonic bond strength
WO2009109827A2 (en) * 2008-03-05 2009-09-11 Inovapak Srl Apparatuses and methods for producing containers

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015117928A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-13 Herrmann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG MIT VORWÄRMEINRICHTUNG
CN105980135A (zh) * 2014-02-06 2016-09-28 海尔曼超声波技术两合有限公司 具有预热单元的超声焊接装置
US9821511B2 (en) 2014-02-06 2017-11-21 Hermann Ultraschalltechnik Gmbh & Co. Kg Ultrasonic welding device with preheating unit
CN105980135B (zh) * 2014-02-06 2018-01-09 海尔曼超声波技术两合有限公司 具有预热单元的超声焊接装置
EP4015193A4 (de) * 2019-10-22 2022-11-23 Lg Energy Solution, Ltd. Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer pouch-folie für sekundärbatterie

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2925499B1 (de) Verfahren zum herstellen eines strukturbauteils für eine karosserie
EP3165349B1 (de) Vorrichtung zum herstellen dreidimensionaler objekte
AT514721B1 (de) Formgebungsanlage zum Herstellen eines Faser-Kunststoff-Verbundes
EP1287961A2 (de) Verkleidungsteil sowie Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von mehrlagigen Verkleidungsteilen
DE102013013497A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Organoblechen
DE102013021642B4 (de) Verfahren zur automatisierten Herstellung einer räumlichen Struktur aus faserverstärktem Kunststoff und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
DE102009021591B4 (de) Verfahren zum Preformen eines Textilienhalbzeugs und Preform-Vorrichtung
DE102010033466A1 (de) Verpackungsbehälter aus einem flächenförmigen Verbund mit verbesserter Haft- und Innenschichtkombination
DE102016216444A1 (de) Vorrichtung zur Herstellung einer Lebensmittelverpackung und Verfahren zur Herstellung von Verpackungsteilschalen einer Lebensmittelverpackung
DE102010005848B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Nahrungsmittel aus einem aluminiumfreien flächenförmigen Verbund mit einer Mehrfachinnenschicht durch Kaltfalten
DE102010033464A1 (de) Aus einem Behälterrohling geformter Behälter mit verbesserten Öffnungseigenschaften durch Streckwärmebehandlung von Polymerschichten
DE102006045027B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen einer thermoplastischen Kunststofffolienbahn oder Kunststoffplatte
DE102018114125A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geformten textilen Mehrschichtverbunden
DE102016003491A1 (de) VERFAHREN UND UMBUGSCHlEBERElNRlCHTUNG ZUM UMBUGEN ElNES RANDES ElNER DEKORLAGE, UMBUGANLAGE SOWIE VERWENDUNG EINES INDUKTIONSNEHMERS
DE202011108504U1 (de) Vorrichtung zum Ultraschallschweißen
DE3813104A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von faltbaren gegenstaenden, wie buchdecken, aktenordner, faltbehaelter oder dgl.
DE102010005850A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Nahrungsmittel aus einem aluminiumfreien flächenförmigen Verbund mit einer Innenschicht durch Kaltfalten
DE102010005847A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Nahrungsmittel aus einem aluminiumfreien flächenförmigen Verbund mit einer Mehrfachinnenschicht durch Heissfalten
DE102019124642A1 (de) Verkleidungsbauteil für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Verkleidungsbauteils sowie Sandwichwerkstoff für ein Verkleidungsbauteil
EP0459238A2 (de) Verfahren zum Verschweissen wenigstens eines Bereichs einer Auflagefolie mit einer AufnahmeflÀ¤che einer Trägerschicht
DE4425498A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Mehrschichtkörpern
DE102008050210B4 (de) Verfahren zum Verformen von thermoplastischen Wabenkörpern
AT505501B1 (de) Verfahren zur herstellung von kunststoffbauteilen
EP3406428B1 (de) Verfahren zum herstellen eines bauteils aus faserverbundwerkstoff
DE102018212747A1 (de) Verfahren zum Aufkaschieren einer textilen Oberflächenstruktur

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R197 New subsequently filed claims on ip dossier
R207 Utility model specification

Effective date: 20130425

R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years
R150 Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years

Effective date: 20141121

R082 Change of representative

Representative=s name: HEYER, VOLKER, DIPL.-PHYS. DR.RER.NAT., DE

R151 Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years
R152 Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years
R071 Expiry of right