DE4313875A1 - Vorrichtung zum Herstellen von Einsteckhüllen oder Einbanddecken - Google Patents

Description

Einsteckhüllen zum Aufbewahren von Losblättern bestehen aus Folienzuschnitten, die längs wenigstens zweier un­ mittelbar aneinander anstoßender Kanten durch Schweißen stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Einbanddecken, beispielsweise für Ringbücher u. dgl., sind in ähnlicher Form hergestellt, wobei in diesem Falle die Folienzu­ schnitte ringsherum durch Schweißnähte miteinander ver­ bunden sind und zwischen den Folien steife Einlagen, beispielsweise aus Vollpappe, eingelegt sind. Zusätzlich können an Sollbiegestellen weitere Schweißnähte ange­ bracht sein, die im wesentlichen quer zwischen den Längs­ kanten verlaufen.

Sowohl die Einstückhüllen als auch die Einbanddecken wer­ den in Maschinen produziert, denen die Folien als End­ losware von entsprechenden Rollen zugeführt wird. Die Maschine enthält einen auf- und abbewegbaren Schweiß­ stempel, der entsprechend der Kontur der Einsteckhüllen oder Einbanddecken Schweiß- bzw. Schneidkanten trägt. Dem Schweißstempel gegenüber ist in dem Maschinenge­ stell eine Heizeinrichtung angeordnet, die dazu dient, die Folien im Bereich der Schweiß- bzw. Schneidkanten des Schweißstempels so weit zu plastifizieren, daß die gewünschte stoffschlüssige Verbindung zustandekommt. Gleichzeitig wird von den messerförmigen Schneidkan­ ten der entsprechende Zuschnitt während des Verschwei­ ßens erzeugt.

Beim Plastifizieren der Folien mit Hilfe von Wärme be­ steht die Gefahr des Verklebens der Folie mit der be­ heizten Unterlage, weshalb in der Regel zwischen der Heizeinrichtung und der zu verarbeitenden Folie eine Trennlage eingefügt wird, in der Regel in der Gestalt eines endlosen Bandes, um das unerwünschte Verkleben der Folie mit der Unterlage zu verhindern.

Ein weiterer Nachteil des Verschweißens unter Zuhilfe­ nahme einer Heizeinrichtung besteht in der von einer Seite herkommenden Erwärmung. Diese einseitige Erwär­ mung führt innerhalb der beiden aufeinanderliegenden Folien zu einem erheblichen Temperaturgradienten. In­ folge dieses Temperaturgradienten ist die der Heiz­ einrichtung zugekehrte Seite wesentlich stärker er­ weicht als die dem Schweißstempel benachbarte Seite.

Eine andere bekannte Methode zum Plastifizieren besteht darin, die Folie im zu verschweißenden Bereich mit Hoch­ frequenz zu erwärmen. Dieses Verfahren läßt sich je­ doch nur bei solchen Folien einsetzen, die einen schlech­ ten elektrischen Verlustwinkel haben. Durch andere Fo­ lien tritt die Hochfrequenz hindurch, ohne die Folien dabei zu erwärmen. So lassen sich beispielsweise die aus Umweltschutzgründen zu bevorzugenden Polyolefine, beispielsweise Polypropylen, nicht in Anlagen mit Hochfrequenzheizeinrichtungen verarbeiten.

Ein weiteres Problem bei der Erzeugung von Einsteckhüllen und Einbanddecken oder ähnlichen Gegenständen aus end­ losen Folien ist der entstehende Abfall. Üblicherweise ist die Anordnung der Schweiß- und Schneidkanten an dem Schweißstempel ein Abbild der Schweißnähte und Schnitt­ kanten dem fertigen Produktes. Die zwangsläufige Folge hiervon ist eine strickleiterartiger Abfall, der ent­ steht, wenn die Produkte aus den Endlosfolien heraus­ getrennt werden. Dieser strickleiterartige Abfall ist u. a. auch schwierig zu handhaben.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, um ohne Heizeinrichtung Folien zu Einstückhüllen und Einbanddecken zu verschweißen, wobei auch Folien verarbeitbar sein sollen, die einen kleinen elektrischen Verlustwinkel aufweisen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaf­ fen, bei der bei der Produktion von Einsteckhüllen und Einbanddecken weniger Abfall entsteht.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Vor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 19 ge­ löst.

Infolge der Verwendung von Ultraschall enthält die neue Vorrichtung in der Schweißstation keine beheizten Teile mehr, an denen die Folien kleben bleiben können. Außer­ dem dringt der Ultraschall im wesentlichen gleichmäßig in die Folien ein, so daß innerhalb der Folien im Be­ reich der Schweißnaht praktisch keine nennenswerten Temperaturunterschiede auftreten. Dadurch wird beim Schweißen nicht mehr die vom Schweißstempel abliegende Folie stärker zerdrückt als die dem Schweißstempel benachbarte Folie. Wegen der gleichmäßigen Erwärmung der Folie, und zwar an Ort und Stelle und nicht etwa durch Wärmeleitung von außen her, können höhere Takt­ zeiten und damit größere Produktionsgeschwindigkeiten erzielt werden. Außerdem ist die Plastifizierung mit Hilfe von Ultraschall vom elektrischen Verlustwinkel der Folien vollständig unabhängig. Die Plastifizierung geschieht durch Erwärmung infolge der durch die Ultra­ schallschwingungen angeregten Molekülschwingungen in­ nerhalb der Folie.

Schließlich ist die Ultraschallschweißung gegenüber der Hochfrequenzschweißung wesentlich ungefährlicher, weil bei der Hochfrequenzschweißung immer die Gefahr be­ steht, daß an Stellen der Maschine Hochfrequenzenergie nach außen austritt und das Personal gesundheitlich gefährdet.

Bei der Ultraschallschweißung werden nur solche Bereiche der Folien erwärmt, die mit einer gewissen Mindestan­ druckkraft gegen die Sonotroden gedrückt werden, denn nur dort kann der Schall in die Folie eindringen. Folglich werden auch andere Bereiche der Folien, die nur lose aufliegen, nicht erwärmt. Auch dies ist ein erheblicher Vorteil gegenüber Vorrichtungen, die mit Heizstationen arbeiten.

Da bei den zu erzeugenden Produkten die Schweißflächen gegenüber der restlichen Fläche nur einen verhältnis­ mäßig kleinen Anteil haben, besteht die Sonotrodenan­ ordnung zweckmäßigerweise aus einzelnen Sonotroden, von denen jede eine ebene Auflagefläche für die Folien aufweist und die so angeordnet sind, daß sich alle Auflageflächen in einer gemeinsamen Ebene befinden. Diese Auflageflächen grenzen, soweit dies nicht durch die Kontur der Schweißnähte anders bedingt ist, im wesentlichen lückenlos aneinander.

Der geringste Aufwand an Sonotroden ist nötig, wenn die Sonotroden länglich ausgebildet sind und mit den Längs­ achsen ihrer Auflageflächen parallel zu den Schweiß- bzw. Schneidkanten ausgerichtet sind. Die Sonotroden haben da­ bei vorteilhafterweise eine etwa balkenförmige Gestalt.

Eine gute Energieverteilung innerhalb der Sonotrode ergibt sich, wenn die Ultraschallerzeugungseinrichtung in der Mitte und, bezogen auf die Auflagefläche, auf der gegenüberliegenden Seite angebracht ist. Die Schwin­ gungserzeugungseinrichtung regt in den Sonotroden eine Longitudinalschwingung an, derart, daß sich eine stehen­ de Welle ausbildet, bei der der Schwingungsbauch bei der Auflagefläche liegt.

Bei Einsteckhüllen oder Einbanddecken treten vergleichs­ weise sehr lange Schweißnähte auf und es muß sicherge­ stellt sein, daß über die gesamte Länge dieser Schweiß­ nähte exakt gleiche Andruckkräfte entstehen. Deshalb ist es günstig, wenn jede Sonotrode mittels wenigstens zweier voneinander beabstandeter Befestigungsmittel mit dem Maschinengestell verbunden ist. Dadurch kann auch langfristig eine exakte Ebenheit aller Auflage­ flächen der zum Schweißen einer Einsteckhülle erfor­ derlichen Sonotroden erhalten werden. Dabei kann zu­ sätzlich zu den Befestigungsmitteln auch noch die Schwingungserzeugungseinrichtung zum Anbringen an dem Gestell mit herangezogen werden. Andererseits ergeben sich durchaus Vorteile, wenn die Schwingungserzeugungs­ einrichtung nicht mit dem Maschinengestell, sondern nur mit der Sonotrode mechanisch verbunden ist.

Die elektrischen bzw. akustischen Verluste infolge von Schallenergie, die wirkungslos im Maschinengestell ver­ schwindet, lassen sich verhindern, wenn die Befesti­ gungsmittel in geschickter Weise an der Sonotrode an­ gebracht werden und, bezogen auf die Wellenlänge der angeregten Ultraschallschwingung, eine geeignete Länge bis zur Befestigungsstelle an dem Maschinengestell auf­ weist. Eine beispielsweise sehr verlustarme Befesti­ gung besteht darin, an der balkenförmigen Sonotrode Laschen vorzusehen, die auf der Stirnseite der Sonotro­ de parallel zu der Auflagefläche vorstehen. Die Lasche befindet sich in einem solchen Abstand von der Auflage­ fläche, daß bei der angenommenen stehenden Welle in der Sonotrode diese Laschen sich auf der Ebene der Schwingungsknoten der Longitudinalschwingungen befinden. Außerdem können weitere Verbesserungen erzielt werden, wenn die Befestigungsmittel als Stäbe ausgebildet sind, deren Länge bis zur Befestigungsstelle an dem Maschinen­ gestell die halbe Wellenlänge beträgt.

Eine andere Möglichkeit, das gleiche Ziel zu erreichen, besteht darin, Stäbe zu verwenden, die mit der der Auf­ lägefläche gegenüberliegenden Seite der Sonotrode ver­ bunden sind. An dieser Fläche befindet sich für gewöhn­ lich ein Schwingungsbauch, d. h. die Schwingamplitude ist dort am größten. Auch in einem solchen Falle ist eine Befestigung an dem Maschinengestell ohne Einkoppeln von Ultraschallenergie möglich, indem Stäbe verwendet werden, die eine Länge von λ/2 aufweisen, wobei sich etwa auf der Hälfte der Länge, also bei λ/4, ein Fort­ satz oder Flansch befindet, um den betreffenden Stab formschlüssig mit dem Maschinengestell zu verbinden. In jedem Falle liegen die Stäbe mit ihrer Längsachse rechtwinklig zu einer von der Auflagefläche definier­ ten Ebene.

Wenn die Anordnung der Schweiß- und Schneidkanten an dem Schweißstempel so gestaltet ist, daß sich ein, in Transportrichtung der Folien gesehen, offenes Muster ergibt, kann der Schnittabfall bei den Folien deut­ lich verringert werden. Bei einem solchen offenen Muster liegt die quer verlaufende Kante, die ein Pro­ dukt gegenüber der Folie bzw. dem nächsten Produkt abgrenzt, sozusagen auf das Innere des Musters ver­ schoben. Infolge dieser Anordnung wird bei einem Schweißzyklus das stromabwärts liegende Produkt hin­ sichtlich der Schweiß- und Trennähte vervollständigt, während von dem nachfolgenden Produkt die erste Quer­ kante und ein Stück der in Längsrichtung liegenden Schweißnähte produziert wird. Auf diese Weise entfällt der Abfall zwischen benachbarten Produkten. Der Ab­ fall sind somit nurmehr noch zwei seitliche Streifen, während die sonst anfallenden Quersprossen in dem strickleiterartigen Abfall bei geschlossenen Kanten­ mustern entfallen.

Mit dem neuen Stempel werden zur vollständigen Fertig­ stellung eines Produktes zwei Hübe benötigt, was aber, wegen der fortlaufenden Produktion, keinen Nachteil darstellt. Selbst wenn in Längsrichtung bei der Ver­ schweißung ein gewisser Versatz auftreten sollte, ist er nach außen hin praktisch nicht zu bemerken, weil die Längsschweißnähte dann an der Versatzstelle ein Stückchen stärker überlappen. Daß der Abstand der Querschweißnähte dann unter Umständen um Bruchteile von Millimetern variiert, ist bei einem Grundabstand der Querschweißnähte von 20 bis 30 cm nicht zu bemerken.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegen­ standes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine aus zwei Folien zusammengeschweißte Ein­ banddecke in einer perspektivischen Darstel­ lung,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Trennschweißen der in Fig. 1 gezeigten Einbanddecke, in einer stark schematisierten Seitenansicht,

Fig. 3 die Vorrichtung nach Fig. 2 in einer vergrößer­ ten Darstellung und in einer Blickrichtung parallel zu der Transportvorrichtung innerhalb der Vorrichtung,

Fig. 4 die Befestigung der Sonotrode nach Fig. 3 in einer vergrößerten Seitenansicht,

Fig. 5 die Sonotrode nach Fig. 5 in einer Stirnansicht,

Fig. 6 eine andere Befestigungsart der Sonotrode in einer Seitenansicht,

Fig. 7 die Sonotrode nach Fig. 6 in einer Seitenansicht,

Fig. 8 die Sonotroden der Vorrichtung nach Fig. 3 in einer Draufsicht,

Fig. 9 die Draufsicht auf einen Schweißstempel zum Trenn­ schweißen der Einbanddecke nach Fig. 1,

Fig. 10 einen schematisierten Querschnitt durch den Schweiß­ stempel nach Fig. 8 längs der Linie X-X und

Fig. 11 eine andere Ausführungsform der Sonotroden der Vor­ richtung nach Fig. 3 in einer Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Einbanddecke 1, die aus zwei dünnen Folienzuschnitten 2 und 3 besteht. Diese beiden Fo­ lienzuschnitte sind längs all ihrer Außenkanten 4, 5, 6 und 7 mit fortlaufenden Schweißnähten 8 bzw. 9 verbunden, die paarweise zueinander parallel im Ab­ stand verlaufen. Zwischen den Schweißnähten 9 verlau­ fen weitere Schweißnähte 11, ebenfalls im Abstand zueinander parallel, die Sollbiegestelle der Einband­ decke 1 bilden und zwischen sich einen Bereich 12 be­ grenzen, der an dem mit der Einbanddecke 1 versehenen Produkt, beispielsweise einem Ringbuch, den Buchrücken darstellt. Die Schweißnähte 11 gehen stumpf in die beiden Schweißnähte 8 an beiden Enden über.

Um die Einbanddecke 1 zu verstärken, liegen zwischen den beiden Folien 2 und 3 Verstärkungseinlagen in Ge­ stalt von Vollpappezuschnitten 13, wie dies an der ge­ öffneten Ecke der Einbanddecke 1 zu erkennen ist. Im einzelnen befinden sich zwei gleich große Vollpappe­ zuschnitte 13 in den Flächen, die von den Schweiß­ nähten 8, 9 und 11 begrenzt sind, während ein kleine­ rer, entsprechend bemessener Vollpappezuschnitt in dem Bereich 12 zwischen den beiden Schweißnähten 11 liegt.

Sämtliche Schweißnähte 8, 9, 11 sind dadurch erzeugt, daß mit Hilfe einer Ultraschalleinrichtung die Be­ reiche, in denen die Schweißnähte später gebildet sind, die Kunststoffolien plastifiziert sind. Diese können aus jedem geeigneten plastifizierbaren Material bestehen. Beispielsweise können sie auch aus Polyole­ finen bestehen, wie Polypropylen, das durch Hochfre­ quenz nicht verschweißbar ist.

Die Vorrichtung zum Produzieren der Einbanddecken 1 ist in Fig. 2 stark schematisiert gezeigt. Sie weist ein Maschinengestell 14 auf, in dem sich eine Schweiß­ station 15 befindet. Die Schweißstation umfaßt einen darin beweglich geführten Schweißstempel 16 und eine dem Schweißstempel gegenüber befindliche Sonotrodenanordnung 17.

Ferner läuft durch das Maschinengestell 14 ein endloses Förderband 18, das um insgesamt vier in dem Maschinen­ gestell 14 drehbar gelagerte Rollen 19 umläuft. Die Breite des Förderbandes 19 ist gleich der maximalen Breite von zu verarbeitenden Folienbahnen. Das Förder­ band 18 läuft mit seinem Arbeitstrum 21 zwischen dem Schweißstempel 16 und der Sonotrodenanordnung 17 durch und beginnt stromaufwärts der Schweißstation 15. Es endet stromabwärts der Schweißstation 15 bei einer Vakuumfördereinrichtung 22, die dazu dient, die fertig verschweißten und voneinander separierten Einbanddecken 1 in einer Ablage 23 zu stapeln.

Der Schweißstation 15 werden übereinanderliegend in bekannter Weise in endloser Form von Vorratsrollen kom­ mende Folienbänder 24 zugeführt. Die Vorratsrollen, von denen die beiden Folienbänder 24 abgewickelt wer­ den, sind in der Zeichnung nicht weiter veranschau­ licht. Zwischen die beiden Folienbänder 24 werden in bekannter Weise die dem Versteifen dienenden Zuschnit­ te 13 lagerichtig eingefügt. Die hierzu erforderlichen apparativen Einrichtungen sind bekannt und brauchen deswegen an dieser Stelle im einzelnen nicht erläutert zu werden.

Die solchermaßen sandwichartige Anordnung aus der unteren Folienbahn, den Verstärkungsanlagen 13 und der oberen Folienbahn gelangt in die Schweißstation 15, in der mit Hilfe des Schweißstempels 16, der taktweise auf- und abbewegt wird, die Folienbahnen 24 längs der in Fig. 1 sichtbaren Schweißnähte 8, 9, 11 miteinander verschweißt werden. Gleichzeitig geschieht ein Trennvorgang, in dem das überschüssige Material der Folien von den Ein­ banddecken 1 abgeschnitten wird. Zum Verschweißen be­ wegt sich der Schweißstempel 16 in Richtung auf die ortsfesten Sonotrodenanordnung 17, die die beiden Fo­ lienbahnen 24 zum Verschweißen plastifiziert.

Nach dem Verschweißen der Folienbahnen 24 liegen auf dem Arbeitstrum 21 die von dem Abfall der Folienbahnen 24 separierten Einbanddecken 1 und werden mit Hilfe des Förderbandes 21 zu dem Vakuumförderer 22 geschafft. Gleichzeitig werden mit Hilfe einer veranschaulichten Transport- und Aufwickeleinrichtung 25 die beiden strei­ fenförmigen Abfallreste der Folienbahnen 24 aufgewickelt, um sie entsorgen zu können.

Der Vakuumförderer 22 besteht aus einem Vakuumkasten 26, über den ein gelochtes endloses Transportband 27 läuft, das mittels Rollen 28 in dem Gestell 14 gelagert ist. Das Vakuumförderband 27 hat dieselbe Laufrichtung wie das Förderband 18 und soll mit Hilfe der Vakuumförder­ einrichtung 22 zwangsweise die an sich von dem Abfall weitgehend getrennten Einbanddecken 1 von den Abfallstreifen vollständig abreißt, falls der Trennschweißvorgang nicht an allen Stellen das Material vollständig durchtrennt hat. Der Abzug der Abfallstreifen erfolgt deswegen auch an einer Kante 29, die sich oberhalb des Vakuumkastens 2-6 befindet. Die Vakuumfördereinrichtung 22 hält die fertig verschweißten Einbanddecken 1 zwangs­ weise fest, um sie zu dem Sammelkasten 23 zu schaffen, während die beiden Abfallstreifen der Folienbänder mit Hilfe der Abzugseinrichtung 25 nach oben um die Kante 29 herum abgezogen werden.

Der Aufbau der Heizstation 15 ist nachstehend anhand der Fig. 3 bis 7 erläutert.

Wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, ist die Schweiß­ station 15 etwa portalartig aufgebaut und weist einen unteren Gestellrahmen 31 auf, den miteinander verbun­ dene Traversen 32 bilden.

An den Ecken des Gestellrahmens 31 erheben sich insge­ samt vier zylindrische Säulen 33, die den unteren Ge­ stellrahmen 31 mit einem Joch 34 verbinden, das parallel und im Abstand zu dem unteren Gestellrahmen 31 angeord­ net ist. Auf jeder der vier Säulen 33 läuft je eine Führungsbüchse 35, die in der Nähe ihrer Enden jeweils eine nicht erkennbare Kugelführungsbüchse enthält. In dem oberen Drittel ist jede der Büchsen mit einem Flansch 36 versehen, auf dem eine Plattform 37 auf­ liegt, die mit Schrauben 38 an dem Flansch 36 befestigt ist. Die Plattform 37 dient der Halterung des eigent­ lichen Schweißstempels 16.

Auf der Oberseite des Querjochs 34 ist ein zweiseitig wirkender Pneumatikzylinder 38 aufgeflanscht, dessen Kolbenstange 39 mit der Oberseite der Plattform 37 verbunden ist, um die Plattform 37 wahlweise auf- und abzubewegen. Die Steuerungseinrichtung sowie die Druck­ quelle für den zweiseitig wirkenden Pneumatikzylinder 38 ist im einzelnen nicht dargestellt.

Die Sonotrodenanordnung 17 besteht aus einer Anzahl einzelner Sonotroden 41, die auf dem unteren Gestell­ rahmen 31 aufgeständert sind. Jede Sonotrode 41 ist ein länglicher, quaderförmiger Block, d. h. er hat eine etwa balkenförmige Gestalt mit einer ebenen rechtecki­ gen Oberseite 42, die die Auflagefläche für das Ar­ beitstrum 21 des Förderbandes 18 darstellt.

Die Anordnung der Sonotroden 41 in der Schweißstation 15 entspricht dem Verlauf der Schweißnähte 8, 9 und 11 der herzustellenden Einbanddecken 1. Im einzelnen bedeutet dies, daß je eine Sonotrode 41, wie in Fig. 3 gezeigt, unter den Schweißnähten 9 verläuft, wobei ihre Länge zweckmäßigerweise etwas größer ist als die Länge der Schweißnaht 9. Wenigstens eine, vorzugsweise jedoch zwei einzelne Sonotroden 41, erstrecken sich unterhalb der Schweißnaht 8, und zwar möglichst lücken­ los zwischen den beiden Sonotroden 41, die sich unter den Schweißnähten 9 befinden. Weitere ein oder zwei So­ notroden 41 liegen unter den Schweißnähten 11 und stoßen möglichst lückenlos an die Sonotroden 41 für die Schweiß­ nähte 9 an. Die Auflageflächen 42 aller Sonotroden 41 zusammen ergeben eine weitgehend geschlossene Fläche, auf der sämtliche Schweißnähte 8, 9, 11 Platz finden. Wegen der Breite der Auflagefläche 42 erstrecken sich die Sonotroden 41, die sich an sich unter den Schweiß­ nähten 9 befinden, auch noch ein Stück weit unter die angrenzenden Bereiche der Schweißnähte 8.

Die Draufsicht auf die Sonotroden 41 ergibt damit ein Bild, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.

Der Verlauf der Schweißnähte 8, 9, 11 ist darin gestrichelt eingezeichnet.

Eine Möglichkeit für die Befestigung der Sonotrode 41 auf dem unteren Gestellrahmen 31 ist in den Fig. 4 und 5 vergrößert dargestellt. Hiernach ist die Sonotrode 41 an ihren beiden zueinander parallelen und ansonsten planen Stirnflächen 43 mit jeweils einer über die Stirn­ fläche 43 vorstehenden Lasche 44 versehen. Mit diesen beiden Laschen 44 liegt die Sonotrode 41 somit endsei­ tig unterstützt auf zwei im Querschnitt rechteckigen Stäben 45 auf, die an ihrem unteren Ende in einen Flansch 46 übergehen. Der Flansch 46 steht auf der ent­ sprechenden Strebe 32 des Gestellrahmens 31 auf und ist dort mit Schrauben 47 festgeschraubt.

Damit die Sonotrode 41 nicht von der Oberseite des Sta­ bes 45 herunterfällt, ist sie auf der Oberseite des betreffenden Stabes 45 mit je einer Spannpratze 48 fest­ geklemmt, die ihrerseits mittels einer Reihe von Schrau­ ben 49 auf der Oberseite des Stabes 45 befestigt ist. Die Breite des Stabes 45 sowie der Spannpratze 48 entspricht der Breite bzw. Dicke der Sonotrode 41, also der Breite der Auflagefläche 42 und ist damit genauso breit wie die Lasche 44 lang ist.

Die Sonotrode 41 wird an ihrer der Auflagefläche 42 gegenüberliegenden Seite 51 mit Hilfe eines daran be­ festigten Boosters 52 und einem an dem Booster 52 an­ geflanschten Konverter 53 in Ultraschallschwingungen versetzt. Der Booster 52 ragt durch eine entsprechende Öffnung 54 in der Strebe 32 nach unten. Weder der Booster 52 noch der Konverter 53 sind für sich mit dem Maschi­ nengestell 14 verbunden. Der Booster 52 ragt frei und ohne Berührung durch den unteren Gestellrahmen 31 hin­ durch.

Der Konverter 53 ist in bekannter Weise mit einem nicht weiter gezeigten Ultraschallgenerator elektrisch ver­ bunden. Wenn dieser Generator in Gang gesetzt wird, wandelt der Konverter 53 die elektrische Schwingung in eine mechanische Bewegung des Boosters 52 um, der diese Bewegung an die Sonotrode 41 weitergibt. Hierdurch entsteht in der Sonotrode 41 eine Longitudinalschwingung, und bei entsprechend gewählter Frequenz eine stehende Welle mit einem Amplitudenverlauf, wie er in Fig. 4 auf der rechten Seite gezeigt ist. Danach hat die ste­ hende Welle in der Sonotrode 41 zwei Schwingungsbäuche, von denen der eine an der Auflagefläche 42 und der an­ dere im Bereiche der Unterseite 51 liegt. Zwischen diesen beiden Schwingungsbäuchen gibt es einen Schwin­ gungsknoten, der im Falle der balkenförmigen Sonotrode 41 zu einer Knotenfläche wird, die zu der Auflage­ fläche 42 parallel ist und in der Mitte zwischen der Auflagefläche 42 und der Unterseite 51 liegt. Im Bereiche dieser Knotenfläche ist die Sonotrode 41 ständig relativ in Ruhe und es sind deswegen auf der Höhe dieser Knoten­ fläche die beiden Laschen 44 vorgesehen. Hierdurch wird verhindert, daß Ultraschallenergie aus der Sonotrode 41 in das Maschinengestell 14 gelangt. Andererseits wird durch die Zweipunktauflage der Sonotrode 41 die exakte Ausrichtung der Auflagefläche 42 zu dem Gestell­ rahmen 31 und damit zu dem Schweißstempel 16 gewähr­ leistet. Die an zwei Enden unterstützte Sonotrode 41 kann sich während des Niederdrückens des Schweiß­ stempels 16 nicht verbiegen und es entsteht eine über die gesamte Länge der Sonotrode 41 gleichförmige Schweiß­ naht von bis zu 30 cm oder mehr, je nach den Abmessungen der Einbanddecke 1.

Nachteilig bei der beschriebenen Art der Befestigung der Sonotrode 41 an dem unteren Gestellrahmen 31 ist, daß die Sonotrode 41 nicht ohne Lücke an der Stirn­ seite an eine, benachbarte Sonotrode 41 anstoßen kann. Dieser Nachteil wird mit einer Befestigungsart ver­ mieden, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.

Bei dieser Befestigungsart befinden sich die Stäbe 45 in Gestalt von zylindrischen Säulen an der Unterseite 51 und sie sind gegenüber den Stirnseiten 43 ein Stück weit zurückversetzt. Die nunmehr zylindrischen Stäbe 45 sind bezüglich des Boosters 52 äquidistant angeord­ net und an der Unterseite 51 festgeschraubt. Etwa in der Mitte, bezogen auf ihre Länge, tragen sie ein­ stückig einen umlaufenden Ringbund 55, der, bezogen auf die Länge des Stabes 45, eine geringe axiale Aus­ dehnung von ca. 2 mm hat. Dieser Ringbund 55 befindet sich etwa in der Mitte, bezogen auf die Lange des Stabes 45, der durch eine entsprechende Bohrung 56 in der Strebe 32 mit Spiel hindurchführt. Mittels eines Rings 57, der von unten her auf den zylindrischen Stab 55 aufgeschoben ist, wird der Ringbund 55 gegen die betreffende Strebe 32 ange­ preßt, und zwar mit Hilfe einer Reihe von Schrauben 58, die durch den Ring 57 hindurchführen und in die Strebe 32 eingeschraubt sind.

Abweichend von der dargestellten Form ist es auch möglich, den Ringbund 55 auf die Oberseite der Strebe 32 aufzustel­ len, die hierzu entsprechend plan bearbeitet ist. In jedem Fall soll, abgesehen von dem Ringbund 55, den Stab 45 be­ rührungsfrei durch die Strebe 32 hindurchführen.

Die Lage des Ringbundes 55 ist wiederum so gewählt, daß sich eine minimale Einkopplung von Ultraschallenergie in die Strebe 32 ergibt. Wie das in Fig. 6 auf der rechten Seite angegebene Amplitudendiagramm zeigt, ist, wie vorher, ein Schwingungsbauch im Bereich der Auflagefläche 42 vorhanden. Ein zweiter Schwingungs­ bauch befindet sich an der Unterseite 51 und der nächste Schwingungsknoten, wiederum eine Knotenfläche, liegt dort, wo sich der Ringbund 55 befindet.

Da im Gegensatz zu der Befestigung nach Fig. 4 bei der Befestigung nach Fig. 6 der Stab 45 seinerseits mit Ultraschallenergie angeregt ist, hat er einen über den Ringbund 55 hinausragenden Abschnitt mit einer Länge von λ/4, damit die Resonanzabstimmung des Systems nicht beeinträchtigt wird.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Befestigung nach Fig. 4 und der Befestigung nach Fig. 6 besteht darin, daß im einen Falle die Sonotrode 41 an einer Stelle mit dem Stab 45 verbunden ist, an der keine Ultraschallenergie aus der Sonotrode 41 austritt, während im anderen Falle die Befestigung an einer Stelle erfolgt, wo die Schwingamplitude ihr Maximum hat, weshalb im Falle von Fig. 6 der gesamte Stab 45 ebenfalls schwingt. Deswegen ist bei der Ausführung nach Fig. 4 die Länge des Stabes 45 weitgehend gleich­ gültig, während im Falle der Ausführung nach Fig. 6 der Stab 45 die Länge von λ/2 hat und der Ringbund 55 sich etwa auf der Mitte befindet.

Fig. 9 zeigt den Schweißstempel 16 gemäß weiterer Er­ findung in einer Draufsicht. Dieser Schweißstempel 16 besteht aus einem den Konturen der Schweißnähte der Einbanddecke 1 entsprechenden Grundrahmen 61 mit zwei voneinander beabstandeten und zueinander parallelen in Längsrichtung liegenden Schenkeln 62, die durch zwei quer dazu sich erstreckende Schenkel 63 und 64 miteinander verbunden sind. Der in Querrichtung liegende Schenkel 63 hat das in Fig. 10 gezeigte Profil und er besteht aus zwei aneinander anliegen­ den Leisten 65, zwischen denen hochkantstehend eine Schneidklinge 66 mit einer scharfen Schneide 67 einge­ setzt ist. Die Schneidklinge 66 bildet die Schneid­ kante, längs derer bei der Produktion aufeinanderfol­ gender Einbanddecken 1 voneinander getrennt werden. Außerdem liegen neben der Schneidklinge 66 zu beiden Seiten schmale Schweißflächen 68, die gegenüber der Schneidkante geringfügig zurückspringen, wobei der Höhenversatz etwa der Dicke der beiden aufeinanderlie­ genden Folienbahnen 24 entspricht. Die Breite der Schweißkanten oder Schweißflächen 68, gemessen in Richtung senkrecht zu der Schneidkante, entspricht der Breite der jeweiligen Schweißnaht.

Die Struktur auf den beiden Schenkeln 62 unterscheidet sich von dem in Fig. 10 gezeigten Querschnitt dadurch, daß nur eine der beiden Schweißflächen 68 vorhanden ist.

Auf dem Schenkel 64 dagegen fehlt auch die Schneidkante 67 und es sind den beiden Schweißnähten 11 entsprechend lediglich zwei Schweißkanten 68 im entsprechenden Ab­ stand voneinander vorhanden.

Ersichtlicherweise hat der Schweißstempel nach Fig. 9 lediglich eine in Querrichtung verlaufende Schneid­ kante 67, während sich die Schweißkanten 68 auf den Schenkeln 62 über die querverlaufende Schneidkante 67 hinaus erstrecken. Das Muster der Schneidkanten 67 des Schweißstempels 9 stimmt damit nicht mit der Außenkontur der Einbanddecke 1 überein. Die Außen­ kontur der Einbanddecke 1 wird vielmehr nur dadurch erhalten, daß der Schweißstempel 16 zweimal nach­ einander an zwei um die Länge der Einbanddecke 1 gegeneinander versetzte Stellen auf den Folienbahnen 24 zur Einwirkung gebracht wird.

Durch diese neue Form des Schweißstempels 16 werden Schnittabfälle zwischen aufeinanderfolgenden Einband­ decken 1 vermieden, da der Schenkel 63 des Schweiß­ stempels 16 eine für aufeinanderfolgende Einbandecken 1 gemeinsame Schneidkante 67 aufweist. Ein geringer Längenversatz in Transportrichtung, d. h. in Richtung der Schenkel 62 hat auf die Herstellungsgüte keinen Einfluß. In jedem Falle entsteht nur eine einzige Querschneidnaht.

Die Arbeitsweise mit dem neuen Schweißstempel 16 ist wie folgt:

Wenn der Schweißstempel 16, gesteuert über die Antriebs­ einrichtung 38, in Richtung auf die Sonotrodenanordnung 17 abgesenkt wird, werden von der einen Einbanddecke 1 die bisher noch nicht erzeugten Bereiche der in Längsrichtung liegenden Schweißnähte 8 sowie die bei­ den Querschweißnähte 11 und die stromaufwärts gelegene Querschweißnaht 9 erzeugt, da beim Niederdrücken des Schweißstempels 16 auf die Fördereinrichtung 18 die Ultraschallenergie der Sonotrodenanordnung 17 in die Folienbahnen 24 eingekoppelt wird. Dort, wo die Folien­ bahnen 24 mit Hilfe der Schweißkanten 68 auf die Folienbahnen 24 niedergedrückt wird, werden die Folien­ bahnen 24 durch die Ultraschallenergie plastizifiert und können miteinander verschweißen. Gleichzeitig tren­ nen die Schneidkanten 67 an den entsprechenden Stellen die beiden Folienbahnen 24 durch.

Nach dem Hochgehen des Schweißstempels 16 werden die beiden Folienbahnen 24 zusammen mit der unvollständi­ gen Einbanddecke 1 weitertransportiert, und zwar um einen Weg, der der Länge der Einbanddecke 1, gemes­ sen zwischen den beiden Querschweißnähten 9, ent­ spricht. Da beim vorausgehenden Abwärtshub des Schweißstempels 16 von der nachfolgenden Einbanddecke 1 die stromabwärts gelegene Querschweißnaht 9 sowie ein kurzes Stück der in Längsrichtung liegenden Schweiß­ nähte 8 erzeugt wird, werden beim nachfolgenden Schweiß­ hub der Rest der in Längsrichtung liegenden Schweiß­ nähte 8 sowie die Querschweißnähte 11 und die stromauf­ wärts liegende Querschweißnaht 9 erzeugt. Gleichzeitig damit wird wiederum für die nun folgende Einbanddecke 1 die stromabwärts gelegene Querschweißnaht 9 und ein Stück der beiden in Längsrichtung liegenden Schweiß­ nähte 8 hergestellt.

Abgesehen von der allerersten Einbanddecke 1, die Ab­ fall darstellt, werden im Anschluß daran mit jeweils zwei aufeinanderfolgenden Hüben des Schweißstempels 16 vollständige Einbanddecken 1 erzeugt, ohne daß zwischen aufeinanderfolgenden Einbanddecken 1 ein Abfall ent­ steht. Vielmehr grenzen aufeinanderfolgende Einband­ decken 1 an der Schnittkante unmittelbar aneinander und es werden von aufeinanderfolgenden Einbanddecken 1 die aneinander angrenzenden Querschweißnähte 9 gleich­ zeitig hergestellt.

Die in Fig. 8 dargestellte Anordnung der Sonotroden 42 ist speziell an den Verlauf der Schweißnähte 8, 9 und damit der Schweiß- bzw. Schneidkanten 66, 67 angepaßt. Eine so bestückte Maschine wäre speziell in Richtung der Herstellung von Einbanddecken gemäß Fig. 1 opti­ miert. Wenn dagegen mit der Maschine abwechselnd un­ terschiedliche Gegenstände mit anderen Verläufen der Schweißnähte hergestellt werden sollen, wird zweck­ mäßigerweise eine Sonotrodenanordnung verwendet, wie sie in Fig. 10 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung sind insgesamt neun balkenförmige Sonotroden 42 mit ihren Längsachsen parallel nebeneinander angeordnet, und zwar so, daß unmittelbar benachbarte Sonotroden einander praktisch berühren. Diese insgesamt neun Sono­ troden 42 ergeben eine entsprechend große geschlossene Tischfläche, mit der alle Gegenstände produziert wer­ den können, deren Außenkontur kleiner als die Tisch­ fläche ist. Die Gesamtabmessungen eines solchen Tisches betragen beispielsweise bis zu 40 × 80 cm. Im übrigen ist die Funktionsweise, wie oben, beschrieben, d. h. es können plastifizierbare Folien, wie Polypropylen, verarbeitet werden, die einen nur sehr engen Schweiß­ temperaturbereich aufweisen. Dieses Material erfordert nämlich eine sehr genaue Prozeßtemperatur, weil unter­ halb des Bereiches keine Erweichung stattfindet, die zu einem Verkleben der weichen Teile führt und oberhalb des sehr schmalen Temperaturbereiches das Material be­ reits wegzufließen beginnt. Beim Ultraschallschweißen besteht diese Gefahr dagegen nicht.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Herstellen von Einsteckhüllen oder Einbanddecken (1), wobei die Einsteckhüllen und die Einbanddecken (1) von miteinander an Schweißnähten (8, 9, 11) stoffschlüssig verbundenen thermoplastischen Folien (24) gebildet sind,
mit einem Maschinengestell (14),
mit einem in dem Maschinengestell (14) angeordneten Schweißstempel (16), der den Konturen der Schweißnähte (8, 9, 11) entsprechende Schweiß- bzw. Schneidkanten (67, 68) aufweist, die im wesentlichen in einer Ebene liegen, sowie
mit einer dem Schweißstempel (16) gegenüber befindli­ chen und in dem Maschinengestell (14) angeordneten Sonotrodenanordnung (17) zum Ultraschallschweißen, wobei der Schweißstempel (16) und die Sonotrodenan­ ordnung (17) durch eine Antriebseinrichtung (38) von­ einander weg bzw. aufeinander zu bewegbar sind, und
mit einer Ultraschallgeneratoranordnung zum Anregen der Sonotrodenanordnung (17).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrodenanordnung (17) von einzelnen, von­ einander unabhängig in dem Maschinengestell (14) be­ festigten sowie im wesentlichen länglichen Sonotroden (41) gebildet ist, von denen jede eine ebene Aufla­ geflächen (42) für die Folien (24) aufweist, und daß alle Auflageflächen (42) in einer gemeinsamen Ebenen liegen und soweit dies nicht durch die Kontur der Schweißnähte (8, 9, 11) bedingt ist im wesentlichen lücken­ los aneinander angrenzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (41) derart angeordnet sind, daß sie mit ihren Längsachsen der Auflageflächen (42) zu den zugehörigen Schweiß- bzw. Schneidkanten (67, 68) parallel ausgerichtet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonotrode (41) eine balkenförmige Gestalt aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonotrode (41) bezogen auf ihre Längserstreckung in der Mitte und der Auflagefläche (42) gegen­ über mit einer Schwingungserzeugungseinrichtung (52, 53) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (41) durch die Schwingungserzeu­ gungseinrichtung (52, 53) in Longitudinalschwingungen zu versetzen sind, deren Schwingungsrichtung auf der Auflagefläche (42) senkrecht steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonotrode (41) mittels wenigstens zweier voneinander beabstandeter Befestigungsmittel (45) mit dem Maschinengestell (14) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonotrode (41) zusätzlich mittels der Schwingungserzeugungseinrichtung mit dem Maschinenge­ stell (14) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel ein Stab (45) ist, der mit der jeweiligen Sonotrode (41) an einer Stelle verbun­ den ist, an der in der schwingenden Sonotrode (41) ein Schwingungsknoten liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Stabes (45) bis zur Anbringung an dem Maschinengestell (14) gleich der halben Wellen­ länge der in dem Stab (45) auftretenden Ultraschall­ schwingung oder einem ganzzahligen Vielfachen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die balkenförmige Sonotrode (41) zwei Stirnseiten (43) aufweist und je ein Stab (45) an einer Stirnsei­ te (43) befestigt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotrode (41) zur Befestigung des Stabes (45) eine aus der Stirnseite (43) vorstehende Lasche (44) einstückig trägt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsmittel ein Stab (45) ist, der an einer von der Auflagefläche (42) abliegenden Seite (51) der balkenförmigen Sonotrode (41) mit der Sono­ trode (41) verbunden ist und an derjenigen Stelle, an der bei schwingender Sonotrode (41) in dem Stab (45) ein Schwingungsknoten liegt, einen Fortsatz (55) auf­ weist, der an dem Maschinengestell (14) befestig ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz ein Ringbund (55) ist, der um den Stab (45) herumführt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (45) sich ausgehend von der Sonotrode (41) über den Fortsatz (55) hinaus erstreckt, derart, daß an dem frei Ende des Stabes (45) ein Schwingungs­ bauch liegt.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (45) mit seiner Längs­ achse im wesentlichen rechtwinkelig zu einer durch die Auflagefläche (42) definierten Ebene verläuft.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Sonotrodenanordnung (17) und dem Schweißstempel (16) ein endloses Förderband (18) ver­ läuft und daß die die Einsteckhülle bzw. die Einband­ decke (1) bildenden Folien (24) zwischen dem Förder­ band (18) und dem Schweißstempel (16) verlaufen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (41) im wesentlichen lückenlos nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Längsachsen vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind, und daß die Auflageflächen (42) eine im wesentlichen geschlossene Tischfläche bilden, deren Größe der Ma­ ximalgröße von mit der Vorrichtung zu verarbeitenden Gegenständen entspricht.

19. Vorrichtung zum Herstellen von Produkten wie Ein­ steckhüllen oder Einbanddecken (1), wobei die Ein­ steckhüllen und die Einbanddecken (1) von miteinander an Schweißnähten (8, 9, 11) stoffschlüssig verbundenen thermoplastischen Folien (24) gebildet sind,
mit einem Maschinengestell (14),
mit einer in dem Maschinengestell (14) angeordneten Plastifizierungseinrichtung (17), sowie
mit einem der Plastifizierungseinrichtung (17) gegen­ über befindlichen und in dem Maschinengestell (14) angeordneten Schweißstempel (16),
mit den Konturen der Schweißnähte (8, 9, 11) entspre­ chende, im wesentlichen in einer Ebene liegende und an dem Schweißstempel (16) vorgesehenen Schweiß- bzw. Schneidkanten (67, 68), von denen einige in Längsrich­ tung liegende Längskanten und andere in Querrichtung liegende Querkanten sind, jeweils bezogen auf die Transportrichtung der Folien (24), wobei wenigstens eine Querkante eine kombinierten Schweiß- und Schneidkante ist, zwei unmittelbar benachbarte Schweißnähte (9) von zwei an diesen Schweißnähten (9) benachbarten Produkten erzeugt und von dieser Quer­ kante jeweils in beiden Richtungen Längskanten ausge­ hen, derart, daß mit einem Schweißzyklus die Schweiß­ nähte (8, 9, 11) eines Produktes vervollständigt werden und Schweißnähte (8, 9) des nachfolgenden Produktes begonnen werden, und daß ein Produkt in zwei aufein­ ander folgenden Zyklen erzeugt wird, und
mit einer Antriebseinrichtung (38), durch die die Plastifizierungseinrichtung (17) und der Schweißstempel (16) periodisch voneinander weg bzw. aufeinander zu bewegbar sind.