DE60015280T2 - System zum Verschweissen blisterartiger Verpackungen und dergleichen - Google Patents

System zum Verschweissen blisterartiger Verpackungen und dergleichen Download PDF

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Description

  • Aufgabe der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Schweißsystem für Behälter vom Blistertyp und dergleichen, das die Verwendung von Ultraschallverfahren für großflächige Verschweißungen gestattet, wie beispielsweise dort, wo die Produktivitätsanforderungen ihrerseits das gleichzeitige Versiegeln einer großen Anzahl von Behältern je Arbeitstakt erfordern.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung – neben dem Versiegeln mittels Ultraschallmitteln – ist das Erreichen einer kontinuierlichen Produktion, eine Einsparung von Rohstoffen und Arbeitskräften, die Verwendung unterschiedlicher Materialarten zur Herstellung des Behälters und grundsätzlich umweltfreundlicher Materialien sowie eine sauberere Verbindung oder Schweißnaht, ohne Monomere in das darin befindliche Produkt abzugeben, wodurch das System sich besonders für den Pharmazeutik- und den Lebensmittelsektor eignet.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Herstellung und Vertrieb von Verbrauchsgütern machen es in zunehmendem Maße erforderlich, die Produkte in hochwertigen Blisterpackungen anzubieten: transparent, hermetisch, attraktiv und umweltfreundlich. Solche Waren müssen mit der größtmöglichen Geschwindigkeit und Autonomie hergestellt und verpackt werden, um die Bedürfnisse eines Marktes zu erfüllen, der immer heißer umkämpft ist und zunehmend anspruchsvoller wird.
  • Derzeit werden für das Versiegeln dieser Blisterbehälter zwei Systeme verwendet: die Wärmeverschweißung und die Hochfrequenzverschweißung.
  • Das Wärmesystem erweist sich als teuer, weil ein Wärmeversiegelungslack auf eine der zu verbindenden Schichten aufgetragen werden muss, und erbringt außerdem ein minderwertiges Erscheinungsbild, was durch das wärmebedingte Kräuseln des Behälters häufig noch verschlimmert wird.
  • Überdies sind breite Schweißlippen erforderlich, um die Verbindung herzustellen.
  • Das Hochfrequenzschweißsystem überwindet zwar die Probleme des Wärmesystems, doch es ist aufgrund seiner Eigenart auf einen geringen Produktionsausstoß – etwa dreihundert bis vierhundert Arbeitstakte in der Stunde – beschränkt, und das in zwei voneinander unabhängigen Prozessen, da es zuerst notwendig ist, eine Lage Kunststoff durch Wärme umzuformen, woraufhin in einer anderen Maschine die warmumgeformte Lage mit der anderen Materiallage der Blisterpackung – allgemein als Deckel bezeichnet – zusammengefügt werden muss.
  • Genauer gesagt: Bei Hochfrequenzschweißsystemen kann die Verbindung zwischen zwei Einzelteilen von gleicher oder ähnlicher Art hergestellt werden; d. h. mit Einzelteilen aus dem gleichen Kunststoff oder aus zwei ähnlichen Kunststoffen, wobei das Verschweißen unter der Wirkung von Wärme und Druck erfolgt. Die miteinander verbundenen Oberflächen, die auch als die Schweißverbindungen bezeichnet werden, müssen in einen thermoplastischen Zustand, d. h. in einen Verschmelzungszustand, gebracht werden, um das Verschweißen zu ermöglichen. Anschließend werden die Oberflächen zusammengepresst, und man lässt die Verbindung abkühlen, bis sie einen stabilen Zustand erreicht hat. Ein weiterer Nachteil des Hochfrequenzverfahrens besteht in der Gefahr, dass es bei den Maschinenarbeitern zu Sterilität führen kann.
  • Demgegenüber erfolgt die Materialverschmelzung beim Ultraschallschweißen durch den Effekt der inneren Reibung. Um das zu erreichen, macht man sich das Dämpfungsverhalten von Kunststoffen zunutze. Genauer gesagt, wird mittels einer Sonotrode (d. h. mittels eines akustischen Vibrators) eine mechanische Hochfrequenzoszillation erzeugt. Diese Schwingung wird durch das Einzelteil hindurch zum Amboss übertragen, wo sie zurückgeworfen wird und eine Stehwelle entsteht.
  • Derzeit wird Ultraschallschweißen jedoch nicht für das Versiegeln von Blisterverpackungen verwendet, wenn eine große Fläche zu schweißen ist. Das liegt daran, dass die Maschine, die verwendet werden muss, mit zunehmender Schweißfläche exponentiell im Preis steigt. Genauer gesagt: Je leistungsstärker die Maschine, desto größer die Schwingungsamplitude, aber das wird mit sehr hohen Kosten und großer Ungleichmäßigkeit erkauft, weil die angelegte Leistung sich grundsätzlich im Mittelpunkt der Sonotrode konzentriert und zum Umfangsrand hin allmählich abnimmt, wo das Ergebnis schließlich als inakzeptabel angesehen werden muss.
  • JP-A-7-156907 offenbart ein System, das eine Mehrzahl von Sonotroden oder dergleichen umfasst, die so konfiguriert sind, dass sie mittels Schweißen eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter Behälter versiegeln, wobei jeder Behälter von einer einzelnen Sonotrode versiegelt wird.
  • US-A-3,841,947 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ultraschallschweißen unter Verwendung von Papierlagen, die einerseits zwischen den zu schweißenden Teilen und andererseits zwischen den Sonotroden und dem Amboss angeordnet werden.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein System nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 2.
  • Das erfindungsgemäße Schweißsystem, das auf dem Einsatz des Ultraschallschweißens basiert, überwindet die oben angesprochenen Probleme in einer durch und durch zufriedenstellenden Weise.
  • Genauer gesagt, basiert das System zu diesem Zweck auf der Verwendung einer Mehrzahl von Uitraschalischweißelementen (auch Sonotroden oder akustische Vibratoren genannt), die voneinander unabhängig sind und in geringen Abständen voneinander angeordnet sind und dabei ein Mosaik bilden, dergestalt, dass nur die benötigte Anzahl von Elementen genutzt zu werden braucht, um in einer einzelnen Produktionsmaschine eine Mehrzahl von Behältern mit beliebiger Oberfläche über den benötigten Bereich hinweg mittels der zugehörigen Deckel zu verschließen oder zu versiegeln. Das System sieht des Weiteren das Anordnen einer Lage Teflon oder etwas Ähnlichem zwischen der Sonotroden-Batterie und den Deckeln vor.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Um die hier gegebene Beschreibung zu vervollständigen und die Merkmale der Erfindung gemäß eines bevorzugten Beispiels ihrer praktischen Ausführung besser verständlich zu machen, wird diese Beschreibung von einem Satz Zeichnungen begleitet, die einen integralen Bestandteil dieser Beschreibung bilden und in veranschaulichender und nicht-einschränkender Weise Folgendes zeigen.
  • 1 ist eine schematische Draufsicht auf eine Mehrzahl von Sonotroden, die zu jeweiligen unabhängigen Ultraschallschweißelementen gehören, die entsprechend dem erfindungsgemäßen Schweißsystem verteilt sind.
  • 2 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Detail und im Querschnitt, der in 1 gezeigten Baugruppe entlang der Schnittlinie A-B in 1.
  • 3 ist eine Ansicht ähnlich der von 2 einer abwandelten Ausführungsform.
  • Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
  • Anhand dieser Figuren, und insbesondere der 1, ist zu erkennen, wie das erfindungsgemäße Schweißsystem auf der Verwendung einer Batterie aus Sonotroden (1) basiert, die funktional voneinander unabhängig sind, d. h. sie gehören zu jeweiligen Ultraschallschweißelementen, die in einem Gittermuster angeordnet sind, dabei ein Mosaik bilden und im Wesentlichen nahe beieinander liegen, d. h. sie definieren sehr kleine Abstände (2) zwischen sich.
  • Diese Batterie aus Sonotroden (1) soll auf ein Schweißgesenk (3) wirken, in dem Ausnehmungen (4) für den Körper (5) der entsprechenden Behälterelemente des betreffenden Produkts (6) definiert sind, wobei der Körper durch den herkömmlichen Deckel (7) ergänzt wird, der an dem Körper (5) mittels eines Umfangsstreifens (8) zum Versiegeln angebracht wird, wobei der herkömmliche Lack fehlt, wobei die Ausnehmungen (4) auf der Höhe ihrer Mündung Rillen (9) aufweisen, um die Verbindung oder Vereinigung zwischen dem Körper (5) und dem Deckel (7) zu unterstützen.
  • Zwischen der Batterie aus Sonotroden (1) und dem Deckel (7) ist eine Dämpfungsschicht (10) angeordnet, welche die zerstörende und Splitter erzeugende Reibung dämpft, die aus dem direkten Kontakt zwischen der Sonotrode (1) und dem Schweißgesenk (3) resultieren kann.
  • Dieses Schweißsystem bietet eine Reihe von Vorteilen, die sich im Wesentlichen auf folgende Merkmale konzentrieren:
    • – An die Schicht, welche den Körper (5) bildet, kann ein Deckel (7) angeschweißt werden, die beide aus einer Folie hergestellt sind, die so dünn sein kann, wie die Sicherheit des Behälters es zulässt, was mit dem Hochfrequenzschweißsystem nicht möglich ist, weil das Hochfrequenzschweißsystem unbedingt die Verwendung von Schichten erfordert, die dicker als 60 μm sind, während es beim Klebstoffstoffverbrauch sparsamer ist als das Wärmeversiegelungsverfahren.
    • – Es gestattet eine kontinuierliche Produktion in einem Rhythmus von bis zu 1.200 Arbeitstakten in der Stunde, was deutlich mehr ist als die maximal 400 Arbeitstakte in der Stunde, die mit Hochfrequenzschweißsystemen möglich sind. Außerdem kann der Prozess komplett automatisiert werden.
    • – Es ermöglicht das Verschweißen von zwei oder mehr synthetischen Materialien oder Schichten und insbesondere das Verschweißen von Polystyrenschichten, was bis heute mit herkömmlichen Versiegelungssystemen nicht durchführbar ist. Das ermöglicht wiederum den Ersatz des herkömmlichen PVC, was gut für die Umwelt ist. Allgemein ausgedrückt, ist es möglich, die Mehrheit der auf dem Markt erhältlichen thermoplastischen Schichten wie auch schaumstoffartige Materialien und synthetische Materialien miteinander zu verbinden.
    • – Das Ultraschallschweißen gestattet sauberere Verbindungen als jene, die mit den derzeit verwendeten thermoplastischen Erwärmungstechniken erreicht werden, da keine Monomere in das Produkt oder den Inhalt abgegeben werden, wodurch dieses System ganz besonders für die Herstellung von Blisterpackungen in der Pharmazeutik und der Lebensmittelindustrie geeignet und empfehlenswert ist.
  • Bei dem in 3 gezeigten Beispiel werden für die gleichen Elemente oder Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet wie in 2.
  • In diesem Fall sind die Positionen der Batterie aus Sonotroden (1) und des Schweißgesenks (3) im Vergleich zu 2 vertauscht. Diese Anordnung eignet sich beispielsweise zum Verpacken kleiner Artikel, wie beispielsweise Promotion-Artikel, die zusammen mit dem promoteten Artikel ausgeliefert werden, beispielsweise Zeitschriften, denen ein Kugelschreiber oder dergleichen beigelegt ist. In diesen Fällen gestattet das erfindungsgemäße System eine beträchtliche Materialeinsparung, indem nur der Abschnitt der Schicht verwendet wird, der benötigt wird, um den Artikel zu bedecken.
  • Die Verbindung bei dieser Art von Verpackung wird mit einer thermoadhäsiven Kunststofffolie oder -schicht (5) und einer dünnen Papplage (7) hergestellt, die ein Bestandteil des promoteten Artikels sein könnte, Der Promotion-Artikel (6) wird auf die dünne Papplage (7) gelegt, und darüber kommt die thermoplastische Schicht (5), die den Promotion-Artikel bedeckt und sich aufgrund ihrer Elastizität an dessen Form anpasst. Dadurch ist es nicht notwendig, die Schicht (5) durch vorheriges Erwärmen zu formen, wobei dieser Arbeitsschritt durch Umkehren des Systems vereinfacht wird, dergestalt, dass der Promotion-Artikel (6) und die thermoadhäsive Schicht (5) durch Schwerkraft in ihre Position fallen.
  • Zum Schneiden der thermoadhäsiven Schicht wird eine Schablone verwendet, die den Umriss des Gesenks reproduziert und mit einem Glühelement oder – filament (11) ausgestattet ist.
  • Um zu verhindern, dass die dünne Papplage (7) zerschnitten oder verbrannt wird, wird eine Teflon- oder ähnliche Lage (10) integriert, die zwischen der dünnen Papplage (7) und der thermoadhäsiven Schicht (5) angeordnet wird. Die Teflonlage (10) wird mittig evakuiert, so dass sie ungefähr mit der äußeren Kontur des Gesenks übereinstimmt, dergestalt, dass sie nicht mit dem Schweißabschnitt in Konflikt gerät.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zum Verpacken von kleinen Verbrauchsgütern, und es kann ein Zurückziehen durch Schrumpfen der Schicht über einen oder mehrere voneinander unabhängige Artikel bewirkt werden. Es ist auch ein teilweises Schrumpfen der Schicht möglich, indem die Folie über Pappe gezogen und daran befestigt wird.
  • Die Prozesse des Formens, des Schweißens und des Schneidens erfolgen praktisch gleichzeitig im kalten Zustand an einer einzigen Arbeitsstation und benötigen nur einen außerordentlich kurzen Zeitraum zu ihrer Ausführung, so dass eine Verpackungsgeschwindigkeit möglich ist, die viel höher ist als die einer herkömmlichen Wärmeschweißmaschine. Überdies dient das Schweißgesenk gleichzeitig als Stanzgesenk.
  • Indem gleichzeitig mit beiden Artikeln, die voneinander getrennt sind und auf demselben Stück Pappe bzw. auf demselben Promotion-Artikel liegen, gearbeitet wird, werden Arbeitskräfte eingespart, wodurch die Produktivität steigt.
  • Des Weiteren kann durch das Entfallen des Warmumformschrittes der Energieverbrauch gesenkt werden.

Claims (3)

  1. Schweißsystem für Behälter vom Blistertyp und dergleichen, das sich insbesondere zum Schweißen großer Flächen eignet, insbesondere zum gleichzeitigen Versiegeln einer Mehrzahl von Behältern (5) mittels Deckeln (7) in einem einzigen Arbeitstakt, das die Verwendung von Ultraschall gestattet und über den gesamten Versiegelungsbereich hinweg eine Gleichmäßigkeit aufweist, wobei das System folgendes umfasst: eine Batterie aus Sonotroden (1) für Ultraschallmaschinen, die funktional voneinander unabhängig sind; und ein Schweißgesenk (3), in dem Ausnehmungen (4) definiert sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden in einem zweidimensionalen Gittermuster verteilt sind und dabei ein Mosaik bilden, in dem die Sonotroden voneinander unabhängig gehalten werden und durch kleine Zwischenräume (2) zwischen benachbarten Sonotroden voneinander getrennt sind; und dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausnehmung (4) des Schweißgesenks (3) einer Mehrzahl benachbarter Sonotroden (1) zugewandt ist.
  2. Verfahren zum Schweißen von Deckeln (7) an Körper von Behältern vom Blistertyp, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schweißen der Deckel an die Körper unter Verwendung einer Batterie aus Sonotroden (1) für Ultraschallmaschinen, die funktional voneinander unabhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden in einem zweidimensionalen Gittermuster verteilt sind und dabei ein Mosaik bilden, in dem die Sonotroden voneinander unabhängig gehalten werden und durch kleine Zwischenräume (2) zwischen benachbarten Sonotroden voneinander getrennt sind; und dadurch gekennzeichnet, dass die Sonotroden dergestalt angeordnet sind, dass jeder Körper (5) mittels einer Mehrzahl benachbarter Sonotroden (1) an den Deckel (7) angeschweißt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Batterie aus Sonotroden (1) und den Deckeln (7) eine Lage Teflon oder dergleichen (10) angeordnet wird.
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