ES2347457T3 - Dispositivo de soldadura por ultrasonidos y dispositivo para manipular bolsas de lamina. - Google Patents

Dispositivo de soldadura por ultrasonidos y dispositivo para manipular bolsas de lamina. Download PDF

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Eberhard Kraft
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Abstract

Dispositivo de soldadura por ultrasonidos (1), con un sonotrodo (8) y un yunque (7) para soldar capas de lámina mediante la aplicación de fuerza, encontrándose las capas de lámina en un intersticio de alojamiento (6) prevista entre un plano activo (11) del sonotrodo (8) y un plano activo (12) del yunque (7), caracterizado porque la línea central de la aplicación de fuerza del sonotrodo (8) y/o del yunque (7) y/o su dispositivo de pretensado (9) para generar una componente (\vartheta) de la aplicación de fuerza, dirigida en contra de la dirección de la gravedad (G), está situada de manera oblicua durante la soldadura con un ángulo (α) que difiere de 0º y 90º respecto a la dirección de la gravedad (G).

Description

Dispositivo de soldadura por ultrasonidos y dispositivo para manipular bolsas de lámina.
La invención se refiere a un dispositivo de soldadura por ultrasonidos del tipo explicado en el preámbulo de la reivindicación.
La soldadura por ultrasonidos se usa en muchas ocasiones para unir capas de lámina u otros materiales de grosor limitado, preferiblemente de plásticos termoplásticos, aunque también de metales, tal como por ejemplo aluminio (véase por ejemplo el documento EP-A-356 889 o el documento FR-A-2067838). Un campo de aplicación especialmente preferido de la soldadura por ultrasonidos es la fabricación de bolsas de lámina para alimentos, especialmente de las bolsas para bebidas conocidas. Un dispositivo de soldadura por ultrasonidos contiene convencionalmente un sonotrodo para generar oscilaciones ultrasónicas. El sonotrodo se presiona con una cierta presión sobre las capas de lámina que se encuentran entre el mismo y un yunque, actuando durante la soldadura tanto el sonotrodo como el yunque con un ángulo de 90º respecto a la dirección de la gravedad sobre las capas de lámina. El yunque está montado de manera oscilatoria y, por ejemplo, se carga por un resorte en la dirección del sonotrodo. Las oscilaciones ultrasónicas generan un calor de fricción en las superficies de ensamblaje entre las capas de lámina, que hace que el material fluya de forma viscosa y de este modo une las láminas entre sí tras el enfriamiento. Sin embargo, ha resultado que las capas de lámina, a pesar de la sujeción mediante dispositivos de sujeción o el soporte mediante cintas transportadoras o similares, pueden moverse bajo el efecto de las oscilaciones y de la gravedad, lo que, en determinadas circunstancias, puede llevar a un desarrollo inexacto de las líneas de soldadura. Esto se nota de forma negativa especialmente cuando, por ejemplo en la fabricación de bolsas de lámina, debe cerrarse una bolsa llena. Las bolsas llenas deben transportarse naturalmente en posición vertical, por lo que al menos una parte del peso de la bolsa llena debe soportarse por el material en la zona del cordón de soldadura. Puesto que allí el material se hace fluir de forma viscosa mediante las oscilaciones ultrasónicas, incluso mediante un soporte óptimo de la bolsa no siempre es posible evitar de manera segura un desplazamiento del cordón de soldadura.
Por el documento US 4.187.768, que da a conocer un dispositivo de soldadura por ultrasonidos según el preámbulo de la reivindicación 1, se conoce un procedimiento para fabricar un recipiente de papel, en el que el papel se dota de un revestimiento de una lámina de plástico y se suelda con ayuda de ultrasonidos en la zona de base. La zona de base contiene un pliegue rebordeado que presenta un alma perpendicular situada radialmente en el interior y desde el que empieza la pared exterior del recipiente de manera ascendente hacia arriba y hacia fuera. La soldadura por ultrasonidos se realiza en la zona del borde rebordeado, presentando el sonotrodo, dispuesto con una línea central horizontal, una superficie activa biselada correspondiente a la oblicuidad ascendente de la pared exterior del recipiente y conteniendo el yunque o elemento de sujeción una superficie activa que discurre de manera paralela al alma perpendicular de la brida rebordeada.
El documento EP-A-7558 describe un procedimiento para la soldadura por ultrasonidos de material en forma de capas. El material se guía en dirección horizontal a través de un rodillo con o sin accionamiento, que sirve al mismo tiempo como yunque para el sonotrodo del dispositivo de soldadura por ultrasonidos. El sonotrodo está colocado de manera oblicua con respecto a la perpendicular y actúa sobre las capas de material que van a soldarse de manera que éstas se empujan hacia delante en la dirección de transporte deseada.
La invención se basa por tanto en el objetivo de crear un dispositivo de soldadura por ultrasonidos que proporcione cordones de soldadura correctos.
El objetivo se soluciona mediante las características indicadas en la reivindicación 1.
Mediante la colocación oblicua del sonotrodo y/o del yunque o su dispositivo de carga, según la invención, se introduce en el material de soldadura, mediante la soldadura por ultrasonidos, una componente de fuerza de la fuerza de soldadura dirigida en contra de la dirección de la gravedad, que es suficiente para eliminar la influencia de la gravedad al menos para que los cordones de soldadura discurran ahora exactamente por el punto predeterminado. Se ha constatado sorprendentemente que mediante la configuración según la invención puede compensarse por ejemplo la influencia de una liberación durante poco tiempo de las capas de lámina en el intersticio de soldadura, causada por la mayor inercia en el comportamiento oscilante del sistema mecánico (yunque con dispositivo de carga) frene a las oscilaciones ultrasónicas del sonotrodo, de modo que, bajo la influencia de la gravedad, el cordón de soldadura ya no se tuerce hacia arriba.
Perfeccionamientos ventajosos de la invención pueden deducirse de las reivindicaciones dependientes.
Se ha constatado que una desviación relativamente pequeña del ángulo de la aplicación de fuerza de la fuerza de soldadura respecto a la dirección que discurre habitualmente de manera perpendicular a la gravedad es suficiente ya para conseguir el efecto pretendido según la invención.
Sin embargo, preferiblemente los planos activos del sonotrodo y/o del yunque deberían discurrir de manera paralela a la dirección de la gravedad para evitar un pandeo de las capas de lámina que se encuentran en el intersticio de alojamiento.
La presente invención puede aplicarse también cuando debe realizarse más de un cordón de soldadura simultáneamente, lo que se consigue mediante al menos dos labios de soldadura dispuestos distanciados entre sí.
El dispositivo de soldadura por ultrasonidos según la invención puede utilizarse de manera especialmente ventajosa en un dispositivo para manipular bolsas de lámina, en el que bolsas de lámina llenas se transportan de manera vertical en un dispositivo de transporte.
De manera conveniente, las bolsas de lámina llenas se soportan adicionalmente mediante un dispositivo de transporte configurado de manera adecuada frente a la influencia de la gravedad, lo que puede realizarse por ejemplo mediante un dispositivo de apriete para apretar lateralmente las bolsas de lámina.
A continuación se explica en más detalle un ejemplo de realización de la invención mediante los dibujos. Muestran:
la figura 1, una vista lateral muy esquemática de un dispositivo de soldadura por ultrasonidos según la invención,
la figura 2, el detalle A ampliado de la figura 1,
la figura 3, la representación según la figura 2 con el sonotrodo elevado respecto al yunque, y
la figura 4, una representación global de la aplicación de fuerza.
La figura 1 muestra en una representación muy esquemática un dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1 según la invención, que en este caso se utiliza para soldar capas de lámina a ambos lados de una abertura de llenado 2a de una bolsa de lámina 2. La bolsa de lámina 2 contiene paredes de un material laminado, que puede contener una o varias capas del mismo material o de materiales diferentes, esto es, por ejemplo láminas de plástico termoplásticas o láminas de metal o similares. Los cordones laterales 2c necesarios dado el caso y el fondo 2d ya están cerrados. La bolsa de lámina 2 es preferiblemente una de las bolsas para bebidas habituales.
La bolsa de lámina 2 se alimenta en vertical, es decir, con la abertura de llenado 2a dirigida hacia arriba y ya llenada (es decir, con paredes laterales abombadas), al dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1 a través de un dispositivo de transporte 3. El dispositivo de transporte 3 puede estar configurado de cualquier manera y estar adaptado al objeto que va a transportarse. En el ejemplo de realización representado, el dispositivo de transporte 3 contiene preferiblemente al menos un elemento de agarre 4, que actúa a uno u ambos lados sobre los cordones laterales 2c de la bolsa de lámina 2 y, o bien la mueve o bien la soporta mientras atraviesa el dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1. El dispositivo de transporte 3 puede presentar además una superficie de soporte 5, por ejemplo en forma de una cinta transportadora o similar, de modo que el peso de la bolsa de lámina 2 se soporta con todo su relleno por el dispositivo de transporte 3.
Mediante el dispositivo de transporte 3, la bolsa de lámina 2 se alimenta al dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1 de modo que la zona que va a soldarse (en el ejemplo de realización representado, capas de lámina en secciones de pared opuestas en la zona por debajo de la abertura de llenado 2a), en perpendicular al plano de dibujo de la figura 1, llega al interior de un intersticio de alojamiento 6 entre un yunque 7 y un sonotrodo 8 (martillo ultrasónico) del dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1. El funcionamiento de un dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1 se conoce y no tiene que explicarse con más detalle en este caso. En resumen cabe mencionar que las oscilaciones ultrasónicas del sonotrodo 8 bajo el efecto de una presión de contacto del sonotrodo 8 contra el yunque 7 proporcionan al material de soldadura la energía ultrasónica necesaria para la soldadura. La presión de contacto se determina y se absorbe mediante un dispositivo de pretensado 9, que preferiblemente está cargado elásticamente de manera oscilante y pretensa el yunque 7 en la dirección del sonotrodo 8. En el yunque 7 están previstos, en una superficie de base 10a dirigida a la bolsa de lámina 2, labios de soldadura 10 que determinan la posición de los cordones de soldadura y su número. En el ejemplo de realización representado están previstos al menos dos (o al menos dos grupos) de labios de soldadura dispuestos distanciados entre sí.
Tal como puede verse mejor a partir de las figuras 2 a 4, el dispositivo de soldadura por ultrasonidos 1 según la invención está configurado de modo que se produce una componente \vartheta de la aplicación de fuerza de soldadura dirigida en contra de la dirección de la gravedad G, resultando la fuerza de soldadura principalmente de la fuerza de presión de contacto en el intersticio de alojamiento 6. La componente \vartheta de la aplicación de fuerza dirigida en contra de la dirección de la gravedad soporta las capas de lámina que van a soldarse desde debajo de manera oblicua hacia arriba, de modo que se compensan tanto los efectos de la diferente inercia del sonotrodo y del yunque como las fuerzas de tracción aplicadas en las capas de lámina, por ejemplo mediante el abombamiento de las paredes laterales por el contenido, así como el efecto de la gravedad en caso de bolsas 2 no soportadas desde abajo, de modo que son posibles líneas de soldadura que discurren de manera recta y no "ladeadas". Se ha constatado que para ello es suficiente una desviación angular relativamente pequeña de manera oblicua hacia arriba respecto a la aplicación de fuerza que discurre normalmente de manera horizontal, es decir, de manera perpendicular a la dirección de la gravedad G. Resultados especialmente buenos se consiguieron con una desviación angular de sólo aproximadamente 2º, es decir, con un ángulo \alpha respecto a la dirección de la gravedad G de aproximadamente 88º. Sin embargo, el ángulo \alpha también puede ascender por ejemplo a más de 70º, entre 80º y 89,5º, entre 85º y 89º o entre 87º y 89º.
La componente \vartheta dirigida en contra del efecto de gravedad se consigue preferiblemente porque, con una aplicación de fuerza que discurre de manera paralela a una línea central, esta línea central se dispone con el ángulo \alpha de manera oblicua a la dirección de la gravedad G. Esto se consigue de la manera más sencilla porque el sonotrodo 8 se coloca de manera oblicua, es decir, su línea central 8a se orienta de manera paralela a la línea central de la aplicación de fuerza con el ángulo \alpha. De este modo tanto la presión de contacto en el yunque 7 como la presión acústica mediante las oscilaciones ultrasónicas generan la componente \vartheta. Sin embargo, también es posible que, de manera adicional o alternativa, también se realice la aplicación de la fuerza opuesta por el yunque 7 con el ángulo \alpha, colocándose preferiblemente el yunque 7 y/o el dispositivo de pretensado 9 de manera oblicua.
En el ejemplo de realización representado, el plano activo 11 del sonotrodo 8 y el plano activo 12 del yunque 7 discurren de manera paralela a la dirección de la gravedad G y por consiguiente de manera paralela entre sí, de modo que el intersticio de alojamiento 6 se extiende con una anchura esencialmente constante en la dirección de la gravedad G. Como plano activo 11, 12 se define el plano en el que se sitúan los puntos que esencialmente provocan la soldadura en el sonotrodo 8 y el yunque 7. Esto significa que una cabeza 8b del sonotrodo 8 está configurada de modo que su superficie anterior situada en el plano activo 11 tiene el ángulo \alpha respecto a la línea central 8a del sonotrodo 8. Sin embargo, también es posible utilizar planos activos que discurren de manera oblicua a la dirección de la gravedad, en el sonotrodo y/o el yunque, cuando no resulta molesto el ligero acodamiento provocado de este modo de las zonas por encima del cordón de soldadura respecto a las zonas por debajo del cordón de soldadura.
Para soldar las capas de lámina en la bolsa de lámina 2, éstas se introducen mediante el dispositivo de transporte 3 en el intersticio de alojamiento 6 y se unen entre sí con la aplicación de una fuerza de soldadura dirigida de manera oblicua hacia arriba. En el caso ideal, el ángulo \alpha está adaptado de tal manera a las fuerzas que arrastran las capas de lámina hacia abajo, tal como por ejemplo el abombamiento de las paredes laterales de una bolsa por el contenido, el peso de la bolsa de lámina 2, etc., que adicionalmente a la protección según la invención frente a un "hundimiento" hacia abajo, éstas tampoco pueden empujarse hacia arriba, es decir, que la componente de fuerza de la fuerza de soldadura dirigida de manera oblicua hacia arriba compensa el efecto de las fuerzas dirigidas hacia abajo (gravedad, fuerza de tracción, etc.). Sin embargo, por motivos de seguridad, la componente de fuerza dirigida de manera oblicua hacia arriba puede elegirse mayor que la influencia de estas fuerzas y generarse, mediante una sujeción adecuada, por ejemplo mediante elementos de agarre 4 que actúan lateralmente y/o por encima del cordón de soldadura, una fuerza opuesta suficiente que evita una elevación de las capas de lámina.
A diferencia del ejemplo de realización descrito y dibujado, la componente \vartheta dirigida en contra de la gravedad también puede conseguirse porque ambos planos activos se inclinan de manera paralela entre sí, es decir, el intersticio de alojamiento se dispone de manera oblicua. En esta configuración, sólo la fuerza de presión de contacto genera la componente de la aplicación de fuerza dirigida en contra de la gravedad.

Claims (7)

1. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos (1), con un sonotrodo (8) y un yunque (7) para soldar capas de lámina mediante la aplicación de fuerza, encontrándose las capas de lámina en un intersticio de alojamiento (6) prevista entre un plano activo (11) del sonotrodo (8) y un plano activo (12) del yunque (7), caracterizado porque la línea central de la aplicación de fuerza del sonotrodo (8) y/o del yunque (7) y/o su dispositivo de pretensado (9) para generar una componente (\vartheta) de la aplicación de fuerza, dirigida en contra de la dirección de la gravedad (G), está situada de manera oblicua durante la soldadura con un ángulo (\alpha) que difiere de 0º y 90º respecto a la dirección de la gravedad (G).
2. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la aplicación de fuerza durante la soldadura se realiza con un ángulo (\alpha) respecto a la dirección de la gravedad (G) superior a 70º, preferiblemente entre 80º y 89,5º, preferiblemente entre 85º y 89º, preferiblemente entre 87º y 89º y de manera especialmente preferible de 88º.
3. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el plano activo (11) del sonotrodo (8) discurre de manera paralela a la dirección de la gravedad (G).
4. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos (1) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el plano activo (11) del yunque (7) discurre de manera paralela a la dirección de la gravedad (G).
5. Dispositivo de soldadura por ultrasonidos (1) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el yunque (7) y/o el sonotrodo (8) están dotados de una superficie de base (10a) y al menos dos labios de soldadura (10) dispuestos distanciados entre sí.
6. Dispositivo para manipular bolsas de lámina (2), con un dispositivo de transporte (3) para transportar de manera vertical bolsas de lámina (2) llenas y un dispositivo de soladura por ultrasonidos (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5 para soldar las bolsas de lámina (2).
7. Dispositivo para manipular bolsas de lámina (2) según la reivindicación 6, caracterizado porque el dispositivo de transporte (3) presenta un dispositivo de apriete (4) para apretar lateralmente las bolsas de lámina (2).
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