WO2008043615A1 - ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG SOWIE VERPACKUNGSMASCHINE MIT ULTRASCHALLSCHWEIßVORRICHTUNG - Google Patents

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ultrasonic
welding device
sonotrode
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Ulrich Wieduwilt
Heinrich Loecht
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic welding device for welding foils and in particular for welding longitudinal and / or transverse seams of tubular bags, as well as a packaging machine with such an ultrasonic welding device.
  • Ultrasonic welding devices are known from the prior art, in particular for welding plastic films.
  • the ultrasonic welding devices usually comprise an ultrasonic sonotrode and an anvil, wherein a working gap is formed between the ultrasonic sonotrode and the anvil, between which the foils to be welded are passed.
  • Decisive for the quality of the weld is a constant working gap between the ultrasonic sonotrode and the anvil. Due to the heat generated, for example, during machining, dimensions of the components may change, which may affect the width of the working gap. However, too narrow a working gap usually leads to a deterioration of the material processing and can lead to damage to the foils or the anvil to be welded. If the gap is too wide, this results in unacceptable weld quality.
  • an ultrasonic welding device which has a sensor for determining a working gap width.
  • a sonotrode is clamped in a holder and the holder can be adjusted with respect to the anvil via a separate adjusting device.
  • this known device is constructed very expensive and expensive to manufacture.
  • this device requires a large space requirement, so that in particular a use in packaging machines causes a large space required for the machine.
  • the ultrasonic welding device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that they simplify
  • the ultrasonic welding device comprises an ultrasonic sonotrode, an anvil, an adjusting device for adjusting a relative position between the ultrasonic sonotrode and the anvil, and a control device for controlling a width of a working gap.
  • the adjusting device has a first wedge element connected to the anvil and a second wedge element connected to an actuator.
  • the ultrasonic welding device according to the invention is constructed particularly simple and robust. By using two wedge elements can also be a very accurate control of the gap width.
  • the anvil is biased by means of an elastic element.
  • the elastic element is preferably a compression spring, e.g. a coil spring. In this way, in particular a backlash between the first and second wedge element of the adjustment can be ensured.
  • the ultrasonic welding device comprises a first distance sensor and a second distance sensor.
  • the two distance sensors are each arranged stationary.
  • the first distance sensor determines a first distance between the first distance sensor and the ultrasound sonotrode, and the second distance sensor determines a second distance between the second distance sensor and the anvil.
  • the control device calculates the current width of the working gap based on the first and second distances.
  • control device preferably actuates the actuator and / or regulates a power supply of the ultrasonic sonotrode.
  • a first measuring surface is provided on the ultrasonic sonotrode, at which the first distance sensor measures the first distance, and there is further provided a second measuring surface on the anvil, at which the second distance sensor measures the second distance.
  • the two measuring surfaces are arranged to each other at a predetermined angle. A measurement of the width of the working gap is thus indirectly via a measurement of the positions of the ultrasonic sonotrode and the anvil.
  • the actuator of the adjusting device is preferably a linear actuator.
  • the actuator can be constructed very simply and inexpensively, e.g. as a piston-cylinder unit.
  • an inclined plane of the first wedge element and an inclined plane of the second wedge element to a base plane at an angle between 1 ° to 10 °, preferably 3 ° to 7 °, arranged. This can ensure that a relatively large change in the width of the working gap can be adjusted by only a very small stroke.
  • the invention further relates to a packaging machine, in particular a tubular bag machine, comprising an ultrasonic welding device according to the present invention.
  • the ultrasonic welding device is hereby particular used for welding longitudinal seams and / or transverse seams of tubular bags.
  • the ultrasonic welding device according to the invention is suitable both for welding the same materials and for welding different materials, e.g. a plastic film and a metal-coated film can be used.
  • FIG. 1 shows a schematic side view of an ultrasonic welding device according to a first embodiment of the invention.
  • the ultrasonic welding device 1 comprises an annoboss 2 and an ultrasound sonotrode 3.
  • the ultrasound sonotrode 3 is part of an ultrasound device comprising a generator 9, a converter 10 and an amplitude transformer 11.
  • the amplitude transformer 11 has the function of FIG.
  • Boosters for the ultrasonic sonotrode 3 Between the anvil 2 and the ultrasonic sonotrode 3, a working gap 16 with a width X is provided.
  • the foils to be welded are guided at a constant speed between the ultrasonic sonotrode 3 and the anvil 2 and welded together by the energy input of the ultrasound sonotrode 3.
  • the ultrasonic welding device 1 further comprises an adjusting device 4, a regulating device 8, a first distance sensor 14 and a second distance sensor 15.
  • the adjusting device 4 comprises a first Wedge element 6, a second wedge element 7 and a linear actuator 5.
  • the first wedge element 6 is fixedly arranged on the anvil 2.
  • the second wedge element 7 is connected to the linear actuator 5 and can be reciprocated by the linear actuator 5 on a plane E, as indicated by the double arrow A in Figure 1, and forth.
  • the two wedge elements 6, 7 are arranged such that an inclined plane 6a of the first
  • Wedge element 6 rests on an inclined plane 7a of the second wedge element 7.
  • the inclined planes 6a, 7a of the two wedge elements 6 and 7 are arranged at an angle ⁇ to the plane E.
  • the angle ⁇ is preferably between 1 ° and 10 ° and in this embodiment is 5 °.
  • the control device 8 is, as shown in Figure 1, connected to the linear actuator 5 and the generator 9. Furthermore, the control device 8 is connected to the first distance sensor 14 and the second distance sensor 15.
  • the two distance sensors 14, 15 are arranged stationary and are designed as non-contact sensors.
  • the first distance sensor 14 determines a distance Xl to a measuring surface 3a at the ultrasonic sonotrode 3.
  • the second distance sensor 15 determines a distance X2 to a measuring surface 2a of the anvil 2.
  • the measuring surface 3a of the ultrasonic sonotrode 3 at an angle ß to the measuring surface 2a of Anvil 2 arranged.
  • the angle ⁇ is preferably between 30 ° and 60 ° and in the present embodiment is 45 °.
  • the anvil 2 is formed substantially L-shaped.
  • the first wedge element 6 is arranged on a first leg 2b of the anvil.
  • the first leg 2b lies substantially horizontally and forms a boundary of the working gap 16.
  • a second leg 2c of the anvil 2 is arranged perpendicular to the first leg.
  • the second leg 2c is mounted on a vertical bearing 12.
  • the bearing 12 consists of a plurality of rollers to allow movement of the anvil 2 in the direction of the double arrow B back and forth in the vertical direction.
  • an elastic member 13 is arranged in the form of a spiral spring.
  • the elastic element 13 exerts a constant compressive force in the direction of the arrow F in order to ensure that the first wedge element 6 bears against the second wedge element with a predetermined force.
  • element 7 is pressed. Thereby, the first wedge member 6 and the second wedge member 7 are held in a play-free state.
  • the function of the ultrasonic welding device 1 is as follows: At least two films to be joined, in particular of plastic, are guided at a constant speed into the working gap 16 between the anvil 2 and the ultrasonic sonotrode 3. The energy input from the ultrasonic sonotrode 3, the films are welded together. If, for example, due to heat occurring during operation, a change in length of components, for example the ultrasound sonotrode 3, results, the working gap 16 becomes smaller. However, the heat-related change in length has an influence on the position of the measuring surface 3a on the ultrasonic sonotrode 3. Thus, the first distance sensor 14 can detect that the original distance X1 between the first working sensor 14 and the measuring surface 3a has changed. This information is forwarded to the regulating device 8.
  • the distance X2 between the second distance sensor 15 and the measuring surface 2a at the anvil 2 is also monitored and a corresponding value is output to the regulating device 8.
  • the control device 8 Based on the measured values of the two distance sensors 14, 15, the control device 8 calculates a current width of the working gap 16. This width of the working gap 16 is compared in the control device 8 with a setpoint value X s for a working gap width.
  • the controller 8 activates the linear actuator 5.
  • the linear actuator 5 moves the second wedge member 7 on the plane
  • the direction of movement of the linear actuator 5 depends on the sign of the difference between the current calculated value for the width of the working gap 16 and the desired value X s .
  • the second wedge member 7 there is a relative displacement of the second wedge member 7 to the first wedge member 6. Since the anvil 2 is fixedly connected to the first wedge member 6 and the elastic member 13 exerts a compressive force F in a substantially vertical direction, there is an immediate relative movement of the anvil 2 relative to the ultrasonic sonotrode 3. As a result, the width of the working gap 16 at the desired setpoint adjusted.
  • control device 8 allows, for example, tolerance ranges of ⁇ 1 ⁇ m, before an adjustment of the width of the working gap 16 takes place.
  • the control device 8 is preferably a Pl controller. It should be noted that alternatively or additionally to the regulation of the working gap 16 via the adjusting device 4, it is also possible for the regulating device 8 to emit a signal to the generator 9 in order to effect a change in a power supply of the generator 9 for the ultrasonic sonotrode 3 , This also makes it possible to achieve a change in a relative position of the ultrasound sonotrode 3 with respect to the anvil 2.
  • the ultrasonic welding device 1 according to the invention is preferably used in packaging machines. In this case, tubular bags made of plastic or metal-coated plastic are preferably used. Since the ultrasonic welding device 1 according to the invention is very compact and small in size, it can be used without problems in different packaging machines.
  • the ultrasonic welding device according to the invention is particularly robust, since it is composed of relatively simple components, in particular in order to realize a relative movement between the anvil 2 and the ultrasonic sonotrode 3.
  • the ultrasonic welding apparatus 1 also has a very high system rigidity.
  • the ultrasonic welding device 1 has an adjusting device 4 which performs an adjustment of a position of the anvil 2 by an adjusting movement performed perpendicular to the direction of movement of the anvil 2, which is realized by a relative movement of slanting planes relative to one another.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Package Closures (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißvorrichtung zum Schweißen von folienartigen Werkstoffen, umfassend eine Ultraschallsonotrode (3), einen Amboss (2), eine Verstelleinrichtung (4) zur Verstellung einer Relativposition zwischen der Ultraschallsonotrode (3) und dem Amboss (2) und eine Regelungseinrichtung (8), welche über die Verstelleinrichtung (4) eine Breite (X) eines Arbeitsspalts (16) zwischen der Ultraschallsonotrode (3) und dem Amboss (2) regelt, wobei der Amboss (2) relativ zur Ultraschallsonotrode (3) an einer Lagerung (12) beweglich gelagert ist, wobei die Verstelleinrichtung (4) ein erstes mit dem Amboss (2) verbundenes Keilelement (6), ein zweites Keilelement (7) und einen Aktuator (5) umfasst, wobei der Aktuator (5) mit dem zweiten Keilelement (7) verbunden ist und das zweite Keilelement (7) relativ zum ersten Keilelement (6) bewegt, um eine Positionsänderung des Amboss (2) relativ zur Ultraschallsonotrode (3) auszuführen.

Description

Beschreibung
Titel
Ultraschallschweißvorrichtung sowie Verpackungsmaschine mit Ultraschallschweißvorrichtung
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ultraschallschweißvorrichtung zum Schweißen von Folien und insbesondere zum Schweißen von Längs- und/oder Quernähten von Schlauchbeuteln, sowie eine Verpackungsmaschine mit einer derartigen Ultraschallschweißvorrichtung.
Ultraschallschweißvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik insbesondere zum Schweißen von Kunststofffolien bekannt. Die Ultraschallschweißvorrichtungen umfas- sen dabei üblicherweise eine Ultraschallsonotrode und einen Amboss, wobei zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Amboss ein Arbeitsspalt gebildet wird, zwischen dem die zu schweißenden Folien hindurchgeführt werden. Entscheidend für die Qualität der Schweißnaht ist dabei ein konstanter Arbeitsspalt zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Amboss. Aufgrund der beispielsweise bei der Bearbeitung entste- henden Wärme, können sich Abmessungen der Bauteile verändern, was Auswirkungen auf die Breite des Arbeitsspaltes haben kann. Ein zu enger Arbeitsspalt führt jedoch üblicherweise zu einer Verschlechterung der Materialbearbeitung und kann bis zu einer Beschädigung der zu schweißenden Folien bzw. des Amboss führen. Wenn der Spalt zu breit ist, ergibt sich eine nicht akzeptable Schweißnahtqualität. Aus der DE 195 26 354 Cl ist eine Ultraschallschweißvorrichtung bekannt, welche zur Bestimmung einer Arbeitsspaltbreite einen Sensor aufweist. Eine Sonotrode ist dabei in einer Halte- rung eingespannt und die Halterung kann über eine separate Verstelleinrichtung bezüglich des Amboss verstellt werden. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch sehr aufwendig konstruiert und teuer in der Herstellung. Ferner benötigt diese Vorrichtung ei- nen großen Platzbedarf, so dass insbesondere ein Einsatz in Verpackungsmaschinen einen großen notwendigen Bauraum für die Maschine verursacht. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie bei einfachem
Aufbau und kostengünstiger Herstellbarkeit eine konstante Breite eines Arbeitsspaltes sicherstellen kann. Dadurch kann eine sehr gute Schweißqualität erhalten werden. Insbesondere können mittels der erfindungsgemäßen Ultraschallschweißvorrichtung neben Kunststofffolien auch metallbeschichtete Folien , z.B. zur Verpackung von Nahrungsmitteln, sicher verschweißt werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Ultraschallschweißvorrichtung eine Ultraschallsonotrode, einen Amboss, eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Relativposition zwischen der Ultraschallsonotrode und dem Amboss, und eine Regeleinrichtung zur Regelung einer Breite eines Arbeitsspaltes umfasst. Die Verstelleinrichtung weist dabei ein mit dem Amboss verbundenes erstes Keilelement und ein mit einem Aktuator verbundenes zweites Keilelement auf. Durch eine Relativbewegung des zweiten Keilelements zum ersten Keilelement kann eine Bewegung des Amboss in Richtung der Spaltbreite erreicht werden, so dass überwacht durch die Regeleinrichtung eine konstante Breite des Arbeitsspaltes sichergestellt werden kann. Die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung ist dabei besonders einfach und robust aufgebaut. Durch die Verwendung von zwei Keilelementen kann ferner eine sehr genaue Regelung der Spaltbreite erfolgen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise ist der Amboss mittels eines elastischen Elements vorgespannt. Das elastische Element ist dabei vorzugsweise eine Druckfeder, z.B. eine Spiralfeder. Hierdurch kann insbesondere eine Spielfreiheit zwischen dem ersten und zweiten Keilelement der Verstelleinrichtung sichergestellt werden.
Weiter bevorzugt ist eine Lagerung des Ambosses mittels einer Wälzlagerung, insbesondere mittels Kugeln oder Walzen, realisiert. Hierdurch wird eine einfache und leichte Bewegbarkeit des Ambosses bereitgestellt. Weiter bevorzugt umfasst die Ultraschallschweißvorrichtung einen ersten Abstandssensor und einen zweiten Abstandssensor. Die beiden Abstandssensoren sind dabei jeweils ortsfest angeordnet. Der erste Abstandssensor bestimmt einen ersten Abstand zwischen dem ersten Abstandssensor und der Ultraschallso- notrode und der zweite Abstandssensor bestimmt einen zweiten Abstand zwischen dem zweiten Abstandssensor und dem Amboss. Die Regelungseinrichtung berechnet dabei basierend auf dem ersten und zweiten Abstand die aktuelle Breite des Arbeitsspaltes.
Zur Regelung der Breite des Arbeitsspaltes betätigt die Regelungseinrichtung vorzugsweise den Aktuator und/oder regelt eine Stromversorgung der Ultra- schallsonotrode.
Vorzugsweise ist eine erste Messfläche an der Ultraschallsonotrode vorgesehen, an welcher der erste Abstandssensor den ersten Abstand misst, und es ist ferner eine zweite Messfläche an dem Amboss vorgesehen, an welcher der zweite Abstandssensor den zweiten Abstand misst. Hierbei sind die beiden Messflächen zueinander in einem vorbestimmten Winkel angeordnet. Eine Messung der Breite des Arbeitsspalts erfolgt somit indirekt über eine Messung der Positionen der Ultraschallsonotrode und des Amboss.
Der Aktuator der Verstelleinrichtung ist vorzugsweise ein Linearaktuator. Dadurch kann der Aktuator sehr einfach und kostengünstig aufgebaut sein, z.B. als Kolben-Zylinder- Einheit.
Weiter bevorzugt ist eine schiefe Ebene des ersten Keilelements und eine schiefe Ebene des zweiten Keilelements zu einer Basisebene in einem Winkel zwischen 1° bis 10°, vorzugsweise 3° bis 7°, angeordnet. Dadurch kann sichergestellt werden, dass durch einen nur sehr kleinen Hub eine relativ große Änderung der Breite des Arbeitsspalts eingestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verpackungsmaschine, insbesondere eine Schlauchbeutelmaschine, umfassend eine Ultraschallschweißvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Ultraschallschweißvorrichtung wird hierbei ins- besondere zum Schweißen von Längsnähten und/oder Quernähten von Schlauchbeuteln verwendet.
Es sei angemerkt, dass die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung sowohl zum Schweißen von gleichen Materialien, als auch zum Schweißen von unterschiedlichen Materialien, z.B. einer Kunststofffolie und einer metallbeschichteten Folie, verwendet werden kann.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Ultraschallschweißvor- richtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 eine Ultraschallschweißvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Ultraschallschweißvorrichtung 1 einen Annboss 2 und eine Ultraschallsonotrode 3. Die Ultraschallsonotrode 3 ist Teil einer Ultraschalleinrichtung, umfassend einen Generator 9, einen Konverter 10 und einen Ampli- tudentransformator 11. Der Amplitudentransformator 11 hat die Funktion eines
Boosters für die Ultraschallsonotrode 3. Zwischen dem Amboss 2 und der Ultraschallsonotrode 3 ist ein Arbeitsspalt 16 mit einer Breite X vorgesehen. Die zu schweißenden Folien werden mit einer konstanten Geschwindigkeit zwischen der Ultraschallsonotrode 3 und dem Amboss 2 hindurchgeführt und durch den Energieeintrag der Ultraschallso- notrode 3 miteinander verschweißt.
Die Ultraschallschweißvorrichtung 1 umfasst ferner eine Verstelleinrichtung 4, eine Regelungseinrichtung 8, einen ersten Abstandssensor 14 und einen zweiten Abstandssensor 15. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfasst die Verstelleinrichtung 4 ein erstes Keilelement 6, ein zweites Keilelement 7 sowie einen Linearaktuator 5. Das erste Keilelement 6 ist fest am Amboss 2 angeordnet. Das zweite Keilelement 7 ist mit dem Linearaktuator 5 verbunden und kann durch den Linearaktuator 5 auf einer Ebene E, wie durch den Doppelpfeil A in Figur 1 angedeutet, hin- und herbewegt werden. Die beiden Keilelemente 6, 7 sind dabei derart angeordnet, dass eine schiefe Ebene 6a des ersten
Keilelements 6 auf einer schiefen Ebene 7a des zweiten Keilelements 7 aufliegt.
Die schiefen Ebenen 6a, 7a der beiden Keilelemente 6 und 7 sind in einem Winkel α zur Ebene E angeordnet. Der Winkel α liegt vorzugsweise zwischen 1° und 10° und beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 5°.
Die Regelungseinrichtung 8 ist, wie in Figur 1 gezeigt, mit dem Linearaktuator 5 sowie dem Generator 9 verbunden. Ferner ist die Regelungseinrichtung 8 mit dem ersten Abstandssensor 14 und dem zweiten Abstandssensor 15 verbunden. Die beiden Ab- Standssensoren 14, 15 sind ortsfest angeordnet und sind als berührungslose Sensoren ausgebildet. Der erste Abstandssensor 14 bestimmt einen Abstand Xl zu einer Messfläche 3a an der Ultraschallsonotrode 3. Der zweite Abstandssensor 15 bestimmt einen Abstand X2 zu einer Messfläche 2a des Amboss 2. Hierbei ist die Messfläche 3a der Ultraschallsonotrode 3 in einem Winkel ß zu der Messfläche 2a des Amboss 2 ange- ordnet. Der Winkel ß ist vorzugsweise zwischen 30° und 60° und beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel 45°.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der Amboss 2 im Wesentlichen L-förmig ausgebildet. Das erste Keilelement 6 ist dabei an einem ersten Schenkel 2b des Amboss angeordnet. Der erste Schenkel 2b liegt dabei im Wesentlichen waagrecht und bildet eine Begrenzung des Arbeitsspalts 16. Ein zweiter Schenkel 2c des Amboss 2 ist senkrecht zum ersten Schenkel angeordnet. Der zweite Schenkel 2c ist dabei an einem senkrechten Lager 12 gelagert. Das Lager 12 besteht aus einer Vielzahl von Rollen, um eine Bewegung des Ambosses 2 in Richtung des Doppelpfeils B hin und her in senkrechter Richtung zu ermöglichen. Ferner ist am Ende des zweiten Schenkels 2c ein elastisches Element 13 in Form einer Spiralfeder angeordnet. Das elastische Element 13 übt eine konstante Druckkraft in Richtung des Pfeils F aus, um sicherzustellen, dass das erste Keilelement 6 mit einer vorbestimmten Kraft gegen das zweite Keil- element 7 gedrückt wird. Dadurch werden das erste Keilelement 6 und das zweite Keilelement 7 in einem spielfreien Zustand gehalten.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Ultraschallschweißvorrichtung 1 ist dabei wie folgt: Wenigstens zwei zu verbindende Folien, insbesondere aus Kunststoff, werden mit einer konstanten Geschwindigkeit in den Arbeitsspalt 16 zwischen dem Amboss 2 und der Ultraschallsonotrode 3 geführt. Durch den Energieeintrag von der Ultraschall- sonotrode 3 werden die Folien miteinander verschweißt. Wenn sich nun beispielsweise aufgrund von während des Betriebes auftretender Wärme eine Längenänderung von Bauteilen, beispielsweise der Ultraschallsonotrode 3, ergibt, wird der Arbeitsspalt 16 kleiner. Die wärmebedingte Längenänderung hat jedoch einen Einfluss auf die Position der Messfläche 3a an der Ultraschallsonotrode 3. Somit kann der erste Abstandssensor 14 erfassen, dass sich der ursprüngliche Abstand Xl zwischen dem ersten Arbeitssensor 14 und der Messfläche 3a verändert hat. Diese Information wird an die Rege- lungseinrichtung 8 weitergegeben. Gleichzeitig wird auch der Abstand X2 zwischen dem zweiten Abstandssensor 15 und der Messfläche 2a am Amboss 2 überwacht und ein entsprechender Wert an die Regelungseinrichtung 8 abgegeben. Basierend auf den gemessenen Werten der beiden Abstandssensoren 14, 15 berechnet die Regelungseinrichtung 8 eine aktuelle Breite des Arbeitsspaltes 16. Diese Breite des Arbeits- spaltes 16 wird in der Regelungseinrichtung 8 mit einem Sollwert Xs für eine Arbeitsspaltbreite verglichen.
Wenn ein Unterschied zwischen der berechneten Arbeitsspaltbreite X und der vorgegebenen Arbeitsspaltbreite Xs vorhanden ist, aktiviert die Regelungseinrichtung 8 den Linearaktuator 5. Der Linearaktuator 5 bewegt das zweite Keilelement 7 auf der Ebene
E derart, dass das erste Keilelement 6 in senkrechter Richtung bewegt wird, bis die Breite des Arbeitsspalts 16 wieder mit dem vorgegebenen Sollwert Xs übereinstimmt. Die Bewegungsrichtung des Linearaktuators 5 hängt dabei vom Vorzeichen der Differenz zwischen dem aktuellen berechneten Wert für die Breite des Arbeitsspaltes 16 und dem Sollwert Xs ab. Somit erfolgt eine Relativverschiebung des zweiten Keilelements 7 zum ersten Keilelement 6. Da der Amboss 2 fest mit dem ersten Keilelement 6 verbunden ist und das elastische Element 13 eine Druckkraft F in im Wesentlichen senkrechter Richtung ausübt, erfolgt eine sofortige Relativbewegung des Amboss 2 relativ zur Ultraschallsonotrode 3. Dadurch wird die Breite des Arbeitsspalts 16 an den gewünschten Sollwert angepasst. Es sei angemerkt, dass die Regelungseinrichtung 8 beispielsweise Toleranzbereiche von ±1 μm erlaubt, bevor eine Nachstellung der Breite des Arbeitsspalts 16 erfolgt. Die Regelungseinrichtung 8 ist vorzugsweise ein Pl- Regler. Es sei angemerkt, dass es alternativ oder zusätzlich zur Regelung des Arbeits- spalts 16 über die Verstelleinrichtung 4 auch möglich ist, dass die Regelungseinrichtung 8 ein Signal an den Generator 9 abgibt, um eine Änderung einer Stromversorgung des Generators 9 für die Ultraschallsonotrode 3 zu bewirken. Auch dadurch kann eine Änderung einer Relativposition der Ultraschallsonotrode 3 bezüglich des Ambosses 2 erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung 1 wird vorzugsweise bei Verpackungsmaschinen verwendet. Hierbei werden vorzugsweise Schlauchbeutel aus Kunststoff oder mit Metall beschichtetem Kunststoff verwendet. Da die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung 1 sehr kompakt und kleinbauend ist, kann sie problemlos in unterschiedlichen Verpackungsmaschinen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung ist dabei besonders robust, da sie aus relativ einfachen Bauteilen zusammengesetzt ist, insbesondere um eine Relativbewegung zwischen dem Amboss 2 und der Ultraschallsonotrode 3 zu realisieren. Die Ultraschallschweißvorrichtung 1 weist ferner eine sehr hohe Systemsteifigkeit auf.
Somit weist die erfindungsgemäße Ultraschallschweißvorrichtung 1 eine Verstelleinrichtung 4 auf, welche eine Verstellung einer Position des Ambosses 2 durch eine senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ambosses 2 ausgeführte Verstellbewegung, welche durch eine Relativbewegung schiefer Ebenen zueinander realisiert wird, durch- führt.

Claims

Ansprüche
1. Ultraschallschweißvorrichtung zum Schweißen von folienartigen Werkstoffen, umfassend eine Ultraschallsonotrode (3), einen Amboss (2), eine Verstelleinrichtung (4) zur Verstellung einer Relativposition zwischen der Ultraschallsonotrode (3) und dem Amboss (2) und eine Regelungseinrichtung (8), welche über die Verstelleinrichtung (4) eine Breite (X) eines Arbeitsspalts (16) zwischen der Ultraschallsonotrode (3) und dem Amboss (2) regelt, wobei der Amboss (2) relativ zur Ultraschallsonotrode (3) an einer Lagerung (12) beweglich gelagert ist, wobei die Verstelleinrichtung (4) ein erstes mit dem Amboss (2) verbundenes Keilelement (6), ein zweites Keilelement (7) und einen Aktuator (5) umfasst, wobei der Aktuator (5) mit dem zweiten Keilelement (7) verbunden ist und das zweite Keilelement (7) relativ zum ersten Keilelement (6) bewegt, um eine Positionsänderung des Amboss (2) relativ zur Ultraschallsonotrode (3) auszuführen.
2. Ultraschallschweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Amboss (2) mittels eines elastischen Elements (13), insbesondere einer Druckfeder, vorgespannt ist.
3. Ultraschallschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Lagerung (12) des Ambosses (2) eine Wälzlagerung ist.
4. Ultraschallschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen ersten Abstandssensor (14), welcher ortsfest angeordnet ist und einen ersten Abstand (Xl) zur Ultraschallsonotrode (3) bestimmt, und einen zweiten Abstandssensor (15), welcher ortsfest angeordnet ist und einen zweiten Abstand (X2) zum Amboss (2) bestimmt, wobei die Regelungseinrichtung (7) eine Breite des Arbeitsspalts (16) basierend auf dem ersten und zweiten Abstand (Xl, X2) berechnet.
5. Ultraschallschweißvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinrichtung (8) den Aktuator (5) betätigt und/oder eine Stromversorgung eines Generators der Ultraschallsonotrode (3) regelt, wenn eine berechnete Breite des Arbeitsspaltes (16) von einem vorgegebenen Sollwert (Xs) abweicht.
6. Ultraschallschweißvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine erste Messfläche (3a) an der Ultraschallsonotrode (3), an welcher der erste Abstandssensor (14) den ersten Abstand (Xl) bestimmt, und eine zweite Messfläche (2a) am Amboss (2), an welcher der zweite Abstandssensor (15) den zweiten Abstand (X2) bestimmt, wobei die erste Messfläche (3a) zur zweiten Messfläche (2a) in einem Winkel (α) angeordnet ist.
7. Ultraschallschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5) ein Linearaktuator ist.
8. Ultraschallschweißvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine schiefe Ebene (6a) des ersten Keilelements (6) und eine schiefe Ebene (7a) des zweiten Keilelements (7) zu einer Basisebene (E) in einem Winkel (α) zwischen 1° bis 10°, vorzugsweise 3° bis 7°, angeordnet ist.
9. Verpackungsmaschine, umfassend eine Ultraschallschweißvorrichtung 1 gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
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